压铸充型过程与气体卷入的数值模拟.PDF

2 0 0 9 中国铸造活动周论文集 压铸充型过程与气体卷入的数值模拟* 赵海东，董普云，白砚飞，李元元 （华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心，广东 广州 510640 ） 摘要 建立了压铸充型过程及气体卷入的数学模型，对实际压铸件进行了数值模拟应用，预测了压铸件 孔洞的形成位置；通过对实际压铸件局部剖面及其在光学显微镜下微观组织的观察分析，对模拟结果进行 了验证与讨论。结果表明：孔洞的产生不仅与气体卷入密切相关，而且与与凝固过程浇口的早期凝固及压 力传递有关。 关键词 压铸件；充型过程；气体卷入；数值模拟 Simulation of Mold Filling and Gas Entrapment of Die Castings Zhao Hai-dong, Bai Yan-fei, Dong Pu-yun, Li Yuan-yuan （State Engineering Research Center for Metallic Materials Net-shape Processing,South China University of Technology, Guangzhou 510640 ，China Abstract: The model of mold filling and gas entrapment of die castings was established. It has been applied to a practical die casting. Furthermore, Macrostructure and microstructure of local section were observed and the experimental results were compared with the simulation results, and then discussed. The study indicates that porosities formation was dependent on gas entrapment and early solidification of gate as well as pressure transfer within the solidification process. Keywords: Die Casting; Mold Filling;Gas Entrapment; Simulation 压铸是铝、镁等合金精确铸造成型主要工艺之一，广泛应用于汽车、航空航天、电子产 品等工业零件的制造中。但是，在压铸过程中，液态金属以很高的速度充填型腔，金属流体 [1,2] 呈现紊流状态，易产生气体卷入而形成孔洞缺陷 ，常导致铸件报废与失效。本文基于直 接有限差分法，提出了自由表面精确描述的方法，建立了相应的充型过程模型，通过型腔内 气体的追踪，提出气体卷入的预测方法；对实际铝合金铸件进行了模拟应用，通过宏观与微 观组织对模拟结果进行了验证分析和讨论。 1 数学模型 1.1 自由表面的描述 在使用DFDM 进行充型过程模拟中，为了描述自由表面在单元中的形状和位置，如图 [3,4] 1 所示，将自由表面近似处理为与单元的表面平行，并提出了如下单元变量 ： ( 1) 表面无量纲距离bD ,k (k =1,6) ：为自由表面距离单元各个表面的距离与单元在垂直于该 表面方向的垂直距离的比； (2) 表面充填比率b S ,k (k =1,6) ：液体金属流体在单元各个表面所充填的面积与该表面面积 之比； (3) 体积充填比率b V ：为单元液态金属流体所充填的体积与单元体积之比。 对于未充满的单元表面，其表面无量纲距离为0。对于液态金属流体完全未充填单元， 其上述所有单元变量均为 0；对于完全充满的单元，其表面无量纲距离为 0.5，而其他变量 均为1。 *基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-08-0209)