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1、计算机应用技术特种铸造及有色合金2010年第30卷第4期镁合金汽车转向柱支架的压铸模拟仿真刘正贾莹莹毛萍莉李扬王峰王宏周乐(沈阳工业大学材料科学与工程学院)摘要为了观察在不同压射速度下金属液在充型过程中的流动情况,分析缺陷分布与位置,从而确定最佳浇注方案,利用模拟仿真软件FLOW23D,保持模具温度和浇注温度不变,分别采用压射速度为4.3、6.0、7.8m/s,对镁合金转向器支架进行模拟仿真,观察气孔、缩孔等缺陷的分布。结果发现,在模具初始温度为220℃,浇注温度为700℃的条件下,最优的压射速度应为6.
2、0m/s,此时能达到最佳充型效果。关键词镁合金压铸;数值模拟;充型凝固过程模拟;工艺优化;压铸件;温度场+中图分类号TG146.22;O242文献标志码A文章编号1001-2249(2010)04-0321-03DOI:10.3870/tzzz.2010.04.009镁及镁合金具有密度小,比强度、比刚度高,阻尼性、减震性优良及切削加工性、导热性好,电磁屏蔽能力强,易于回收等一系列优点,受到人们的极大关注,被誉[1]为21世纪的“绿色金属工程材料”,这使得镁合金在[2～4]汽车、航空、3C工业中具有巨大的应
3、用潜力。在镁合金压铸生产中,如果浇注系统、排气系统及压铸时的模具设计存在问题,充型凝固过程就会产生许多缺陷。(a)实物图(b)实体造型图采用数值模拟技术,对压铸充型、凝固过程中的温度场图1转向器支架实物图与实体造型图进行模拟,可以有效提高铸件质量和生产效率[5～7]。使用T形浇注系统进行浇注,金属液流动平稳有在充型过程中,选择适当的压射速度才能得到较序,易于实现顺序凝固,能最大限度地减少气孔等缺陷。好的效果。本课题在保持模具温度和浇注温度不变的溢流槽设计及T形浇注系统设计见图2。条件下,改变压射速度来观察
4、金属液在充型过程中的流动情况,从而为压铸镁合金汽车转向柱支架的实际生产提供优化方案。该转向柱支架的平均壁厚为5mm,最大壁厚为7mm,最小壁厚为2mm,质量为2kg。1模拟前的处理1.1分型面的确定根据转向器的自身特点,选择直线型分型面。其优(a)溢流槽设计(b)T形浇注系统图2溢流槽设计图及T形浇注系统点是:①有利于脱模,开模后零件大部分留在动模中;②型腔深度减小;③模具结构简单,易于加工。汽车转向2转向器支架压铸过程的模拟仿真柱支架的实物及实体造型见图1。1.2浇注系统的设计2.1凝固过程模拟仿真合理
5、的浇注系统可以有效地保障铸件质量,提高生用三维建模软件Pro/E将设计好的几何模型转换产效率,降低铸件成本。若直接采用扇形浇注系统,因成模拟软件Flow23D能够识别的文件格式STL。图3初始填充速度过快,会有金属液飞溅而造成对型壁的损是转向器支架及浇注系统的网格剖分图,铸件的浇注系伤;又由于镁合金在型腔中凝固很快,而扇形的两侧落统部分设置网格数是390778,支架铸件本身采用密网后于中间部位进行填充,这样就容易造成气孔、冷隔等格进行剖分,网格数为766029,最大的网格宽度为0.21缺陷。综上考虑,决定
6、采用T形浇注系统。mm,最小的网格宽度为0.12mm。收稿日期:2009209225;修改稿收到日期:2009211225基金项目:辽宁省科技厅资助项目(2008221005);辽宁省教育厅创新团队项目(2009T073)第一作者简介:刘正,男,1957年出生,教授,沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳(110178),电话:024-25496166,E-mail:wsjyywsjyy@163.com321特种铸造及有色合金2010年第30卷第4期(a)充型时间为0s(b)充型时间为0.009360s(a
7、)浇注系统(b)支架铸件图3浇注系统及支架铸件网格剖分结果2.2参数选择和条件设定采用的合金为AZ91D,是直接调用Flow23D模拟软件自带的材料库。AZ91D合金液相线温度为595℃,固相线温度为470℃,潜热为373kJ/kg,650℃的3(c)充型时间为0.016840s(d)充型时间为0.023318s密度约为1740kg/m,比热容约为1.3kJ/(kg·K);图5压射速度为6m/s时温度场模拟结果模具材料是H13钢。2.3不同压射速度的转向器支架充型过程模拟与分析为研究充型速度对充型过程中各
8、参数的影响,保持模具温度为220℃和浇注温度为700℃不变,改变压射速度来观察金属液的充型过程。图4～图6为压射速度为4.3、6.0、7.8m/s时温度场模拟结果。(a)充型时间为0s(b)充型时间为0.007927s(a)充型时间为0s(b)充型时间为0.015050s(c)充型时间为0.012592s(d)充型时间为0.017935s图6压射速度为7.8m/s时温度场模拟结果充型结果比较理想。从图6可以看出,在此条件下,金
