铸造模拟软件JSCAST在挤压铸造中的应用

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1、万方数据特种铸造及有色合金2008年第28卷第1期铸造模拟软件JSCAST在挤压铸造中的应用骆国建1罗继相1江玉华2陈云1冯福贵3(1．武汉理工大学物流工程学院；2．万丰奥特科技发展有限公司；3．温岭仪华仪表厂)摘要以汽车空调器壳体尺寸为依据，建立铸件三维实体模型，结合实际生产工艺，运用JSCAsT软件对铸件成形过程进行计算机模拟。结果表明，铸件充填良好，无气孔缺陷发生，但在进口的端部到壳体的连接处因厚度差较大，易于产生缩孔(缩松)缺陷，这与实际生产情况相符。针对缺陷，提出移动浇道位置，使之尽量靠近缺陷部位，以

2、强化浇道补缩效果；同时通过缩短型芯长度等措施优化零件结构。有效地避免了上述部位缩孔缺陷的发生，实现了利用计算机数值模拟来改进工艺方案，达到提高产品质量、获得优质挤压铸件的目的。关键词JSCAsT；挤压铸造；汽车空调器壳体；缩孔中图分类号TG249．2；TP391．9文献标志码A文章编号1001—2249(2008)01—0026一03产业的全球化导致了铸造产品竞争的日益激烈，铸造产业都在向高品质、高可靠性、质量轻、节能、低成本方向发展uj。挤压铸造在工业生产中得到了广泛的应用，已成为生产高品质铸造毛坯的重要手段

3、[2]。但在挤压铸造生产过程中，由于多种因素的影响，往往会导致铸件产生冷隔、裂纹、缩孔、缩松等缺陷¨j。这些缺陷的形成与铸造过程有着密切的关系，通过对铸造充填凝固过程的数值模拟解析，可以快速得出改进产品结构和生产工艺的措施，避免缺陷的发生[4]。JSCAST软件是对熔融金属在铸型内的充填、流动、冷却、凝固等过程进行数值模拟的软件[5]。本课题运用JSCAST软件对汽车空调器壳体挤压铸造工艺的充填和凝固过程进行了模拟分析，预测了可能发生的缺陷及其位置，结合模拟结果，提出了消除这些缺陷的方法。1JSCAST的数学模

4、型JSCAST对温度场(Fourier方程)及流场(Navier—Stokes方程和连续性方程)的数值计算，均采用直接差分法[6]。直接差分法与有限差分法相比，导入各种物理量和适应于各种边界条件的协调性较好；与有限元法相比，其数值离散化过程更简单且直观口1。流场与温度场的耦合，采用热焓法，凝固过程中，潜热的释放处理，采用温度回升法口舟]。另外，自由表面的移动推算，采用了独自开发的8法L10

5、。2零件实体模型的建立与参数的确定使用3D软件Pro／E对零件进行实体造型，见图1，然后以STL格式导入JSCAST中进行

6、铸型的定义及网格的剖分。为保证模拟的精度和计算的速度，选用等间隔的剖分方法将整体模型(铸件和铸型)剖为细网格，再用增加／删除的网格修改方法将铸型部分的网格尺寸适当放宽，见图2。模拟中使用的铸件材料为AC4C，其物理性能参数分别为：密度妒=2．680g／cm3，比热容c一0．9614J／(g·℃)，液相线温度为613℃，固相线温度为557℃，导热系数尼一1．55J／(cm·s·oc)，凝固潜热H一388．?4J／g；铸型材料为SKD61，其物理性能参数为：密度p一7．800g／cm3，比热容c—O．543J／(g

7、·℃)，导热系数尼一o．272J／(cm·s·℃)；计算中采用的浇注温度为680℃，模具预热200℃，浇注速度为O．5m／s。图1零件的实体造型图2网格剖分模拟过程及结果分析3．1充型过程汽车空调器壳体的整个充填过程在o．746s内完成，各时问充填状态见图3。充型开始，金属液以较高的速度进入型腔，由于液流向上的运动速度远远大于向四周扩散的速度，故刚开始液流向四周扩散的趋势不明显(见图3a)。但由于截面积的迅速增大和重力作用，液流向上的速度降低，向牧稿日期：2∞70912基金项嗣：交通部交通行业港口装卸重点实验室

8、资助项目(2005003)第一作者简介：骆国建，男，1984年出生，硕士研究生，武汉理工大学物流工程学院，武汉(430063)，电话：13476077823，E—mail：luoguojian3@163．c。m26万方数据一铸造模拟软件JscAsT在挤压铸造中的应用骆国建等图3壳体的充填状态左右扩散速度增大，这样液流向上的趋势得到遏制，开保证排气良好，从而大大降低了铸件内部产生气孔的可始向四周扩散(见图3b)。当液流完全覆盖底面后，液能性。层开始逐步向上充填，该过程液流运动较为缓和，有助于气体的排出(见图3c)

9、，图3d为充填结束状态。从整个充填过程来看，金属液是自底向上、逐步充满型腔的，而排气孔正好开在最后填充的部位，这样能3．2凝固过程整个凝固时间耗时10．765s，各时段的部分凝固状态见图4，其中空网格表示已经凝固的区域，而实体部位则表示铝合金仍处于液态或半固态，没有完全凝固。(a)f—O．475s(b)￡一2．352s(c)￡一3．195s(d)￡一5．Ol78图4不同时段的凝固状态凝