铝合金作为一种优良的铸造材料,广泛应用于航空航天汽车等领域,尤其其轻量化的特性,不仅在能源方面,还在安全、环境等方面,起着至关重要的作用。铝合金熔模精密铸造作为一种先进的材料成型工艺,其成型的铸件在表面质量和尺寸精度方面相比于传统铸造工艺铸件有着明显的优势,因此,铝合金熔模铸造工艺正持续受到关注。由于熔模精密铸造工艺复杂工序繁多,实际生产过程中,待成型件特别是形状复杂的薄壁零件,生产周期长,成品率不高。因此,借助计算机数值模拟技术对铸件浇注过程进行模拟是一种行之有效的科学方法。本文以A356铝合金导流叶轮熔模铸造工艺为研究对象,运用数值模拟软件ProCAST对浇注过程进行设计和优化,减少铸件缺陷,并通过实际浇注来检验优化结果。首先分析了铸件的结构特征和工作环境,并对初始工艺方案进行数值模拟,结果发现,虽然充型过程总体平稳有序,但是在凝固过程中由于导流叶轮薄壁处过薄,凝固顺序优先,此部分的熔液过早失去流动能力,因此铸件底部部分难以得到补缩,出现了一片呈环形状分布的缩孔缩松缺陷,在改变浇注工艺参数,多次模拟后,这种缺陷依旧没有得到解决。然后,对浇注系统进行了重新设计和优化,设计了一套较为复杂的阶梯式浇注系统。通过模拟结果表明,在此工艺方案下,铸件的缺陷主要集中在浇注系统部分,铸件的整体只出现了少量的缩孔缩松缺陷。以缩孔缩松分布和最大有效应力作为参考指标,以浇注温度、型壳预热温度、浇注速度为变量,做数值模拟正交试验。正交试验结果表明,最佳浇注工艺参数组合为:浇注温度750℃、型壳预热温度500℃、浇注速度80mm/s。在此浇注工艺参数下,导流叶轮得到了最佳表面质量,整体无任何缺陷。最后,通过实际浇注过程来验证阶梯式浇注系统和浇注工艺参数组合的可行性。整个实验过程包括(1)蜡模的制作:以中温蜡为材料,合理的压注参数得到质量良好的蜡模。(2)型壳的制备:选择硅溶胶作为粘结剂,石英玻璃为面耐火型材,选用铝矾土作为背层耐火材料,制定了4层型壳,然后对型壳进行涂料、撒砂、干燥硬化处理,获得了质量良好的型壳。(3)铝合金熔液熔炼和浇注。铸件成型,并进行清理和热处理后,所得的导流叶轮质量良好,无明显缺陷。上述实验研究表明,在结构复杂的铝合金铸件熔模铸造中,ProCAST的数值模拟技术能有效的优化浇注工艺方案和工艺参数,为铸造生产过程提供科学可靠的指导。