铝合金汽车轮毂铸件凝固过程缺陷CAE分析

大老虎

铝合金汽车轮毂铸件凝固过程缺陷CAE分析
* d. E! i7 T" R+ B) D8 ` 引言
. z4 G8 y$ k  b3 Y  i* `4 y1 ^　　缩孔、缩松缺陷是铸造消费中常见的缺陷，铸件凝固过程数值模拟的主要目的就是要预测铸件凝固过程中缩孔、缩松的构成，从而完成对铸件内部质量的控制。铸件成形过程通常阅历液态冷却、固液转变和凝固后的继续冷却过程。其中液态冷却和固液转变普通产生较大的收缩。在铸件凝固初期，金属的液态收缩和固液转变所产生的收缩假设得不到有效的补缩，如冷却不合理，补缩通道过早的凝固被堵塞，就会在铸件中产生缩孔。—般缩孔表现为一次缩孔、二次缩孔等。而在铸件凝固后期，最后凝固局部的液态金属由于温度梯度很小，将以同时凝固方式停止凝固。开端是在整个液态金属内呈现许多细小的晶粒。随着温度降低和晶粒的长大以及新晶粒的产生，最后凝固局部将呈现许多被晶粒所隔离的孤立的液态金属，或者呈现虽未被晶粒完好隔离，但与外界液态金属的通道很小的液态金属。由于此时液态金属的粘度很大，外界的液态金属很难给予补缩，这些液态金属在进一步冷却和凝固时，将与缩孔产生的过程—样，产生许多细小的孔洞，构成宏观缩松。同时，在晶粒的枝晶之间也将残存许多被孤立的液态金属。这些液态金属在凝固时，将产生更多和更细小的孔洞，构成微观缩松。
　　2 影响分析
　　下面以某厂的铝合金轮毂铸件为例，应用CAE技术分析低压铸造凝固过程中浇注速度、冷却方式和模具构造对缩松，缩孔的影响。
, p7 Z4 n' _4 B: B* J& ~6 ~　　(1)取浇注速度为1m/sec、3m/sec、5m/sec、8m/sec。铸件浇注温度取700℃;模具预热温度：200℃;空气温度：20℃;模具与模具界面热交流系数：1000W/(m2.K);模具与铸件界面热交流系数：1500W/(m2.K);模具与空气热交流系数：10W/(m2.K);涂料与模具热交流系数;600W/(m2.K)。轮毂铸件材料ZL101，即：ω(Si)=7%;ω(Mg)=0.33%，余量为铝—ZL101铝合金。侧模为两横对开式。上、下模材料采用热作模具钢H13，侧模选用35CrMo模具钢。细致分析，如图1所示。
　　

& Y3 x. `5 b  }2 s2 R9 L* b　　图1 不同速度铸件缺陷分析
$ R( ^4 o1 t: d, j% U9 ~　　(a)v=1m/sec (h)v=3m/aec (c)v=5m/sec (d)v=8m/sec
0 M) V  e9 n3 V2 }& h+ v, a　　如图1所示，显现的数值为孔隙度(shrinkage porosity)，是一个判别铸件缩松的指标，以颜色直观表示呈现缩松区域，并以颜色变化表示缩松占体积的比例，例如图1(a)中的一局部对应比例尺约0.06，表示此区域约有6%的体积为缩松，但是缩松孔径的大小是需求经历去判别的，这里的孔隙度主要是给技术人员提供一个参考和辅佐判别。经过图1云图上的数值显现分析可以看到浇注速度对铸件的缺陷构成是有影响的：速度为1和3时缩孔的大小没有任何变化，缩松有微量的减少，当速度为5是缩孔直径明显的减小，缩松也明显的减少，缩松和缩孔发作的位置有了很大的变化：在轮辐处有较大的缩孔呈现;当速度取8时，与速度为5时相比拟，看c，d图发现缩孔没有明显的变化，缩松有变多的趋向，以为取浇注速度时可在(3～5)m/sec之间取值较合理。
　　(2)压铸模的冷却方式除了前面提到的风冷，还有水冷。风冷就是在模具中设置风管，经过紧缩空气来到达冷却模具的目的。水冷就是在模具中设置冷却水道，经过水往复活动来带走模具中的热量。水冷的方式较风冷更容易控制。在模具的构造设计当选用了风冷方式，前面做的分析均采用风冷方式，在这里不再另做分析。下面改动模具构造：在上模内设置水道。采用环形水道，取浇注速度为5m/sec，设置三条水道，直径为10mm，冷却水的温度取30℃做分析。分网完成的水道构造图，如图2所示。两种不同冷却方式分析比照图，如图3所示。
　　
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　　图2 水道构造分布图
　　
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, G5 c& z0 N6 z　　图3 不同冷却方式铸件缺陷分析
　　从图3中看到参加了冷却管道的铸件的缺陷主要集中在轮辋边缘处，轮辐处的缺陷消逝，缩孔在云图中消逝了，孔隙度的值明显较小。两种冷却方式的比照很容易发现水冷的方式要优于风冷的方式。在理论的工作中我们知道水冷的方式对模具冷却的更均匀，而且利于控制，不利于缺陷的构成。现改动水道数量取四条水道，直径为8mm，如图4所示。四条水道缺陷分析，如图5所示。
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* S4 g6 T* `! X0 ?7 X7 |　　图5 四条水道缺陷分析图
8 m3 |: b& W+ T9 b& o　　从5图中看到缩松比图3b图减少了，可知冷却管道的数量，冷却管道的直径对缩松、缩孔的构成是有影响的。从图中可以看到取小直径，多管道的冷却方式冷却更好，这也和理论操作相契合。但是，从完成难度和加工角度度来讲，风冷更容易加工，也是比拟容易完成。在比拟复杂的铸件中水道是很难设置的，即使设置了冷却水道，但是在目前的加工技术来讲是很难完成的，有的可以加工出来所用的本钱却很高。本次分析的轮毂铸件在轮辐处曲面比拟复杂，水道在此处的设置加工难度较大，而轮辐较厚、轮辐与轮辋衔接处是承受力的部位，也是热应力集中区，冷却不当就会呈现缺陷。故次轮毂铸件仍选用了风冷的方式。
: X- v) h1 ?. f9 B　　3 结论
; r0 j& L9 C3 g8 S! s　　用比照定量的方法分析了浇注速度、冷却方式对汽车铝合金轮毂低压铸造过程中的缩松、缩孔构成的影响，从上面的分析可以看出，浇注速度、冷却方式的选择的合理性直接关系到铸件的质量。我们可以借助CAE技术，模拟铸
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xiajin2001

图在哪儿啊

acccp

楼主忘了贴图

~边城浪子~

骄傲安静哦ok 【  ； 【 13232】】