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摘要：横梁型铸铝隔板的应用范围很广，在航空航天领域也有涉及，所以对成件儿的质量的要求较高，砂型铸造工艺从技术角度来说比较适合，只是在成件的过程中存在铸件缩孔、缩松等问题，为了在加工的过程中避免出现这类问题，首先通过模拟软件进行铸造过程的模拟，从而发現铸造过程中容易遇到的生产问题，找到问题的关键点，从而通过改进工艺实现标准安全的铸铝隔板的生产，本文根据具体实例，应用Viewcast来对砂型铸造工艺进行说明。
关键词：铸铝隔板；砂型铸造；技术工艺
引言：
Viewcast模拟数值实验，可以对铸件在生产过程中可能出现的缩孔、缩松进行了预测，具体的做法是对铸造过程中的凝固过程和充型过程的很多阶段进行模拟研究，从而发现铸造缺陷，最终实现对横梁型铸铝隔板工艺的设计及优化。
一、横梁型铸铝隔板的铸造工艺探究
1.生产概况
某工厂生产一种横梁性铸铝隔板，这种隔板的应用领域为航空航天，所以对于铸件的要求就极为严格，在很多方面都有硬性的要求，铝隔板所选用的树脂的含氮含量一般较高，对于结构简单、小批量生产的铝合金件来说采用树脂砂造型。
2.铸件的结构和材料
这种铸件材料，是一种超硬的高强铝合金，属于铝铜锰系列，对高温具有很好的适应性，并且具有很高的力学性能。铸件的基本情况为：长571.2mm、壁厚14-20mm、高150mm、重3.3kg。
3.浇筑系统的设计
铝合金的物理特性较灵活，在氧化和吸气上都很明显，铝合金材料的密度小，熔点低，所以其的比热容较小，在温度上的变化较明显，凝固收缩的体积变化很大，这就很容易形非金属的夹杂物，或者出现浇不足的现象，气孔和缩孔的变化以及裂纹等严重的缺陷。所以在进行浇筑系统的设计时，一定要尽可能的满足快速充型的要求。
在中间注入浇筑系统的优点中，最关键的一点就是，它能够同时拥有顶注式和底注式的优点，并且在生产的过程中很适用于壁厚均匀的合金铸件中。
二、实现铸造工艺的数值模拟
1.充型模拟阶段
在开始的充型的过程中，要结合软件进行设置，该工程的具体操作是将带有浇冒口系统的铸件维实体模型保存为特定的格式文件，然后导入铸造工艺模拟软件ViewCast中。
在模拟软件中，设置合适的壁厚，网格划分单元数量为200万。然后要对主要的铸造工艺进行参数设置。
结合具体的数据我们不难发现，在充型过程的数值模拟结果示.金属液充型平稳，无湍流，有效避免了氧化夹杂的产生，而且充型顺序是从铸件底层向铸件顶层填充.同时金属液也可以填充冒口。这说明该浇注系统设计是合理可行的。
2.凝固模拟阶段
可以看到铸件加强筋和直浇道先开始凝固，直浇道和铸件最前端的杆部完全凝固之后，由于铸件最前端的杆部与加强筋连接部位的凝固慢于其他部位，形成孤立液相区，这些区域得不到其他部位金属液的有效补缩，在凝同后期形成缩孔、缩松缺陷。铸件凝固过程模拟结果可以看，铸件厚大部分的缺陷明显，铸件前端杆部与加强筋连接部位置，设置矩形截面的顶冒口进行补缩。
铸件的凝固方式通常包含三种：逐层凝固；糊状凝固；中间凝固。
（1）逐层凝固
纯金属、共晶类合金以及狭窄结晶温度范围的合金的凝固方式倾向于逐层凝固，比如灰口铸铁、铝硅合金以及低碳钢等。逐层凝固的特点为：仅仅依靠铸型壁的外层合金，若冷却至凝固点或者是共晶点温度，凝固成为固态晶体，而位于上述温度之上的里层合金，仍然处于液态。此时，固-液界面分明、平滑，不会出现固液交错的现象。伴随热量向型壁传递，温度下降幅度明显，另一层固态晶体开始形成。凝固过程继续进行，柱状晶开始向液体内生长，直至互相抵触停止。断面心部还没有凝固的液体金属以及低熔点杂质，被柱状晶封闭。
