铝合金轮毂与传统的钢轮毂相比,具有重量轻、散热性好、舒适性佳、节省油耗、外表美观等优点,已经得到广泛应用。低压铸造是生产铝合金轮毂的主要方法之一,它是一种近无余量铸造工艺,相比于传统铸造具有明显的优势,是铸造的发展方向之一。金属凝固过程数值模拟是计算机在铸造生产中应用的核心内容,涉及铸造理论、凝固理论、传热学、工程力学、数值分析、计算机图形学等多种学科,是国际上公认的用计算机拓宽和促进铸造学科向前发展的学科前沿领域。对金属凝固过程进行数值模拟,可以大大提高模具的设计精度和可靠性,缩短设计周期。本文针对某型号铝合金轮毂生产中常出现的缩孔、缩松等铸造缺陷问题,基于传热学及有限元理论,利用Pro/e进行实体造型及模具设计,然后利用ANSYS对铸造凝固过程进行数值模拟,最后通过正交实验对模具工艺进行优化。根据传热学理论,铝合金轮毂凝固过程中系统的温度和系统内能随时间有明显的变化,凝固过程的相变问题需要考虑凝固潜热,铸件凝固过程热分析属于非线性的。同时针对该过程有限元的特点,进行了非线性瞬态温度场热传导有限元求解。本文采用CAD软件Pro/e与CAE软件ANSYS相结合的方法,即采用Pro/e建立实体模型,利用ANSYS划分网格,建立有限元模型,并进行数值模拟。计算中,为兼顾计算精度与计算效率,对模型进行了适当的简化处理。利用ANSYS热分析功能,对铝合金轮毂进行瞬态非线性温度场分析和计算机模拟仿真,发现轮毂轮辋与轮辐交接部位有明显的“孤岛缺陷”,模拟结果与实际生产吻合。通过正交实验的方法对模具工艺进行优化,选取对铸件成型过程影响较大的4个因素:侧模、下模、上模冷却水道中冷却水流动速度v₁、v₂、v₃以及侧模温度T,每个因素安排3个水平。最终得到最佳优化方案为:侧模、上模、下模冷却水流速分别为0.5m/s、1m/s、1m/s,同时侧模温度由初始方案的300℃降至200℃。并通过模拟仿真证明该组合对于抑制孤岛效应、改进铸件质量、提高生产效率、延长模具寿命具有重要意义。