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
7 U  f8 b* [4 K  r; J1 问题描述

, r' G( t# b% e' T3 E0 Y" B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。
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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。
2 J! W9 \: q) }8 \+ j
# n0 Y+ E+ n5 W4 l) q8 ?2 实体的建立

" c( D' ]' R6 l) l% _  O( z2.1 转向器实体建模
- j: Q4 I: ^" C. p: S" y
7 O" P2 s. }' M4 Q( |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

3 W! `& I9 i" O& `3 D" E2.2 材料数据

5 M/ Y1 r2 o' L) n8 {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
6 Q+ }) r* j5 W' a( V7 z, L

8 _# r5 j5 X0 e) V, e2.3 参数
! M; N) I% T9 S! E" l/ _( w9 N
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：
' f1 i/ g3 g, T
V1 S1 = V2 S2
& _" c; C: ?+ A3 p; f
" }  ^; [& v2 u( V7 B& P. AV1-内浇口速度
7 C* i# V5 w$ x% n* |V2-冲头速度
/ J" M. F- X' N' e' W' _$ _S1-内浇口横截面积
6 L. O7 s8 {! i7 c2 Y# MS2-冲头横截面积

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

; k, s  K0 D9 t# H% W4 m  e3 模流分析
  [7 F3 h9 d4 e
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：

(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。
1 E# j. D/ g9 J7 K8 X" V
, d! t. ^4 ~4 u1 m$ ^) {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)