真空增压铸造工艺对ZL114A合金充型能力和力学性能的影响

目的 研究不同真空增压铸造工艺参数下ZL114A合金的充型距离、组织性能的变化规律。方法 设计了不同厚度的充型距离测试片,采用游标卡尺测试了不同真空度和石膏铸型温度条件下合金的流动性。采用万能拉伸机测试了不同凝固压力条件下单铸试棒的力学性能,采用金相显微镜观察合金的显微组织,采用扫描电子显微镜观察拉伸断口的形貌。结果 当真空度从重力状态(0 MPa)提高至-0.08 MPa时,3.0 mm薄片的充型距离从42 mm提升至210 mm。当铸型温度从260℃提高至340℃,3.0 mm薄片的充型距离从95 mm提升至175 mm。凝固压力从重力条件下提升至0.8 MPa,抗拉强度从293 MPa提升至338 MPa,屈服强度从240 MPa提升至278 MPa,断后伸长率从2.0%提升至4.0%。结论 提高真空度、铸型温度,可显著提升ZL114A合金的充型能力。提高凝固压力、凝固组织致密,第二相分布均匀,疏松缺陷明显减少,力学性能提高。     

反重力铸造对高强度铝合金凝固组织影响的研究

采用反重力铸造方法生产高强度铝合金铸件已成为航空、航天领域内获得优质构件的重要途径。研究了反重力铸造对高强度铝合金ZL114A和ZL205A铸件凝固组织的影响。结果表明,合金的凝固组织存在着不同的位置效应,对于ZL114A合金铸件,冷端晶粒尺寸最小,靠近浇口处晶粒尺寸粗大。对于ZL205A合金铸件,随距浇口处距离的减少,枝晶间分布的网格状θ(A l2Cu)相逐渐由粗变细,α(Al)枝晶内分布的黑色点状T(Al12CuMn2)相逐渐减少。分析表明,在反重力铸造补缩压力相同的情况下,合金的凝固温度范围不同是造成凝固组织不同位置效应的主要原因。     

上倾倒框铸铝件铸造工艺设计及模拟优化

目的 消除ZL114A铝合金上倾倒框铸件的铸造缺陷,获得优质铸件,对该铸件的铸造工艺进行优化设计。方法 使用Unigraphics NX软件进行三维建模,利用ADSTEFAN软件对铸造过程进行模拟。对模拟的充型过程、凝固过程及相关缺陷进行分析。结果 将铸件倒放不利于实现铸件顺序凝固,4个顶冒口的补缩效果不理想,故调整了浇注系统的位置及比例、冒口的位置及大小。最终选取了正放底注式的浇注系统,双侧冒口与单个顶冒口的补缩系统,可获得理想的充型及凝固顺序,有望基本消除铸造缺陷。结论 所采用的计算机模拟方法可以为铸造工艺设计及优化提供指导,为尽可能减少铸造缺陷,保证铸件质量和工艺性奠定了良好的技术基础。     

柴油机铝合金活塞铸造工艺数值模拟研究

目的优化柴油机铝合金活塞的砂型重力铸造工艺。方法采用MAGMASOFT铸造仿真软件对ZL109铝合金活塞铸造工艺进行了仿真预测,分析了铸件充型凝固过程的速度场和温度场,并预测了缩孔、缩松等铸造缺陷,在此基础上优化了浇注系统和铸造工艺参数。结果铸件充型过程中内浇道金属液流速最高,液面沿铸件外壁平稳上升,整体充型过程平稳有序,铸件整体温度分布为从下到上依次降低;凝固过程铸件自下而上顺序凝固,但冒口部分凝固速度过快,导致铸件顶部和右上部出现缩松、缩孔缺陷;通过增设冒口、降低浇注速度等工艺措施后,实现了铸件的顺序凝固,补缩效果明显,铸件可能发生缩孔、缩松缺陷的位置已由顶部转至顶冒口和侧冒口等区域。结论利用铸造仿真软件预测铸件工艺上的缺陷,对铸造工艺进行优化及改进,能有效预防铸件缺陷的产生,提高铸件的工艺出品率,降低生产成本。     

