铸件充型凝固过程数值模拟实验报告

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1、哈尔滨工业大学《材料加工过程数值模拟基础》实验课程铸件充型凝固过程数值模拟实验报告姓名:学号:班级:材料科学与工程学院铸件充型凝固过程数值模拟实验报告实验铸件凝固过程数值模拟一、实验目的1.学习有限差分法温度场模拟的数学模型和基本思路；2.掌握用AnyCasting铸造模拟软件进行温度场模拟的方法。二、实验原理1.有限差分法温度场模拟的基本思路：设计铸造工艺方案-根据定解条件求解能量方程-揭示凝固行为细节T预测凝固缺陷-改进工艺方案，返冋第二步循环。2.有限差分法温度场模拟的数学模型：斜rP2T拌r2了十？厶rCl^=1和+w+w尹?7三、铸件凝固模拟过程及参数设置1・凝固模拟过程

2、铸件、浇冒口等三维实体造型(输出STL文件)网格剖分、纯凝固过程参数设置等前处理T凝固温度场和收缩缺陷计算模拟数据T后处理得到动态的液相凝固、铸件色温图和缩孔缺陷等文件。2.参数设置铸件材质：AC1B铸型材质：SM20C初始条件：上下模500°C,侧模400°C,升液管700°Co边界条件：所有界面与空气间的界面传热系数都为10W/(m2-K),熔融金属液与模具之间的界面传热系数为4000W/(m2-K),各部分模具间和模具与升液管间界面传热系数都为5000W/(m2K)o四、模拟结果449383.3124gAnyCasting151263139449127635115821104

3、007921938.03806.856656752图1冷却时间由于模拟中设置了水冷和空冷条件，所以铸件冷却速度较快。由图1可知凝固首先发牛在铸件表面，铸件的轮辎区厚度较薄，冷却速度比轮辐处冷却快。内浇口先于轮辐凝固，在内浇口凝固后升液管内铝合金熔液无法对轮毂进行补缩，则在轮毂中最后凝固处容易产生缩松缩孔。冷知澹34.7181(degreecentigrade/sec)32006629295034718118448815737313.02571031427602726583523.871921.1604SvAnyCasting图2冷却率由冷却率分布情况可知凝固过程中各部分冷却速率不同

4、，可以判断出凝固时内应力较大的区域，在应力较大区域铸件容易产生裂纹缺陷。由模拟结果中铸件的温度场情况，合理设置工艺参数减少缩松缩孔及裂纹的产生，合理布置冷却水管的分布位置。实验二：铸件充型过程数值模拟一、实验目的1.学习有限差分法流动场模拟的数学模型和基本思路；2.掌握用AnyCasting铸造模拟软件进行流动场模拟的方法。二、实验原理1.有限差分法流动场模拟的基本思路：设计工艺方案T根据定解条件求解N-S方程、连续性方程T揭示充型行为细节一＞预测充型缺陷一＞改进工艺方案，返回第二步循环。2.有限差分法流动场模拟的数学模型：Navier-Stokes方程p（匹+「匹+「叫+「匹）=

5、〃（西1+邑+西!）_遽+心P'dtxdxydy2dz丿/Vdx2dy2dz2丿dx以dvydvvdvrdvd2vvd2vvd2vdP00+冬示+%石+叫訂间討+17+存）一乔+必dv,dv.dv.d2v.d2v.d2v_dP以茶+人需+冬乔乜£）"話+乔+討）一訂仏连续性方程西dx旳dz=0三、铸件充型模拟过程及参数设置1.充型模拟过程铸件、浇冒口等三维实体造型（输出STL文件）-网格剖分、纯充型过程参数设置等前处理一＞流动场模拟计算数据一＞后处理得到动态的体积充填、充型速度和流体压力等文件。2.参数设置铸件材质：AC1B铸型材质：SM20C初始条件：上下模500°C,侧模400

6、°C,升液管700°Co边界条件：所有界而与空气间的界而传热系数都为10W/(m2-K),熔融金展液与模具Z间的界面传热系数为4000W/(m2K),各部分模具间和模具与升液管间界面传热系数都为5000W/(m2-K)o四、模拟结果充羽时回1.5532(sec)Q1553213990『124481.09060.93630782106279D0.4737031950.1652/vAnyCasting0.0110图3充型时问图3中颜色表示铸件各部分充型的时间，左边的色谱图表示不同颜色代表的时间范围。由图3可知轮毂充满的时间为1.5532so充型时间12294(sec)□1.55321.

7、3990"1.2448109060.93630782106279i0.47370.31950.1652/AnyCasting0.0110图4充型1.2294s139901553212448109060.62790.47370.31950.16520.93630.78210.0110图5充型1.5193s由图4可知在1.2294s时熔液在图示位置交汇。如图5可知，熔液最后充填位置为轮網上边缘。在充型过程屮，表层铝熔液接触空气产生的氧化物质，被铝熔液冲刷掉的模具敷料等杂质