【正文】 充型壓力15KPa18KPa20KPa22KPa結(jié)殼時(shí)間3s3s3s3s結(jié)殼增壓壓力5KPa5KPa5KPa5KPa結(jié)殼增壓速度2KPa/s2KPa/s2KPa/s2KPa/s結(jié)晶時(shí)間240s240s240s360s結(jié)晶增壓壓力5KPa5KPa5KPa5KPa結(jié)晶增壓速度2KPa/s2KPa/s2KPa/s2KPa/s金屬液密度2400Kg/m32400Kg/m32400Kg/m32400Kg/m3阻力系數(shù)1111(3)澆注完成后獲得的鑄件澆注完成后，需要將鑄件進(jìn)行清理、切澆口等步驟。一般來(lái)說(shuō)用機(jī)械式振動(dòng)除砂機(jī)來(lái)除砂和專用的切割機(jī)床來(lái)切割多余的澆口，但由于實(shí)驗(yàn)室條件所限，所以鑄件的清理和切澆口都需要人工清理。其大致過(guò)程如下圖315所示： (a)澆注完成的鑄型 (b) 未清理的鑄件 (c)鑄件的清理 （d） 清理完成的鑄件（c）本次實(shí)驗(yàn)所獲鑄件圖315 鑄件的清理 將實(shí)驗(yàn)所獲得的鑄件進(jìn)行切割，獲得樣品。對(duì)每個(gè)試樣鑲嵌以便于磨金相，先用粗砂紙將晶相表面抹平，然后每個(gè)試樣依次經(jīng)過(guò)400，800，1200，2000金相砂紙上研磨→水沖洗→拋光→水沖洗→酒精棉球清洗→烘干→侵蝕→水沖洗→酒精棉球清洗→烘干。拋光后用蒸餾水拭洗，用自來(lái)水拭擦有時(shí)會(huì)產(chǎn)生黑色表面。在XJP100型光學(xué)金相顯微鏡觀察并拍取照片，這些樣品的顯微組織如下圖316和圖317所示： 圖316 低壓鑄造鋁合金顯微組織圖317 重力鑄造鋁合金顯微組織 從以上的顯微組織圖像中可以看出：低壓鑄造的鋁合金鑄件的組織比重力鑄造的鋁合金鑄件的組織致密，使其具有更好的機(jī)械力學(xué)性能。第4章充型過(guò)程數(shù)值模擬 View Cast的實(shí)現(xiàn)過(guò)程本文采用的鑄造工藝模擬軟件為比利時(shí)WTCM鑄造中心開(kāi)發(fā)的商品化軟件Viewcast。Viewcast是基于有限體積法，用于模擬計(jì)算鑄件充型和凝固的應(yīng)用軟件。Viewcast軟件不但適用于砂型鑄造，而且可用于金屬型鑄造、壓力鑄造等其它鑄造工藝方法。它主要包括前處理、模擬運(yùn)算、后處理、熱物性數(shù)據(jù)庫(kù)等多個(gè)功能模塊和其它輔助功能；其中前處理包括網(wǎng)格剖分、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等；模擬運(yùn)算包括流場(chǎng)計(jì)算、溫度場(chǎng)計(jì)算、縮孔縮松預(yù)測(cè)、鑄鋼熱裂預(yù)測(cè)、微觀組織模擬等；后處理包括計(jì)算結(jié)果三維動(dòng)態(tài)顯示等。它是在對(duì)鑄件進(jìn)行三維幾何造型、并將實(shí)體離散為有限差分網(wǎng)格單元的基礎(chǔ)上，輔之以一定的邊界條件和熱物性參數(shù)庫(kù)，進(jìn)行三維流場(chǎng)和傳熱計(jì)算，最后根據(jù)相應(yīng)的判據(jù)，定量地預(yù)測(cè)鑄件縮孔、縮松等缺陷產(chǎn)生的部位和大小。以下是利用實(shí)驗(yàn)室的模擬軟件Viewcast對(duì)鋁合金帶輪進(jìn)行充型模擬。充型過(guò)程計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬是在流體力學(xué)和傳熱學(xué)的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立并求解描述液態(tài)金屬流動(dòng)過(guò)程的控制方程，求解后得到充型過(guò)程中壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)以及自由表面的進(jìn)展，為后續(xù)的凝固過(guò)程模擬以及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。這一過(guò)程都集成在了模擬軟件里。充型凝固過(guò)程數(shù)值模擬包括前處理、計(jì)算和后處理三部分。前處理的主要工作是在計(jì)算域內(nèi)進(jìn)行鑄件鑄型的三維實(shí)體造型，然后在Viewcast軟件中導(dǎo)入實(shí)體造型文件。(1)三維實(shí)體造型首先根據(jù)低壓鑄造工藝設(shè)計(jì)中的原則和鑄件實(shí)際尺寸，利用三維造型工具Pro/Engineer對(duì)鑄件和澆注系統(tǒng)進(jìn)行三維實(shí)體造型，如圖41所示。Pro/Engineer是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化3D軟件，是新一代的基于特征的產(chǎn)品造型系統(tǒng)。它是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型，對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是更自然，更直觀；Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件。鋁合金帶輪三維造型圖如圖41所示： （a）鑄件正視圖 （b）鑄件側(cè)視圖 圖41 鑄件的三維視圖(2)三維造型工具將鑄件和實(shí)體生成實(shí)體后，以供導(dǎo)入模擬軟件Viewcast。(3)，然后利用模擬系統(tǒng)的網(wǎng)格剖分模塊進(jìn)行有限差分網(wǎng)格自動(dòng)剖分。在充型計(jì)算前首先要選擇鑄件的材料、砂型的材料、充型過(guò)程工藝參數(shù)等。鑄件的材料選用ZL101A，砂型的材質(zhì)選擇樹(shù)脂砂。鋁合金澆注溫度為710℃，砂型溫度為25℃。