不同充型条件下应力框铸件的力学性能

通过实验与数值模拟方法研究了自由充型和低压浇注两种充型方式对A357铝合金应力框铸件铸态组织的影响,并采用拉伸实验、SEM和EDS对T6热处理后两种铸件的力学性能及断口形貌进行了观察。结果表明:采用低压浇注可以减少铸件的区域缩松与微观缩孔,A357铝合金铸态断裂以沿晶断裂为主,裂纹起源于组织缺陷处并不断生长增殖直至铸件发生断裂;T6热处理后铸件主要发生韧窝断裂,断口上交错分布一定数量的沿晶断裂,华铸CAE数值模拟研究证实了低压浇注充型方案的优越性。     

基于数值模拟的K418B高温合金精密铸件组织与性能研究

目的 探究高温合金调压铸造的充型凝固过程,研究调压铸造工艺对铸件组织缺陷和力学性能的影响规律,并验证数值模拟对实际生产指导的可靠性。方法 以某精密构件为研究对象,借助ProCAST数值模拟软件模拟了铸件的调压铸造充型凝固过程并对组织缺陷的形成进行了预测。对成形铸件的特征关键部位进行了取样,通过金相显微镜和扫描电子显微镜对铸态试样的微观组织进行了观察,借助准静态万能拉伸试验机测试了特征试样的室温和高温(750 ℃)拉伸性能,并对断口形貌进行了观察和分析。结果 数值模拟结果表明,金属液充型平稳,凝固过程基本符合自上而下的顺序凝固,铸件缺陷较少,缩孔体积分数仅为0.22%。实验结果表明,铸件的铸态组织为典型的树枝晶组织,晶粒尺寸细小均匀;二次枝晶间距较小,组织致密,缩松缩孔缺陷较少,这与数值模拟的结果吻合较好;铸件的平均抗拉强度超过900 MPa,最大伸长率为15%,该铸件具备较好的综合力学性能。结论 通过数值模拟方法指导铸造生产具有一定的可靠性,同时,通过调压铸造工艺可以生产出具有较好组织和力学性能的高温合金薄壁铸件。     

钛铝低压涡轮叶片熔模铸造精确成形及冶金缺陷分析

目的 研究不同浇冒口设置对TiAl低压涡轮叶片的成形的影响及叶片冶金缺陷形成的原因。方法 采用熔模精铸方法,通过设计顶注式重力铸造浇注系统,采用冷坩埚感应熔炼炉进行TiAl叶片浇注实验,采用目视和X射线检验方法分析叶片铸件表面及内部缺陷,并结合金属凝固理论分析缺陷形成原因。结果 合理的浇口和排气孔设置有效避免了因熔体流动性差造成的叶片充型不完整,以及凝固收缩导致的应力开裂等问题,浇注出成形完整的铸造叶片;叶冠与叶身端部转角部位充型凝固过程中形成热节,容易出现贯穿性疏松缺陷;树脂基熔模焙烧后残留的碳黑在熔体充型凝固过程中,与面层中的ZrO2反应生产CO,导致叶身出现聚集性皮下气孔;由于凝固收缩引起叶身与铸型分离,降低横向散热能力,导致叶盆部位出现表面疏松。结论 通过浇注合理的浇注系统设置可实现TiAl叶片完整充型,疏松缺陷控制为进一步提高叶片质量的关键。     

ZL114A铝合金激光-电弧复合焊接头枝晶尺寸与熔宽的关系

采用激光-电弧复合焊方法对厚度为8mm的ZL114A铝合金板进行焊接实验,焊后对接头显微组织尺寸与分布进行了分析.结果表明,在不同工艺参数得到的各焊接接头中,树枝晶尺寸与熔凝区宽度具有一定的相关性,熔凝区宽度一定枝晶尺寸一定,且树枝晶尺寸沿板厚方向从焊缝上部到根部逐渐变小,呈近似线性变化.     

