铝合金汽车轮毂低压铸造的数值模拟与工艺优化.pdf

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1、山西省第二+六次铸造会议论文集铝合金汽车轮毂低压铸造的数值模拟与工艺优化王冠乾1，★牛晓峰1，张金山1，侯华2(1．太原理工大学，材料科学与工程学院，太原030024；2．中北大学，材料科学与工程学院，太原030051)摘要：本文以铝合金汽车轮毂为研究对象，运用铸造模拟软件Wincast—Experto，进行了低压铸造数值模拟计算，研究了充型和凝固的动态过程，观察到了设定工艺参数下低压铸造中金属液流动的状态。获得了金属液停止流动和凝固的时间点以及发现轮辋连接处可能存在缩松缩孔缺陷。根据模拟结果及理论分析改进初始工艺并对轮毂模具进行修改，对改进后的工艺重新进行模拟，结果表明，充型

2、过程中金属液流动更加平稳，凝固过程中可能产生的缩孔、缩松等缺陷得到有效的消除。关键词：充型；凝固；数值模拟；低压铸造NumericalSimulationonLow—pressureCastingProcessforA1．alloyWheelHubGuanqianWan91，*XiaofengNiul，ZhangJinshan91，HuaHou21．CollegeofMaterialsScienceandEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China；2．CollegeofMaterialsScienc

3、eandEngineering，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，ChinaAbstract：Thenumericalsimulationoflow-·pressureCastingProcessforA1·-alloyWheelHubwaspracticedusingcastingsoftwareWincast—Experto．Studiedthedynamicprocessoffillingandsolidificationandobservedcastingmoltenmetalflowstateinthelow-pressurec

4、asting．Gotthestoptheflowtimeofmoltenmetalsolidification，andfoundrimconnectionsmayexistshrinkageporositydefects．Therisersystemisdesignedbasedonthesimulationresultsandtheoreticalanalysis，Theimprovedprocesswasre—simulated，itshowsthattheliquidmetalflowsaremoresmoothlyandthepossibleshrinkagedefec

5、tsareeliminated．Keywords：mold—filling；solidification；numericalsimulation；low-pressurecasting低压铸造是一种近终形铸造工艺，具有重力铸造不具有的优良特性。其特点是充型过程中金属液流动平稳，在压力下凝固，能使铸件得到充分补缩，生成具有尺寸质量高，内部质量优良的铸件。·126·山西省第二十六次铸造会议论文集在汽车工业中，铝合金汽车轮毂已经占据了很大的市场，但是在生产制造过程中任然存在诸多问题，由于产品设计和充型速度可能引起卷起夹杂、个别位置率先凝固引起的缩孔缩孑L以及交界处的热结集中区引起的缺

6、陷。这些缺陷将影响汽车的安全为稳定性。数值模拟方法能很好的模拟低压铸造工艺中的充型与凝固过程，预测潜在缺陷的产生并且可以有效地降低企业的制造成本和优化工艺设计。本文以铝合金汽车轮毂为例，利用Wincast-Experto专业铸造模拟软件对铸件的充型及凝固过程进行数值模拟，优化了铸造工艺方案和模具的设计，有效地消除了低压铸造过程中存在的问题。1汽车轮毂三维模型及其工艺制定1．1汽车轮毂三维模型的建立运用三维造型软件proe对汽车轮毂进行三维实体造型，实体模型如图1．1所示。将铸件模型保存为stl格式文件，导人到Wincast-Expertot软件中进行网格划分。在划分网格过程中，

7、对轮辐和轮辋进行局部网格细化分，这样既可以保证模拟件的精确度又可以节省模拟时间，经网格划分后生成三维体网格模型如图1．2。体网格模型共有200000单元网格。图1-1轮毂三维模型图1．2生成网格的模型1．2数值模拟工艺参数低压铸造工艺方案的制定对产品的质量起着至关重要的作用。本文轮毂的材料为A356，热力学参数如表1所示。根据铝材料的热物性参数对轮毂铸件制定合理的浇注温度和速度，才能够得到满足要求的铸件。铸型材质为H13模具钢，模具的初始温度为350℃。铝合金的浇注温度设定为710。C。模具