转向器真空压铸模流分析

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转向器真空压铸模流分析
1 问题描述
8 R& r8 s1 u2 k6 C7 B+ p- T& e
真空压铸可以有效的改善铸件内部的气孔缺陷，并且使铸件组织更加致密，增加强度；但由于设备抽真空能力等其他方面原因，导致型腔内还存在少量气体。转向器的上壳体位于最后填充部位，发现在该部位没有设置有效的排气通道，剩余气体有可能被金属液卷到该位置，导致该处出现气孔缺陷。

本次用Flow3D软件对增加排气道后的真空压铸转向器壳体进行流态分析，并且和之前没加该排气道时的流态情况进行对比，用数值模拟的方式分析增加该排气道后，对转向器上壳体产生气孔的部位是否有抑制作用。
1 y1 O* I& z% O" |2 h
: a0 `, f% o" T2 实体的建立
4 {4 d1 I* m6 {
6 I5 F# E% O: x4 K3 I, c2.1 转向器实体建模
, ~. G/ B9 y% ?! Q& v/ |
1 b5 m% R3 G& S; N6 S模流分析采用Pro/E建模，用Flow3D做前处理和求解，分析采用有限差分网格，网格数量控制在600W左右，求解包括流场、温度场、缺陷场、速度场。转向器的实体模型如图1所示：

图1 转向器实体模型

) e" q( s. T6 R  i2.2 材料数据
' v- R3 S) O4 t- z0 ~" t
0 ]5 `* `* r# Z6 G表1为转向器真空压铸模流分析所需部分数据

表1 转向器部件材料数据
- q- j- C2 i  W) Y

2.3 参数
' k- S/ s1 C8 j) ]% s/ T. R6 w: U
由于材料是铝合金结构件，内浇口速度范围应该在20-60 m/s。浇注温度680-720,模具温度160-200。本次模拟选用如下参数，冲头压射速度计算公式如下：
$ j, c6 O8 _, q, `! S5 @, D
V1 S1 = V2 S2

0 @9 b/ f9 F* e. CV1-内浇口速度
( p% h& g# T8 P$ I8 aV2-冲头速度
" G# O. a% O7 }5 R* }' TS1-内浇口横截面积
S2-冲头横截面积
1 _, s8 K+ x6 A) k# L/ M
此次真空压铸转向器壳体的模拟计算选用一组参数预模拟，表2为转向器真空压铸的工艺参数。

表2 转向器真空压铸工艺参数
5 Z, `& Y9 }: }: h8 l5 ]# \+ Q) O( w

/ W; ]' \# V5 d- F3 模流分析
+ |5 k3 R1 N7 {$ y. {+ R
转向器的表面温度场和腔体的流态如下图所示，由流动情况看出，新增加的排气道并没有影响金属液的填充顺序，金属液还是依次填充零件的各个部位；温度场云图上，除了部分远浇口区域温度较低，其他区域的温度分布是比较均匀的。

图2 不同填充时间时转向器型腔中铝合金液的流动状态

9 p) I2 ~, J0 q4 O3 t增加的排气道给转向器腔体的填充末端提供了残余气体排出的通道，有效的降低了气孔出现的几率。下图为增加排气道前后，气孔缺陷在转向器壳体上出现的几率云图：

(a) 原状态 (b) 新增加排气道

红色部位为气孔出现几率大的地方；对比a、b两图，增加排气道后，气孔出现几率大的部位明显减少，并且重要部位的气孔情况已经得到很好的控制。
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4 结论

上壳体处新增加的排气道可以明显降低气孔缺陷的产生，并且新增加的排气道没有改变金属液的填充顺序。(end)