二步法三维编织变截面薄壁壳体RTM 工艺数值模拟与试验研究

采用分段-集合计算方法, 对二步法三维编织变厚度变截面薄壁壳体RTM 充模工艺过程进行了较深入的理论研究。提出了较准确的树脂流动速度、树脂充模时间和树脂流动压力计算方程。数值预测值与充模试验结果具有良好的一致性, 所推导理论方程为合理设计RTM 充模工艺参数提供了理论依据。      

铝合金汽车转向节精密铸造工艺研究

目的 对某铝合金汽车转向节的精密铸造工艺进行设计与优化研究,以得到合格的铝合金汽车转向节的精密铸造工艺方案。方法 结合铝合金转向节铸件的结构特征、铸件材料特性和铸造经验,在转向节铸件主体部和鹅颈部各开设一个内浇口,设计了铝合金转向节初始浇注方案;通过在初始工艺方案中铸件缺陷较严重的区域设置补缩冒口、在铸件顶部增设排气道等措施给出了铝合金汽车转向节的优化浇注方案,基于ProCAST软件建立了铝合金转向节精密铸造2种浇注方案的有限元模型,对铝合金转向节精密铸造的充型过程、凝固过程及缩孔缩松特性进行了数值模拟与分析。结果 铝合金转向节铸件初始浇注方案的充型过程相对稳定流畅,铸件在凝固过程中有孤立液相区的形成,完全凝固后铸件中间部位存在大面积缩松缩孔缺陷;优化浇注方案能够控制金属液的流动、充型顺序及凝固特性,铸件的整个凝固过程基本呈中间对称分布,最后凝固区域位于补缩冒口内部,最大缩孔缩松率控制在2%以下。结论 优化浇注方案的设计合理且有效,能够有效地消除铝合金转向节铸件的缺陷。     

基于UG 与CAE 的压力机底座铸造工艺设计与数值模拟

目的通过对压力机底座的充型凝固过程进行数值模拟,预测其浇铸质量同时基于模拟结果提出相应的工艺改进措施。方法使用UG与CAE软件对压力机底座铸造工艺进行三维建模和数值模拟分析。通过研究零件的结构特点,确定选取砂型手工铸造方法,并使用三箱造型,选取合适的分型面与浇铸位置。采用UG软件做出锻压机底座的三维模型和浇注系统设计,然后利用Anycasting软件进行充型模拟。对充型与凝固过程进行了整体的缺陷分析。结果利用Anycasting模拟浇铸过程发现,在整个充型过程中,充型平稳,无卷气、夹渣、缩孔、缩松等缺陷的出现。结论通过模拟结果确定了浇注系统和补缩系统设计合理,相应工艺设计合理,可以铸造出符合要求的压力机底座。     

低压铸铝件缩孔缺陷数值模拟与工艺改进

目的 为了避免铝合金盖板低压铸造过程产生的缩孔缺陷,对盖板结构进行分析。方法 采用数值分析技术,对盖板低压铸造过程进行数值模拟,将模拟结果与实际铸件缺陷进行对比,分析缩孔缺陷的产生原因。为消除铸件缩孔缺陷,在模具内增设冷却水道,并对该工艺进行模拟分析。结果 铸件凝固过程中,当合金固相率达到75%时,铸件特征位置处的补缩通道开始陆续关闭,形成了孤立液相区,导致凝固结束时形成缩孔缺陷。当模具内增设冷却水道后,铸件的缩孔体积分数由3.5%下降到0.8%。结论 通过在模具内增设合理的冷却水道,能加快铸件厚大部位的凝固速度,有利于实现顺序凝固,从而避免缩孔缺陷,提高铸件质量。     

铸造铝合金半连续铸棒组织与性能均匀性研究

目的 研究ZL114A合金和ZL205A合金半连续铸棒不同部位的力学性能与微观组织,分析铝合金半连续铸棒的均匀性。方法 分别对半连续铸棒的中心位置、R/2位置、边缘R位置进行取样,对比分析各部位的力学性能及微观组织。结果 ZL114A合金的抗拉强度为338~355 MPa,断后伸长率为9%~11.5%;ZL205A合金的抗拉强度为465~485 MPa,断后伸长率为12%~15%。与铸棒中心位置相比,铸棒边缘R位置的晶粒尺寸更小,性能也更优异,但ZL114A合金铸棒的边缘R位置存在夹渣缺陷,导致其力学性能低于铸棒中心位置的力学性能。结论 采用半连续铸造工艺制备的ZL114A合金和ZL205A合金均具有细小、均匀的微观组织,且组织越细小的部位,力学性能越高,存在凝固缺陷的部位,力学性能较低。     

