7A09重力倾转铸造制备工艺及装置优化的数值模拟研究

发布时间：2020-09-02 11:53

　　 实验室课题组与江西雄鹰铝业联合开发了重力倾转铸造设备用于7A09铝合金铸锭的生产。本文对重力倾转装置进行了逆向建模,然后通过AnyCasting进行数值模拟。对模拟部分的软件操作流程进行了详细的步骤说明。通过成型形貌的优劣,确定了浇口杯的含量;通过金属液的最大流速确定了装置的倾转速度;通过铸锭是否产生缩孔、最后凝固层的深度(残余熔体体积)以及概率缺陷的分布确定了装置的预热温度;通过金属液在铸型型腔内的速度以及铸锭表面氧化物的含量确定了浇注温度。得到了重力倾转装置的最优工艺参数:50%的浇口杯含量、1/14π/rad的倾转、预热温度100℃和浇注温度700℃。通过现场实验验证了AnyCasting对重力倾转铸造模拟的可靠性。基于模拟得出的最优工艺参数,制备出了形貌完整,没有缩孔缺陷的铸锭。对重力倾转铸造所成型的铸锭进行了金相组织分析,统计发现底部的晶粒组织较为顶部细小,且圆整,主要呈近球形和蔷薇状,同一横截面上晶粒度相差不大,较为均匀。经image-pro plus6.0测算,倾转铸造工艺条件下,晶粒的平均当量直径为65μm,平均形状因子为0.58;而半连续工艺所成型铸锭的晶粒平均当量直径为184μm,形状因子为0.08。在装置的倾转过程中,金属液产生的强对流,有利于细化晶粒。将重力倾转所成型的铸锭与半连续所成型的锭进行了力学性能的比较,前者的屈服强度、抗拉强度以及延伸率都好于后者。对现有倾转装置的铸型以及砂型结构进行了改进优化。将复合型中的钢铸型换成铜铸型,能够增加冷却强度、缩短凝固时间。把砂型(浇口杯)中的直角过渡变为圆滑的弧面过渡后,金属液能以较为有序平稳的方式进行充型。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TG292
【部分图文】：

图 1.1 半连续铸造实验设备转浇铸造合金而言，倾转重力浇注工艺是合适且先进的铸造方法。：随着设备装置的转动，合金液在重力的作用下能够平稳实现液体沿着型腔壁一侧往下充型，到达型腔底部后再沿型。这种充型方式将“顶注式浇铸”与“底注式浇铸”很好地缩孔、缩松、浇不足等缺点。同时充型过程平稳，可建立出现湍流，合金熔体对模具型腔的冲刷力小。并且，由于一个外界贯通的冒口，型腔中的气体可以通过此处排出，作用，减少了氧化夹杂的产生[21-25]。造工艺应用于高强铝合金上可以总结为以下优点[26]：倾转的参数设定，能有效地控制铝液的充型时间和流动浇注过程中液体静压头高度从小逐渐过渡到大，利于速且平稳的特点；

第 2 章 重力倾转铸造装置及数值模拟概述第 2 章 重力倾转铸造装置及数值模拟概述2.1 重力倾转浇铸装置本课题使用的是由实验室课题组与江西雄鹰铝业股份有限公司开发的重力倾转浇注设备，用于制备 7A09 高强铝合金铸锭。图 2.1(a)为实物图，图 2.1(b)为示意图。(a) (b)

第 2 章 重力倾转铸造装置及数值模拟概述（2）any PRE 参数设置导入需要模拟的“.STL”格式部件进行装配，然后依次设置“网格处理”、“基本过程”、“可选模块”、“设置仪器”以及“求解条件”的设置；a、网格划分设置在网格划分前需要先对各实体进行类型设置，浇口杯、流道、铸件系统默认归类为浇注系统，钢铸型、铝模具、砂型、浇包统一设置为模具。为了模型可视化方便还可以进行实体透明度的设置。图 2.2 为三维实体在 any PRE 中的装配图、图 2.3 为“设置实体”窗口。

【参考文献】

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本文编号：2810561