涡轮增压器壳体铸造工艺数值模拟

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1、Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．１０铸造技术Ｏｃｔ．２０１１ＦＯＵＮＤＲＹＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ·１３９９··计算机Ｃｏｍｐｕｔｅｒ·涡轮增压器壳体铸造工艺数值模拟孟冬波１，徐锦锋１，王超１，师素粉２，王玉峰２，朱爱军３，高军３（１．西安理工大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００４８；２．中国航空工业第一集团公司庆安集团有限公司，陕西西安７１００７７；３．盐城多为集团有限责任公司，江苏大丰２２４１１５）摘要：采用Ｐｒｏ／Ｅ软件为前处理平台，以ＰｒｏＣＡＳＴ软件为模拟平台，对涡壳件充型及凝固过程进行了模拟仿真。通过预测产生收缩缺陷的敏感区域，对涡轮增压器壳体（涡

2、壳）的铸造工艺进行了分析与评价。结果表明，铸件在充型初期存在一定程度的紊流，但充型速度较低，产生裹气、夹渣等缺陷的可能性较小；缩孔缩松敏感区主要分布于几何热节处和流道法兰根部等处，而以涡壳底部与流道相贯的几何热节处最为敏感，但与单内浇道引入工艺相比，双内浇口引入工艺产生缩孔缩松缺陷的可能性明显减小。关键词：涡轮增压器壳体；铸造工艺；仿真；流场；温度场中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ文章编号：１０００－８３６５（２０１１）１０－１３９９－０４ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣａｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＴｕｒｂｏｃｈａｒｇｅ

3、ｒＳｈｅｌｌ１，ＸＵＪｉｎ－ｆｅｎｇ１，ＷＡＮＧＣｈａｏ１，ＳＨＩＳｕ－ｆｅｎ２，ＷＡＮＧＹｕ－ｆｅｎｇ２，ＺＨＵＡｉ－ｊｕｎ３，ＧＡＯＪｕｎ３ＭＥＮＧＤｏｎｇ－ｂｏ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ＇ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ；２．ＡＶＩＣＩＱｉｎｇ＇ａｎＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ＇ａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉａｎｇｓｕＤｕｏｗｅｉＰｕｍｐＩｎｃ．Ｄａｆｅｎｇ２２４１１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｏｇｓｉ

4、ｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｓｈｅｌｌｂｙｕｓｉｎｇＰｒｏ／Ｅｓｏｆｔｗａｒｅａｓｔｈｅｐｒｅ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｕｓｉｎｇＰｒｏＣＡＳＴｓｏｆｔｗａｒｅａｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅｆｏｕｎｄｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｓｈｅｌｌｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅａｒｅａｏｆｓｈｒｉｎｋａｇｅｄｅｆｅｃｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓ

5、ｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｓｔａｇｅｏｆｆｉｌｌｉｎｇｍｏｕｌｄ，ｂｕｔｄｕｅｔｏｔｈｅｌｏｗｅｒｒａｔｅｏｆｆｉｌｌｉｎｇ，ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｗｒａｐｅｄｇａｓａｎｄｓｌａｇｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｉｓｒｅｄｕｃｅｄ；ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅａｒｅａｏｆｓｈｒｉｎｋａｇｅｍａｉｎｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｈｏｔｓｐｏｔａｎｄｔｈｅｆｌａｎｇｅｒｏｏｔｏｆｆｌｏｗｐａｓｓａｇｅ，ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｈｏｔｓｐｏｔａｔｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｓｈｅｌｌ

6、ｂｏｔｔｏｍａｎｄｉｎｔｅｒｆｉｎｇｅｒｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｅｄｆｌｏｗｐａｓｓａｇｅｉｓｔｈｅｍｏｓｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅａｒｅａ．Ｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｉｎｇｌｅｆｌｏｗｇａｔｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｓｈｒｉｎｋａｇｅｄｅｆｅｃｔｓｒｅｄｕｃｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｉｔｈｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｏｕｂｌｅｆｌｏｗｇａｔｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｓｈｅｌｌ；Ｆｏｕｎｄｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ａｎａｌｏｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；

7、Ｆｌｕｉｄｆｉｅｌｄ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ［２］目前，提高发动机效率和降低废气排放是汽车发在一定的难度。随着ＣＡＤ／ＣＡＥ软件的发展，对液动机技术发展的主要方向。涡轮增压器的使用是提高态成形难度大、结构复杂、试制成本较高的涡壳类铸件发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放的有效手进行铸造过程模拟仿真具有极大的优越性：一方面，能［１］段。然而，涡轮增压器壳体铸件具有流道三维曲面，够直观地分析液态金属在型腔中的流动状态，从而实结构具有一定的复杂性；充型过程不平稳，可能产生冷现浇冒口系统的优化设计，防止液态金属在浇道中吸隔、气孔和夹渣；合金元

8、素含量高，体收缩和线收缩率气，消除流股分离现象以避免铸件氧化，减轻紊流和降大，凝固过程很容易形成缩孔、缩松缺陷，铸造生产存低气体进入液态