铝合金真空差压铸造变压力分级充型的研究

论文摘要

真空差压铸造是一种先进的反重力精密成形方法，其充型和凝固在不同的压力下进行，具有优越的充型和凝固力学条件，是生产高质量、大型复杂薄壁铸件的最可行工艺之一，在航空航天、国防、汽车等领域具有广阔的应用前景。当前真空差压铸造生产中充型阶段均采用恒定压差，不利于金属液的平稳充型及气体的及时排出，特别是大型复杂薄壁铸件充型截面的突变很容易引起紊流甚至飞溅，破坏了充型的顺序性和平稳性。基于以上问题，本课题对大型复杂薄壁件真空差压分级充型工艺进行了研究，在保证充型完整的基础上，实现了充型速度的分级。本文采用数值模拟与实验结合的方法对真空差压铸造分级充型进行了研究。采用模拟软件ProCAST对某壳体复杂薄壁铸件在不同充型压力、加压速度下的充型流场进行了模拟，结果表明：根据铸件结构特征，适时改变充型压力进行分级充型，其充型流态较单级充型有很大改善，能够实现充型过程分段精确控制。在铸件截面突变处，通过改变充型压力、加压速度、保压时间等措施能够改变金属液的流态，实现充型平稳过渡。采用电极触点法对铸件的三维充型流态进行了实验，测试了在最佳分级充型模拟工艺下金属液的充填形态，并对真空差压铸造分级充型流态进行了理论分析，建立了加压速度与充型速度、充型截面的数学模型。通过对比分析，实验获得的充填形态与数值模拟结果基本相同，经修正获得最佳分级充型方案。与单级充型（35KPa）条件下金属液的充型流态相比，分级充型流态更平稳，且按顺序充型。充型过程的控制是获得优质薄壁复杂铸件的关键技术之一，真空差压铸造分级充型新工艺根据铸件结构特征适时的改变充型压力，能够实现对铸造充型过程进行分段精确控制，极大的改善了充型流态，有利于获得高质量的薄壁复杂铸件，具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 复杂薄壁铸件的基本概念及特征
• 1.3 国内外复杂薄壁铝合金铸件充型过程的研究现状
• 1.3.1 低压铸造充型的研究现状
• 1.3.2 真空吸铸充型的研究现状
• 1.3.3 差压铸造充型的研究现状
• 1.3.4 真空差压铸造精密成形技术的研究现状
• 1.4 薄壁铸件充型模拟的研究现状
• 1.5 本研究的目标和主要研究内容
• 1.6 本研究的特色
• 第2章 薄壁铝铸件真空差压变压力分级充型数值模拟
• 2.1 铸件充型过程数值模拟基础理论及常用算法
• 2.1.1 流体流动的控制方程
• 2.1.2 充型过程数值模拟的一些常用算法
• 2.2 基于ProCAST的铝铸件分级充型的模拟
• 2.2.1 ProCAST软件介绍
• 2.2.2 实体建模和网格划分
• 2.2.3 参数设定
• 2.3 充型模拟结果
• 2.3.1 单级充型模拟
• 2.3.2 分级充型模拟
• 2.4 模拟结果分析
• 2.4.1 单级充型工艺下充填流态的分析
• 2.4.2 分级充型工艺下充填流态的分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 铝合金铸件分级充型流态的测试
• 3.1 真空差压分级充型工艺及设备
• 3.1.1 真空差压分级充型工艺
• 3.1.2 真空差压铸造设备
• 3.2 真空差压铸造分级充型铝合金充型流态的测试
• 3.2.1 常用测试方法
• 3.2.2 电极触点法的基本原理
• 3.2.3 实验材料及条件
• 3.2.4 实验方案
• 3.3 实验验证前的数值模拟
• 3.3.1 压差为 35KPa的单级充型流态
• 3.3.2 最佳变压力分级充型模拟工艺曲线
• 3.4 电极触点法实际测试结果
• 3.4.1 不同壁厚薄板在 35KPa下的充型流态
• 3.4.2 最佳模拟结果下实测充填形态
• 3.4.3 分级工艺优化后的充填形态
• 3.5 本章小结
• 第4章 分级充型工艺对真空差压铸造充型流态的影响
• 4.1 分级充型工艺对充型流态的影响
• 4.1.1 金属液流动形态的影响因素
• 4.1.2 变压力分级充型对流态的影响
• 4.2 分级充型对金属液流态影响的分析
• 4.2.1 壁厚对分级充型流态的影响
• 4.2.2 变截面对分级充型流态的影响
• 4.3 真空差压铸造充型模型
• 4.3.1 分级充型正向充型模型
• 4.3.2 分级充型数学模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