镍基高温合金调压铸造非线性压力曲线设计与验证

目的 针对变截面铸件在调压铸造充型阶段出现充型不稳定这一问题,结合数值模拟分析,提出非线性压力曲线的设计方法。方法 基于ProCAST软件对不同壁厚和不同截面比的模型进行模拟,研究在不同加压速度和不同型壳预热温度下不同壁厚模型浇口速度的变化情况,以及在不同加压速度下不同截面比模型浇口速度的变化情况。针对数值模拟结果提出变截面模型工艺优化方法,设计特征模型进行数值模拟验证;推导在实际调压铸造充型过程中加压速度与充型速度的关系,并利用水力学模拟进行验证。结果 用非线性加压进行数值模拟,相对于线性加压充型过程,其浇口速度普遍呈下降趋势,其中最大浇口速度由0.29 m/s下降到0.2 m/s,降幅为45%;在变截面前后,浇口速度呈周期性波动,说明非线性加压充型较为稳定;对推导出的加压速度计算公式进行了水力学模拟实验,从充型形态可以看出,在变截面处水流波动平稳,验证了加压速度计算公式的正确性。结论 通过研究变截面突变浇口速度的变化情况,提出了非线性加压方法,有效解决了调压铸造过程中出现的金属液飞溅、振荡、充型不稳定等问题,不仅提高了铸件的成品率,而且优化了调压设备的精准控压。     

Numerical simulation of the casting process of titanium removable partial denture frameworks

The objective of this work was to study the filling incompleteness and porosity defects in titanium removal partial denture frameworks by means of numerical simulation. Two frameworks, one for lower jaw and one for upper jaw, were chosen according to dentists recommendation to be simulated. Geometry of the frameworks were laser-digitized and converted into a simulation software (MAGMASOFT). Both mold filling and solidification of the castings with different sprue designs (e.g. tree, ball, and runner-bar) were numerically calculated. The shrinkage porosity was quantitatively predicted by a feeding criterion, the potential filling defect and gas pore sensitivity were estimated based on the filling and solidification results. A satisfactory sprue design with process parameters was finally recommended for real casting trials (four replica for each frameworks). All the frameworks were successfully cast. Through X-ray radiographic inspections it was found that all the castings were acceptably sound except for only one case in which gas bubbles were detected in the grasp region of the frame. It is concluded that numerical simulation aids to achieve understanding of the casting process and defect formation in titanium frameworks, hence to minimize the risk of producing defect casting by improving the sprue design and process parameters.     

球铁后桥壳的铸造工艺设计及数值模拟

首先对后桥壳进行初步的铸造工艺方案设计,然后运用铸造数值模拟软件华铸CAE对其充型和凝固过程进行模拟,预测可能产生的铸造缺陷及部位,分析缺陷产生的主要原因,从而改进工艺.经多次CAE模拟优化获得最优工艺,可减少铸造缺陷,保证铸件质量.     

基于数值模拟的大型复杂灰铁铸件工艺设计

为防止某大型复杂铸件产生缩孔缺陷并降低铸造成本,采用数值模拟方法对其铸造工艺参数进行定量化设计.应用Pro CAST软件对铸件进行凝固分析,通过提取凝固结果中的各参数(温度场、固相温度的密度、焓变化等)对模数进行求解,定量得到铸件的高模数分布区域,而后通过分析模数分布区域并结合均衡凝固理论设计了冒口、冷铁与浇注系统,运用Pro CAST软件对铸件的充型及凝固过程进行模拟.研究表明:该大型铸件应采用底注式浇注系统为宜,对铸件中部与底部模数达到2.5 cm的热节处采用冷铁和铬铁矿砂处理热节,对铸件顶部模数达到2.5 cm的部位采用飞边冒口进行补缩;提取凝固模拟结果中热节处的平均模数和金属液体积,即可对冒口尺寸进行定量化设计;通过观察模拟结果中浇口杯金属液水平高度的变化,可得出浇注系统进行液态补缩的时段.     

支座半固态压铸模具设计研究

根据支座产品及半固态浆料充型凝固特点,选用压射比压70MPa,压射速度为1．5m／s,浇注温度590℃,模具预热温度为220℃,进行计算机数值模拟,确定半固态压铸模具的设计方案。设计并制造出支座半固态铸模具。通过支座半固态压铸实验,压铸充型凝固过程非常平稳,得到了合格的支座产品,证实了数值模拟结果及模具设计的正确性。