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
7 {( `! [/ S" v. m1 j4 p3 }
# K. a: b8 {4 z. v( h3 k9 J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。
; `4 |1 t0 H4 B" g
$ y8 U. m. |; Q! V" H' g8 t5 O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。
$ q* h2 b  f# q- R
. e: R! d) d# F) f+ V2 实体的建立
0 A( K3 x. C# n) |- A3 e1 f) N# V
$ c5 W0 B. o* M2 M8 ?: O; h6 d2.1 转向器实体建模
+ w8 e& A% C5 ~9 N) k$ n+ Y
9 T* Q2 D) }3 |0 o$ \2 n/ A% I+ z: b0 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

2.2 材料数据
; d9 j* T: G$ U, y, Q: ]
/ G2 n& [, b* L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

2.3 参数
/ R/ |! o1 [# ]3 R+ B' T) \; d
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：
/ a1 ]4 V( z5 l/ _, \/ Z3 i, ^7 t
V1 S1 = V2 S2

0 v1 Z  \5 `8 v& g& B1 m6 nV1-内浇口速度
V2-冲头速度
S1-内浇口横截面积
' X5 ~+ Z8 y1 f+ B" P4 pS2-冲头横截面积
* L7 h  |) ~" K6 ]
, b" l; ]# S; x+ J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

. b* W! M5 @- z3 模流分析
; R8 E; L1 w+ {; b
! V5 b. Z% D0 J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

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：

$ W& Y" `6 ^- |* w: e, p1 C(a) 原状态 (b) 新增加排气道

. p9 e( q  _: D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。
2 E5 Y6 g0 ^* _' a1 r2 B9 Y
4 结论
" C9 c1 t! t/ a8 X  \+ u
) V0 ?/ q# _! W! E/ Q% _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)