汽車鋁合金殼體壓鑄件溫度場模擬與優(yōu)化

熊博文發(fā)表于2024/9/19 8:41:17 鋁合金殼體件壓鑄工藝分析與優(yōu)化

原標(biāo)題：南昌航空大學(xué)：汽車用鋁合金殼體壓鑄件溫度場模擬與優(yōu)化

某鋁合金殼體是汽車用重要構(gòu)件之一, 需求量大, 合理的壓鑄工藝設(shè)計(jì)可以有效降低生產(chǎn)成本并提高成品率。針對該鋁合金殼體件實(shí)際壓鑄生產(chǎn)中存在的問題, 對壓鑄工藝方案進(jìn)行流場和溫度場模擬分析與優(yōu)化, 并采用優(yōu)化后工藝方案進(jìn)行試生產(chǎn), 旨在生產(chǎn)高品質(zhì)的壓鑄件, 并為該類鑄件的壓鑄生產(chǎn)提供參考。

針對鋁合金殼體壓鑄件生產(chǎn)存在的問題, 采用某鑄造模流分析軟件對該鑄件壓鑄過程進(jìn)行了數(shù)值模擬, 分析了鑄件溫度場并預(yù)測了鑄件易出現(xiàn)縮孔、縮松的位置, 提出了兩種強(qiáng)制水冷的方案來優(yōu)化鑄件溫度場。采用數(shù)值模擬對比分析了兩種優(yōu)化方案的溫度場, 獲得了最優(yōu)的壓鑄方案。解剖優(yōu)化方案試生產(chǎn)的鑄件, 發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部品質(zhì)良好, 縮孔、縮松完全消除。

圖文結(jié)果

針對鋁合金殼體件壓鑄生產(chǎn)存在的問題, 對實(shí)際生產(chǎn)的鑄造工藝方案進(jìn)行了模擬分析與優(yōu)化。通過分析鑄件溫度場分布和預(yù)測鑄件易出現(xiàn)縮孔、縮松位置, 采取強(qiáng)制水冷的方法來加強(qiáng)局部冷卻, 并結(jié)合鑄件和模具結(jié)構(gòu)提出了兩種優(yōu)化方案, 并通過數(shù)值模擬的手段對比分析了兩種優(yōu)化方案, 獲得了最優(yōu)的冷卻方案。通過剖析最優(yōu)冷卻方案試生產(chǎn)的鑄件, 其內(nèi)部縮孔、縮松完全消除, 試生產(chǎn)表明該方案能有效優(yōu)化凝固溫度場。研究表明, 通過強(qiáng)制水冷的工藝方案, 對厚大部位在外圍的鑄件溫度場優(yōu)化有顯著效果。圖1為鋁合金殼體鑄件示意圖及其澆注系統(tǒng), 鑄件材質(zhì)為A356合金, 鑄件質(zhì)量約為0.632kg, 其內(nèi)部有多個空腔, 模具抽芯部位較多, 較為復(fù)雜。該件的最小壁厚為2.6mm, 最大壁厚達(dá)到10.6mm, 平均壁厚約為4.0mm, 壁厚不均勻。通過分析鑄件結(jié)構(gòu), 發(fā)現(xiàn)最大壁厚位于鑄件外圍A處。

圖1 鋁合金殼體鑄件示意圖及澆注系統(tǒng)

表1 模擬參數(shù)和邊界條件

圖2 初始方案的充型流場

圖3 初始方案鑄件的溫度場模擬

圖4 初始方案鑄件A處剖面溫度場

圖5 初始方案縮孔、縮松分布

為了優(yōu)化鑄件的凝固溫度場, 避免A處出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷, 需要采取局部加快冷卻速度的方法。由于A處的壁厚相較于周邊壁厚大很多, 因此優(yōu)化方案擬采用強(qiáng)制水冷的方式來加快冷卻速度。分析鑄件和模具結(jié)構(gòu), 在靠近部位A處設(shè)計(jì)了兩種優(yōu)化方案, 見圖6。其冷卻水管直徑均為φ20mm。優(yōu)化方案模擬時循環(huán)冷卻水溫度設(shè)置為30℃, 水和模具之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)設(shè)置為5 000W/ (㎡·K) 。