消失模铸造EPS泡沫分解过程的三维数值模拟
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Ｏｃ ．２ １ ｔ ００
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ． ０ Ｉ５ １
消失模铸造Ｅ Ｓ Ｐ 泡沫分解过程 的三维数值模 拟
张志 莲 ， 肖云峰
（ 京 石 油 化 工 学 院 ，北 京 １０ ３ ） 北 ０ ０ ８
摘要 ：消失模泡沫分解、析出过程直接影响金属的充型能力，文中采用数值模拟方法， 研究了消失模铸造泡沫分解过
中泡沫模样 的选材 、泡沫模样 的结构工艺设置 。
本文采用Ｆｏ ３ ｌ Ｄ的ｌ ｔｏｍ模块 对Ｖ 发 动机缸体 ｗ一 ｏ ａ ｓｆ ６
进 行 了充 型凝 固过程 的模拟 ，重 点模 拟 了泡 沫 的气 化 分 解过程 ，泡沫分 解 物残 留以及残 留产物对 最终铸 件
散计算 ，大大减小运算规模 和时间［ ２ １ 。
温度 、过热度及模 样厚度有关Ｉ ｌ 】 。因此 ，利用数值模 拟
对 消失模 铸造 泡 沫分 解 过程 的 流动 场进 行 数 值模 拟 ，
可 以定 量地 了解模样 分解 速率 、分解 产物 溢 出速 率等 工艺 因素对 充型过 程 的影响 ，科学地 指导 消失模 铸造
程 的流 体 动 力 学 特 性 ，预 测 了泡 沫 残 留物 的 产生 以及 对 最 终 铸 件 质 量 的 影 响 ，并 通 过 实际 发 动 机 缸 体进 行验 证 ，表 明 模 拟 值 与 实 际测 量值 基本 吻合 。
关 键 词 ：消失模 ；数值计算 ；泡沫分解 ；充 型能力
中图分 类号 ：Ｔ ２ ９６３ 文献 标识 码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ — ９ ７ （０ ０ １— ０ ７ ０ Ｇ ４． ９ ． ０ １ ４ ７ ２ １） ０ １５ — ４
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样 占据 ，金属 液的充 型过 程实 际上是金 属液 置换 泡沫
网格 。网格模 型如图 ｌ 所示 ，对于 固壁 内部采用矩形结
构 网格 ，薄 壁部位 引入 多块 网格进 行局部 加密 ；固壁 边界采 用 面积和体 积 的百分 比模拟 复杂形 状 ，同时直 接 把金 属液体 动力 计算 限制在 单元 的开放 区域 ，直接
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干 砂 负 压 消 失 模 铸 造 技 术 （ 称 Ｌ Ｃ 被 称 为 简 Ｆ）
为一 级 ，本文采用 Ｆ ｖ ｒ（ ａｔ ｎｌ ｒａｖ ｌ ）技术 ａ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ａｅ／ｏ ｍｅ ｒ ｉ ｕ 对庞 大 、复杂 的发动机 缸体 进行 网格划 分为 结构化 的
“ 铸造 工业 的绿 色革命 ” Ｆ 。Ｌ Ｃ的特 点是 型腔被 泡 沫模
模 样 ，泡 沫模样 遇金 属液气 化分 解 的过 程 。因而 ，泡 沫模 样是 消失模 铸造 的关键 环节 ，模样 材料种 类 和密
度决 定模样 分解 时 的吸热量 及分解 产物 的数量 ，对 金 属 液充型 能力产 生影 响 ，并且 影 响的显 著程度 与浇 注
将 单元 的ห้องสมุดไป่ตู้ 积和体 积百分 比作 为 因子引入 有 限差 分离
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ． ０ Ｉ５ １
消失模铸造Ｅ Ｓ Ｐ 泡沫分解过程 的三维数值模 拟
张志 莲 ， 肖云峰
（ 京 石 油 化 工 学 院 ，北 京 １０ ３ ） 北 ０ ０ ８
摘要 ：消失模泡沫分解、析出过程直接影响金属的充型能力，文中采用数值模拟方法， 研究了消失模铸造泡沫分解过
中泡沫模样 的选材 、泡沫模样 的结构工艺设置 。
本文采用Ｆｏ ３ ｌ Ｄ的ｌ ｔｏｍ模块 对Ｖ 发 动机缸体 ｗ一 ｏ ａ ｓｆ ６
进 行 了充 型凝 固过程 的模拟 ，重 点模 拟 了泡 沫 的气 化 分 解过程 ，泡沫分 解 物残 留以及残 留产物对 最终铸 件
散计算 ，大大减小运算规模 和时间［ ２ １ 。
温度 、过热度及模 样厚度有关Ｉ ｌ 】 。因此 ，利用数值模 拟
对 消失模 铸造 泡 沫分 解 过程 的 流动 场进 行 数 值模 拟 ，
可 以定 量地 了解模样 分解 速率 、分解 产物 溢 出速 率等 工艺 因素对 充型过 程 的影响 ，科学地 指导 消失模 铸造
程 的流 体 动 力 学 特 性 ，预 测 了泡 沫 残 留物 的 产生 以及 对 最 终 铸 件 质 量 的 影 响 ，并 通 过 实际 发 动 机 缸 体进 行验 证 ，表 明 模 拟 值 与 实 际测 量值 基本 吻合 。
关 键 词 ：消失模 ；数值计算 ；泡沫分解 ；充 型能力
中图分 类号 ：Ｔ ２ ９６３ 文献 标识 码 ：Ａ 文章编 号 ：１０ — ９ ７ （０ ０ １— ０ ７ ０ Ｇ ４． ９ ． ０ １ ４ ７ ２ １） ０ １５ — ４
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干 砂 负 压 消 失 模 铸 造 技 术 （ 称 Ｌ Ｃ 被 称 为 简 Ｆ）
为一 级 ，本文采用 Ｆ ｖ ｒ（ ａｔ ｎｌ ｒａｖ ｌ ）技术 ａ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ａｅ／ｏ ｍｅ ｒ ｉ ｕ 对庞 大 、复杂 的发动机 缸体 进行 网格划 分为 结构化 的
“ 铸造 工业 的绿 色革命 ” Ｆ 。Ｌ Ｃ的特 点是 型腔被 泡 沫模
模 样 ，泡 沫模样 遇金 属液气 化分 解 的过 程 。因而 ，泡 沫模 样是 消失模 铸造 的关键 环节 ，模样 材料种 类 和密
度决 定模样 分解 时 的吸热量 及分解 产物 的数量 ，对 金 属 液充型 能力产 生影 响 ，并且 影 响的显 著程度 与浇 注
将 单元 的ห้องสมุดไป่ตู้ 积和体 积百分 比作 为 因子引入 有 限差 分离