（2）糊状凝固
结晶温度范围较大的合金的凝固方式倾向于糊状凝固方式，比如铝铜合金、锡青铜以及高碳钢等。这些合金若冷却至液相线温度，结晶出的第一批晶粒就会被四周剩余的液体合金包围，晶体会在各个方向开始生长，分布比较均匀；随着温度的下降，新形成的另一批晶粒将会被液体合金所包围，如此会使小晶粒充斥整个断面，出现固液交错的现象，最后在铸件整个断面上出现粗大的等轴晶；还没有凝固的液体合金，将会被众多的等轴晶封闭。
（3）中间凝固
中碳钢、白口铁、部分特种黄铜等凝固方式比较倾向于中间凝固。中间凝固处于逐层凝固以及糊状凝固间，包含柱状晶以及等轴晶。合金铸件的凝固区会发生变化，并且和铸件的温度相关，所以对铸件温度梯度产生影响的因素，都会对凝固区的大小产生一定的影响。
三、砂型铸造工艺的优点
1.砂型铸造的工艺过程
所谓砂型铸造，指的是以砂作为主要造型材料，制备铸型的铸造工艺方法。该铸造方法的应用范围较为广泛，现在铸件中的 90% 以上是采用砂型铸造方法制造的。
砂型铸造工艺过程包含下述几方面：造砂型；造型芯；砂型以及型芯的烘干；合箱；熔炼金属；浇注；落砂以及清理；检验。
对于某一个具体的铸造工艺过程，并不会全部涵盖上述的内容，比如铸件没有内壁时，就不需要制芯，湿型铸造过程中砂型不需要进行烘干操作等。
2.造型材料
制造铸型选择的材料就是造型材料，造型材料型砂以及芯砂。包含砂、黏结剂以及附加物几部分。造型材料应满足如下几方面的性能要求：
（1）可塑性。可塑性指的是型砂在外力作用过程中，可以塑造成形，当外力消除之后，还可以保持外力作用过程中的形状。可塑性好，容易成形，可以获得型腔清晰的铸型，确保铸件轮廓尺寸足够精确。
（2）强度性。强度性指的是型砂承受外力作用过程中，不容易发生破坏的性能。铸型一定要具备足够的强度，强度足够时在浇注过程中方可承受金属溶液的冲击以及压力，不会出现变形或者是损坏。
（3）耐火性。耐火性指的是型砂在高温液态金属作用过程中，不会出现软化、熔融烧结以及黏附在铸件表面的性能。耐火性较差时，铸件表面出现粘砂现象，加大清理以及切削加工的难度；耐火性非常差时，会导致铸件报废。
（4）透气性。透气性指的是型砂在紧实之后，可以使气体通过的性能。金属溶液浇入铸型之后，高温环境条件下，砂型中会形成大量的气体，金属溶液的内部也会相应分离出气体。若透气性达不到要求，便会导致气体无法排除，使铸件内部形成缺陷。
（5）退让性。退让性指的是型砂冷却收缩过程中，砂型以及型芯的体积可被压缩的性能。退让性达不到要求，铸件收缩困难，导致铸件内部产生应力，由于内应力作用出现变形或者是裂纹等缺陷，内应力过大会导致铸件断裂。
结语：
在横梁型铸铝隔板砂型铸造前应用Viewcast软件来进行数值的模拟，能够在最大程度上实现对工艺的设计及优化，可以在数值的对比中了解影响质量问题出现的原因，并且有利于问题的解决，能够最大的范围内解决成件中存在铸件缩孔、缩松等问题。
参考文献：
[1]刘晨，米国发，王有超，等.横梁铸钢件砂型铸造数值模拟及工艺优化[J].特种铸造及有色合金，2016，36（12）：1266-1269；
[2]占亮，冯志军，石飞，等.整体壁厚2mm铝合金舱门砂型铸造成形工艺研究[J].铸造，2014，63（1）：6-9.
