盘体铸件低压铸造有限元模拟

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液态金属充型是铸件成形过程中最重要的阶段,许多铸造缺陷(如卷气、夹渣、浇不足和冷隔等)都是由于工艺设计不当在充型过程中产生的。同时,充型对铸件凝固过程也有直接的影响。因此,了解并控制充型过程是获得优质铸件的重要条件。本文采用大型有限元分析软件ANSYS,在对低压铸造过程流场和温度场深入分析的基础上,合理地设置边界条件和初始条件,并对紊流、相变等问题进行了合理地处理,打破“瞬时充型”的假设,耦合计算了低压铸造盘体铸件充型过程中流场和温度场。盘体铸件的数值模拟将为后续此类低压铸件数值模拟提供参考。本文所做工作和主要结论如下:(1)正交模拟试验结果表明,影响铸件充型能力的显著因素依次为充型速度、浇注温度和模具温度。经模拟验证,本文中盘体件适合的浇注温度为700℃,模具温度为310℃,充型速度为0.04m/s。(2)由模拟试验及其分析结果可推导出盘体铸件升液管浇口处的平均上升速度计算公式为lgv_充=187.4-39.2411gV-36.31lgδ+10.39lgh+31.68lgT_浇+7.34T_模。该表达式可用于指导形状简单的低压铸造铝合金盘体类铸件的充型过程。(3)流场模拟表明,对于壁厚较小的铸件,充型时为减少缺陷的产生,应减小充型速度;为避免出现流空现象,在拐角处不应采用直角形状。(4)不同的对流换热系数可表征不同的铸型条件,在施加不同对流换热系数模拟计算铸件充型过程流场和温度场时,温度场的变化趋势基本一致,但对流换热对充型过程中型腔内金属液温度的高低影响明显。对流换热系数较大时,充型结束后型腔内的金属液温度较低。(5)利用热电偶法测量了铸件不同点在凝固过程中温度随时间的变化,所得的实测结果与模拟结果基本一致,验证了模拟结果的准确性。由于各种因素的影响,实测结果与模拟结果存在一定的误差。
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