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基于PAM-CAST的鎂合金輪轂低壓鑄造模擬
點(diǎn)擊次數(shù)：1164 發(fā)布時(shí)間：2008-11-29
| 摘要：本文運(yùn)用esi公司的pam-casttm軟件對(duì)鎂合金輪轂的低壓鑄造過程進(jìn)行了模擬，分析了在填充過程中溫度場(chǎng)、流場(chǎng)以及凝固過程中溫度、液體分?jǐn)?shù)的分布情況，預(yù)測(cè)了各種可能出現(xiàn)的缺陷，并解釋了這些缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，同時(shí)給出有效的解決方法，為改進(jìn)鑄造工藝和模具設(shè)計(jì)提供了可靠的科學(xué)指導(dǎo)。 前言 鎂是工業(yè)中zui輕的常用金屬材料，質(zhì)量密度約為鋁的2/3，鐵的1/4。鎂及鎂合金還具有比強(qiáng)度高、剛度好、良好的阻尼系數(shù)、抗電磁干擾及屏蔽性好以及回收利用率高等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、航空、航天、電子等行業(yè)有著很大的應(yīng)用潛力。因此，鎂及鎂合金被認(rèn)為是21世紀(jì)zui富于開發(fā)和應(yīng)用潛力的“綠色材料"。根據(jù)西方汽車工業(yè)界的展望，在未來二十年里，平均每輛汽車上的鎂合金用量將達(dá)到100～120kg，這比目前的2kg增長(zhǎng)50倍以上，屆時(shí)僅用于汽車的鎂合金將超過500萬(wàn)噸，是目前鎂年需求量（48萬(wàn)噸）的10倍。 汽車零件未來發(fā)展的目標(biāo)是用近凈形成形方法生產(chǎn)精密的鑄件。低壓鑄造是近無(wú)余量鑄造工藝，其特點(diǎn)是鑄件充型平穩(wěn)，并在壓力下補(bǔ)縮、凝固，生成的鑄件尺寸精度高，內(nèi)部質(zhì)量?jī)?yōu)良，以及生產(chǎn)率較高等優(yōu)點(diǎn)，成為鎂合金鑄件生產(chǎn)的重要工藝。而在實(shí)際生產(chǎn)中往往會(huì)出現(xiàn)許多缺陷，如縮孔、縮松、裂紋等，這些缺陷對(duì)產(chǎn)品的使用構(gòu)成了很大的危險(xiǎn)，所以必須找到行之有效的方法消除或降低。這些缺陷與鑄件的充型和凝固過程有很大的關(guān)系，通過對(duì)鑄造過程的分析可以為消除這些缺陷提供科學(xué)的理論依據(jù)和方法。 商業(yè)鑄造模擬軟件pam-casttm采用有限差分法能夠?qū)Ω鞣N材料和澆鑄工藝進(jìn)行填充和凝固的3d模擬，并對(duì)流體通過的表面與坐標(biāo)軸不*一致的地方采用修正因子進(jìn)行補(bǔ)償，更真實(shí)地模擬流體在模型中的流動(dòng)。本文運(yùn)用此軟件對(duì)鎂合金輪轂低壓鑄造過程進(jìn)行模擬并分析了充型與凝固過程的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和液體分?jǐn)?shù)的分布情況，進(jìn)而預(yù)測(cè)各種可能出現(xiàn)的缺陷，并結(jié)合分析結(jié)果提出消除這些缺陷問題的方法。 模型的建立 使用cad軟件ug對(duì)輪轂實(shí)體造型，如圖1所示。然后在pam-casttm里進(jìn)行表面網(wǎng)格的劃分，并自動(dòng)生成體網(wǎng)格。整個(gè)模型共劃分了1,894,528個(gè)單元，在其中輪轂zui薄的輪網(wǎng)部分保證有2-3個(gè)單元，以保證模擬的準(zhǔn)確性，如圖2。 在模擬中使用的鎂合金為az91d，各種物理性能數(shù)據(jù)如表1，其中密度、比熱、熱傳導(dǎo)率是溫度的函數(shù)，表中只列出了在650 ℃左右的參數(shù)值。計(jì)算中采用的鎂合金液澆注溫度為690℃，初始模具的溫度為420℃，內(nèi)澆口速度為0.5m/s。 表1 az91d的物理性能參數(shù) 輪轂的整個(gè)填充過程在6.22s內(nèi)完成,如圖3，首先合金液體很平穩(wěn)地填充了輪心部分，然后平緩地進(jìn)入到輪輻中。在1.38s時(shí)合金液體前沿到達(dá)輪輻與輪網(wǎng)的連接處，并在2.13s時(shí)各個(gè)輪輻頂端間的合金液體匯合，此時(shí)的溫度為640℃左右。在4.88s時(shí)澆注液體前沿到達(dá)輪網(wǎng)中部，此時(shí)合金液體溫度為590℃左右。 | ||||
| 在輪轂填充過程，當(dāng)合金液體前沿到達(dá)輪輻中部時(shí)，由于凹槽的存在，使輪輻中部液體的流動(dòng)減緩，凹槽內(nèi)的氣體可能被兩端的液體所包圍，產(chǎn)生氣孔缺陷，如圖5。 缺陷的產(chǎn)生原因與消除方法
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