关键词：铸铝隔板；砂型铸造；技术工艺
引言：
Viewcast模拟数值实验，可以对铸件在生产过程中可能出现的缩孔、缩松进行了预测，具体的做法是对铸造过程中的凝固过程和充型过程的很多阶段进行模拟研究，从而发现铸造缺陷，最终实现对横梁型铸铝隔板工艺的设计及优化。
一、横梁型铸铝隔板的铸造工艺探究
1.生产概况
某工厂生产一种横梁性铸铝隔板，这种隔板的应用领域为航空航天，所以对于铸件的要求就极为严格，在很多方面都有硬性的要求，铝隔板所选用的树脂的含氮含量一般较高，对于结构简单、小批量生产的铝合金件来说采用树脂砂造型。
2.铸件的结构和材料
这种铸件材料，是一种超硬的高强铝合金，属于铝铜锰系列，对高温具有很好的适应性，并且具有很高的力学性能。铸件的基本情况为：长571.2mm、壁厚14-20mm、高150mm、重3.3kg。
3.浇筑系统的设计
铝合金的物理特性较灵活，在氧化和吸气上都很明显，铝合金材料的密度小，熔点低，所以其的比热容较小，在温度上的变化较明显，凝固收缩的体积变化很大，这就很容易形非金属的夹杂物，或者出现浇不足的现象，气孔和缩孔的变化以及裂纹等严重的缺陷。所以在进行浇筑系统的设计时，一定要尽可能的满足快速充型的要求。
在中间注入浇筑系统的优点中，最关键的一点就是，它能够同时拥有顶注式和底注式的优点，并且在生产的过程中很适用于壁厚均匀的合金铸件中。
二、实现铸造工艺的数值模拟
1.充型模拟阶段
在开始的充型的过程中，要结合软件进行设置，该工程的具体操作是将带有浇冒口系统的铸件维实体模型保存为特定的格式文件，然后导入铸造工艺模拟软件ViewCast中。
在模拟软件中，设置合适的壁厚，网格划分单元数量为200万。然后要对主要的铸造工艺进行参数设置。
结合具体的数据我们不难发现，在充型过程的数值模拟结果示.金属液充型平稳，无湍流，有效避免了氧化夹杂的产生，而且充型顺序是从铸件底层向铸件顶层填充.同时金属液也可以填充冒口。这说明该浇注系统设计是合理可行的。
2.凝固模拟阶段
可以看到铸件加强筋和直浇道先开始凝固，直浇道和铸件最前端的杆部完全凝固之后，由于铸件最前端的杆部与加强筋连接部位的凝固慢于其他部位，形成孤立液相区，这些区域得不到其他部位金属液的有效补缩，在凝同后期形成缩孔、缩松缺陷。铸件凝固过程模拟结果可以看，铸件厚大部分的缺陷明显，铸件前端杆部与加强筋连接部位置，设置矩形截面的顶冒口进行补缩。
铸件的凝固方式通常包含三种：逐层凝固；糊状凝固；中间凝固。
（1）逐层凝固
纯金属、共晶类合金以及狭窄结晶温度范围的合金的凝固方式倾向于逐层凝固，比如灰口铸铁、铝硅合金以及低碳钢等。逐层凝固的特点为：仅仅依靠铸型壁的外层合金，若冷却至凝固点或者是共晶点温度，凝固成为固态晶体，而位于上述温度之上的里层合金，仍然处于液态。此时，固-液界面分明、平滑，不会出现固液交错的现象。伴随热量向型壁传递，温度下降幅度明显，另一层固态晶体开始形成。凝固过程继续进行，柱状晶开始向液体内生长，直至互相抵触停止。断面心部还没有凝固的液体金属以及低熔点杂质，被柱状晶封闭。
（2）糊状凝固