然后根據(jù)前面的計(jì)算確定充型過(guò)程工藝參數(shù)，并選擇鑄造充型過(guò)程對(duì)鑄件的最終質(zhì)量起著決定性的作用，許多鑄造缺陷，如澆不足、冷隔、卷氣、氧化夾渣乃至縮松、縮孔等都與鑄造的充型過(guò)程密切相關(guān)，利用Viewcast軟件能夠較為準(zhǔn)確的表達(dá)充型過(guò)程和缺陷生成過(guò)程，這對(duì)于優(yōu)化充型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免充型不合理引起的鑄造缺陷具有重要的意義。充型過(guò)程計(jì)算后，可以查看充型過(guò)程中鑄件的流場(chǎng)情況和溫度場(chǎng)分布。如圖42所示。 (a) t= (b) t= (c) t= (d) t= (e) t= (f) t= (g)t= (h)t= (i)t= 充型完成時(shí)圖42 鑄件充型情況及其溫度分布在充型過(guò)程中，各階段充型分布如圖42所示。t=，金屬液由升液管通過(guò)橫澆道進(jìn)入內(nèi)澆道，如圖42(e)；t=，金屬液由內(nèi)澆道均勻充填型腔，液面平穩(wěn)上升，如圖42(f)；t= s時(shí)，金屬液完全充滿型腔，充型過(guò)程結(jié)束，如圖42(i)。由模擬過(guò)程不同時(shí)間段充型結(jié)果可知。金屬液在壓力作用下由型腔底部逐層向上順序充填鑄型型腔。整個(gè)充型過(guò)程平穩(wěn)。沒(méi)有明顯的液相起伏、飛濺。因此澆注系統(tǒng)和充型工藝參數(shù)的選取是合理的。充型過(guò)程計(jì)算后，根據(jù)充型后的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等計(jì)算鑄件的凝固過(guò)程。因?yàn)槔贸湫秃蟾鲌?chǎng)的參數(shù)，不必另設(shè)參數(shù)，所以計(jì)算過(guò)程比較快。此計(jì)算后可以查看凝固過(guò)程的縮孔、縮松的分布等如圖43所示。 圖43縮孔、縮松的分布圖（圖中有顏色的點(diǎn)）在縮孔、縮松的分布圖中，鑄件中沒(méi)有縮孔、縮松的缺陷，而縮孔、縮松的缺陷存在于澆注系統(tǒng)，對(duì)于鑄件沒(méi)有影響，所以該澆注系統(tǒng)和工藝參數(shù)的設(shè)置是合理的，可以滿足了生產(chǎn)的要求，可以進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證。結(jié)論本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)澆注和Viewcast軟件的數(shù)值模擬相互驗(yàn)證了低壓鑄造在鋁合金帶輪的生產(chǎn)中比重力鑄造所具有的優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中有如下結(jié)論：（1）在鋁合金砂型低壓鑄造實(shí)驗(yàn)澆注中，砂型采用的是樹(shù)脂自硬砂，其透氣性好。在其型腔內(nèi)部表面涂上涂料，則其獲得的鑄件表面質(zhì)量好。（2）經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)澆注可以證明，低壓鑄造獲得的鑄件成形性好，有利于形成輪廓清晰、表面光潔的鑄件。（3）低壓鑄造中，液體金屬充型比較平穩(wěn)，大大提高了其補(bǔ)縮能力，一般情況下不需要使用冒口，而且解決了重力鑄造中充型平穩(wěn)性與補(bǔ)縮的矛盾, 而且使鑄件品質(zhì)大大提高。（4）在低壓鑄造實(shí)驗(yàn)澆注中，澆注工藝參數(shù)的選擇，對(duì)于鑄件的成型和質(zhì)量有著非常重要的影響。但是其的選擇沒(méi)有規(guī)律，需要靠經(jīng)驗(yàn)或者多次實(shí)驗(yàn)，選擇最佳參數(shù)。（5）通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)獲得的鑄件的顯微組織，證明低壓鑄造獲得的鑄件組織致密，力學(xué)性能好。（6）用Viewcast軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，可以使設(shè)計(jì)人員不需要進(jìn)行實(shí)際澆注的情況下，獲得最優(yōu)方案，提高工作效率。（7）通過(guò)砂型低壓鑄造實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，其過(guò)程復(fù)雜，效率低。所以低壓鑄造一般采用金屬型，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，提高效率。參考文獻(xiàn)[1] 羅庚生，張忠忠，呂有綱．低壓鑄造[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版，1989[2] 張鵬飛．低壓鑄造輪轂[J]．特種鑄造及有色合金，1995，(6)：510[3] DJohn Rutherford．ZA Alloy Die Casting．ZA Casting Alloys Conference Proceeding[J]．Michigan，1985：33～36[4] 唐劍，黃平，牟大強(qiáng)等．鋁合金熔鑄技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．鋁加工，2001，24(4)：5～10[5] 李英男．大型鋁合金鑄件低壓鑄造[J]．低壓鑄造國(guó)外譯文集，1978：3798[6] 趙振華．低壓鑄造氣缸蓋461加上性能的研究[D]．哈爾濱：哈爾濱理T大學(xué)，2007：[7] :機(jī)械工業(yè)出版社,2001[8] ,2005,(1):1314[9] ,1999,(8):7881[10] 李永保, 柳百成,1996,(3):4042[11] ,1995(2):1119[12] 董秀琦,王冬,:兵器業(yè)出版社,1995. 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