基于procas的c5m4铝合金端盖低压铸造工艺的优化

基于procas的c5m4铝合金端盖低压铸造工艺的优化

低压铸造是一种方法，在低压力下完成填充和硬化，并获得铸造材料。铸件在一定压力下进行凝固得到有效补缩，其组织致密，气密性、力学性能得到改善，但生产周期长1铸件结构和分形面端盖材质为C5M4合金，其具有良好的抗拉强度及伸长率。C5M4铸态组织基体为α固溶体，质点相为Al图1和图2分别为铸件结构图和分形面示意图。铸件轮廓尺寸为520mm×160mm×600mm。C5M4端盖分型面选择遵循一般的铸件分型设计原则2端盖模拟前处理采用Pro/E软件绘制端盖零件、型芯实体图，型芯材料选择硅砂，根据端盖结构及分型面，确定型芯形状见图3。Pro/E新建制造文件，选择模具型腔，将端盖零件导入，根据金属型壁厚绘制模具，选择分型面命令拉伸绘制分型面，绘制完毕后隐藏，选择模具元件创建，将型芯精确装配到端盖中应用Hypermesh对C5M4端盖模具进行面网格划分，根据端盖结构尺寸，端盖模型网格大小划分为10mm，模具、型芯网格大小划分为15mm。在ProCAST软件Meshing模块中，检查修复面网格错误并生成体网格，最终有限元节点总数为88302，单元总数为488792。在Visual-Cast模块中进行模拟前处理，检查几何体，设置铸件、模具和型芯材料，模具材质为H13钢，型芯材料为硅砂，点击Interface设置铸型和铸件、铸型和型芯、铸件和型芯之间的传热系数，见表3。BoundaryConditions中添加浇注温度、冷却方式、充型压力、充型速度4个边界条件，点击Process设置模拟过程中重力加速度，该端盖重力加速度矢量为Y轴正方向，将Y轴重力加速度设置为9.8m/s3端盖压铸件的模拟3.1浇注方案搭接根据端盖结构设计不同的浇注系统单独考虑浇注系统对于C5M4端盖低压铸造工艺影响，在浇注温度为720℃，模具预热温度为250℃，充型压力为40kPa，充型速度为80mm/s条件下，对不同浇注方案进行数值模拟。取两种浇注系统的液态金属充型过程运行至1000步时的充型状态做对比，见图6。由图6可知，浇注方案2液流充型较平稳，对于型腔内气体排出有利，搭接形式更优，因此选择方案2做进一步研究。在较优搭接方案下，对比内浇道个数对C5M4端盖低压铸造的影响，浇注方案示意图见图7。取方案2、方案3浇注系统的液态金属充型过程运行至1000步时的充型状态做对比，见图8。由图8可知，方案2的充型过程更平稳，能够减少紊流、氧化夹杂等缺陷。方案3在充型时，来自多个内浇道的液流相互冲击，金属液产生飞溅，铸件凝固后易产生飞边毛刺，金属液迅速冲入铸件内部，端盖中气泡无法及时排出，将导致铸件产生气孔等缺陷，综上，选择方案2进行本次数值模拟。3.2充型速度对模拟端盖铸造工艺的影响将浇注温度、模具预热温度、充型压力和充型速度作为主要影响因素，在合适范围内分别定义3个不同数值，见表4。采用正交试验模拟其对C5M4端盖低压铸造的影响。选择L由表5可知，浇注温度为720℃，模具预热温度为200℃，充型压力为40kPa，充型速度为80mm/s时，铸件缩松、缩孔体积最小（见表5中4号）。浇注温度为740℃，模具预热温度为200℃，充型压力为60kPa，充型速度为70mm/s时，铸件缩松、缩孔体积最大（见表5中7号）。7号试验浇注温度过高，而模具预热温度过低，影响金属液充型能力，端盖无法得到及时补缩，导致形成缩松、缩孔较多。由表5可知，充型速度对端盖低压铸造工艺影响最显著，充型速度慢，液态金属填充平稳，有利于型腔中气体的排除；若充型速度过慢，对于复杂薄壁铸件，尤其采用金属型时，容易产生冷隔、浇不足等缺陷。3.3缺陷产生位置由表5可知，就浇注温度，A对优化方案进行ProCAST模拟，其缩松、缩孔体积降为75.23cm铸件中缺陷产生的位置集中在端盖中部通孔附近，见图11。为进一步减少铸造缺陷，在接近端盖通孔附近位置处设置冒口，热节圆直径d冒口在端盖形成时补给金属液，进行补缩、排气和集渣，在优化工艺条件下，添加冒口后缩松、缩孔缺陷体积降为68.96cm4充型速度对cbm4端盖低压铸造工艺的影响(1）通过对不同浇注系统的充型过程进行对比，发现方案2充型过程更平稳，为最优浇注方案。(2）根据正交试验，最优工艺参数是浇注温度为700℃，模具预热