结晶温度范围较大的合金的凝固方式倾向于糊状凝固方式，比如铝铜合金、锡青铜以及高碳钢等。这些合金若冷却至液相线温度，结晶出的第一批晶粒就会被四周剩余的液体合金包围，晶体会在各个方向开始生长，分布比较均匀；随着温度的下降，新形成的另一批晶粒将会被液体合金所包围，如此会使小晶粒充斥整个断面，出现固液交错的现象，最后在铸件整个断面上出现粗大的等轴晶；还没有凝固的液体合金，将会被众多的等轴晶封闭。
（3）中间凝固
中碳钢、白口铁、部分特种黄铜等凝固方式比较倾向于中间凝固。中间凝固处于逐层凝固以及糊状凝固间，包含柱状晶以及等轴晶。合金铸件的凝固区会发生变化，并且和铸件的温度相关，所以对铸件温度梯度产生影响的因素，都会对凝固区的大小产生一定的影响。
三、砂型铸造工艺的优点
1.砂型铸造的工艺过程
所谓砂型铸造，指的是以砂作为主要造型材料，制备铸型的铸造工艺方法。该铸造方法的应用范围较为广泛，现在铸件中的 90% 以上是采用砂型铸造方法制造的。
砂型铸造工艺过程包含下述几方面：造砂型；造型芯；砂型以及型芯的烘干；合箱；熔炼金属；浇注；落砂以及清理；检验。
对于某一个具体的铸造工艺过程，并不会全部涵盖上述的内容，比如铸件没有内壁时，就不需要制芯，湿型铸造过程中砂型不需要进行烘干操作等。
2.造型材料
制造铸型选择的材料就是造型材料，造型材料型砂以及芯砂。包含砂、黏结剂以及附加物几部分。造型材料应满足如下几方面的性能要求：
（1）可塑性。可塑性指的是型砂在外力作用过程中，可以塑造成形，当外力消除之后，还可以保持外力作用过程中的形状。可塑性好，容易成形，可以获得型腔清晰的铸型，确保铸件轮廓尺寸足够精确。
（2）强度性。强度性指的是型砂承受外力作用过程中，不容易发生破坏的性能。铸型一定要具备足够的强度，强度足够时在浇注过程中方可承受金属溶液的冲击以及压力，不会出现变形或者是损坏。
（3）耐火性。耐火性指的是型砂在高温液态金属作用过程中，不会出现软化、熔融烧结以及黏附在铸件表面的性能。耐火性较差时，铸件表面出现粘砂现象，加大清理以及切削加工的难度；耐火性非常差时，会导致铸件报废。
（4）透气性。透气性指的是型砂在紧实之后，可以使气体通过的性能。金属溶液浇入铸型之后，高温环境条件下，砂型中会形成大量的气体，金属溶液的内部也会相应分离出气体。若透气性达不到要求，便会导致气体无法排除，使铸件内部形成缺陷。
（5）退让性。退让性指的是型砂冷却收缩过程中，砂型以及型芯的体积可被压缩的性能。退让性达不到要求，铸件收缩困难，导致铸件内部产生应力，由于内应力作用出现变形或者是裂纹等缺陷，内应力过大会导致铸件断裂。
结语：
在横梁型铸铝隔板砂型铸造前应用Viewcast软件来进行数值的模拟，能够在最大程度上实现对工艺的设计及优化，可以在数值的对比中了解影响质量问题出现的原因，并且有利于问题的解决，能够最大的范围内解决成件中存在铸件缩孔、缩松等问题。
参考文献：
[1]刘晨，米国发，王有超，等.横梁铸钢件砂型铸造数值模拟及工艺优化[J].特种铸造及有色合金，2016，36（12）：1266-1269；
[2]占亮，冯志军，石飞，等.整体壁厚2mm铝合金舱门砂型铸造成形工艺研究[J].铸造，2014，63（1）：6-9.