文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 消失模铸造充型过程的数值模拟分析

消失模铸造充型过程的数值模拟分析

消失模铸造充型过程的数值模拟分析
消失模铸造充型过程的数值模拟分析

消失模铸造工艺

消失模近净成形铸造工艺技术及应用 李润生 (中天创展球铁有限公司佛山顺德528313) 一消失模铸造概述 在我国已有几千年历史的传统铸造,主要用来生产机械零件的毛坯件,尽管发展到现在,也出现了许多新的方法,但是目前生产上应用最普遍的仍然是发展较早的砂型铸造。 手工砂型铸造通常又被称之为翻砂。它必须借助于铸模(用木材或金属制成),才能将型砂制成的需形状的铸型,但是这类用木材或金属制成的模样,必须在浇注前从铸型中取出,否则就无法浇注。因此,这种工艺显得特别复杂,工序多、劳动强度大、生产周期长、成本高,而且铸件精度不够理想,表面较粗糙,加工余量大,甚至对于某些复杂的零件还无法实现活块整体铸造,这就成了砂型铸造的致命弱点。 为了改善砂型铸造的状况,人们作了不少努力,近代高速粘土湿砂射压造型和静压造型的应用,呋喃树脂自硬砂,有机酯硬化和微波加热水玻璃砂的应用,达到砂型铸造的先进水平。但是对于那些单件小批量、形状较为复杂的大中型铸件、大批量生产的复杂铸件如何来实现“高效、优质、清洁、低成本、高精度、”的生产要求,成了铸造工作者急待解决的重大课题。在消失模铸造法出现之后,这个问题得到了解决。消失模铸造是一种近无余量、精确成型的铸造方法,被铸造界的权威人士称为“21世纪的铸造工艺革命”和“最值得推广的绿色铸造工程”。 消失模铸造与传统的粘土砂铸造的主要工艺流程比较如下图:

消失模实型铸造法、干砂负压铸造法分别代表了消失模铸造发展的两个阶段,也是当前世界各地广泛使用的、已相互独立的两种铸造方法。 实型铸造法(FM法):就是用泡沫聚苯乙烯模代替铸模进行造型,其方法主要是用化学自硬砂造型,模样不取出呈实体铸型,浇入金属液,模样气化,而得到理想铸件的一种铸造方法。该法的工艺过程是将泡沫塑料制成的模样,置入砂箱内填入造型材料后夯实,模样不取出构成一个没有型腔的实体铸型,当金属液浇入铸型时,泡沫塑料模在高温金属液的作用下迅速气化、燃烧而消失,金属液取代了原来泡沫塑料模样所占据的位置,冷却凝固成与模样形状相同的实型铸件。目前用化学自硬砂作为填充材料的实型法适用于生产单件中大型铸件。以下是呋喃树脂砂FM法主要工艺流程: 干砂负压铸造法(EPC法):干砂负压铸造法是将真空密封造型法与实型铸造进行工艺嫁接而形成的一种新的铸造方法,因而它保留了真空密封造型法和实型铸造的主要优点,克服了它们各自的缺点和局限性。这不仅是实型铸造技术的新突破,更是实型铸造法的新发展。在干砂填充成型法基础上,采用负压浇注,不仅利用砂箱内外压差使干砂紧实,还保证了泡塑模在真空下气化,这样所产生的气体量大大减少,产生的气体也能及时和有效地排放。由于金属液被浇注进入真空状态下的型腔,因此铸件表面精度很高,同时简化了造型操作,无须混砂工序,铸件容易落砂清理,极少粉尘污染,减少了气孔以及根除了由粘结剂等添加物引起的铸造缺陷。该方法已成为消失模铸造的最重要方法。EPC法工艺流程如下:

铸造过程模拟仿真

铸造过程模拟仿真 1、概述 在铸造生产中,铸件凝固过程是最重要的过程之一,大部分铸造缺陷产生于这一过程。凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺,预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。 凝固过程数值模拟可以实现下述目的: 1)预知凝固时间以便预测生产率。 2)预知开箱时间。 3)预测缩孔和缩松。 4)预知铸型的表面温度以及内部的温度分布,以便预测金属型表面熔接情况,方便金属型设计。 5)控制凝固条件[1]。 为预测铸应力,微观及宏观偏析,铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。作为铸造工艺过程计算机数值模拟的基础,温度场模拟技术的发展历程最长,技术也最成熟。温度场模拟是建立在不稳定导热偏微分方程的基础上进行的。考虑了传热过程的热传导、对流、辐射、结晶潜热等热行为。所采用的计算方法主要有:有限差分法、有限元法、边界元法等;所采用的边界条件处理方法有N方程法、温度函数法、点热流法、综合热阻法和动态边界条件法;潜热处理方法有:温度回升法、热函法和固相率法。 自丹麦Forsound于1962年第一次采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来,为铸造工作者科学地掌握与分析铸造工艺过程提出了新的方法与思路,在全世界范围内产生了积极的影响,许多国家的专家与学者陆续开展此项研究工作。在铸造工艺过程中,铸件凝固过程温度场的数值模拟计算相对简单,因此,各国的专家与学者们均以铸件凝固过程的温度场数值模拟为研究起点。继丹麦人之后,美国在60年代中期开始进行大型铸钢件温度场的计算机数值模拟计算研究,且模拟计算的结果与实测温度场吻合良好;进入70年代后,更多的国家加入了铸件凝固过程数值模拟的研究行列中,相继开展了有关研究与应用,理论研究与实际应用各具特色。其中有代表性的研究人员有美国芝加哥大学的R.D.Pehlke教授、佐治亚工学院的J.Berry教授、日本日立研究所的新山英辅教授、大阪大学的大中逸雄教授、德国亚探工业大学的P.Sham教授和丹麦科技大学的P.N.Hansen教授等。我国的铸件凝固过程温度场数值模拟研究始于70年代末期,沈阳铸造研究所的张毅高级工程师与大连工学院的金俊泽教授在我国率先开展了铸造工艺过程的计算机数值模拟研究工作,虽然起步较晚,但研究工作注重与生产实践密切结合,取得了较好的应用效果,形成了我国在这一研究领域的研究特色[2]。 1988年5月,在美国佛罗里达州召开的第四届铸造和焊接计算机数值模拟会议上,共有来自10个研究单位的从事铸造凝固过程计算机数值模拟技术研究的专家和学者参加了会议组织的模拟斧锤型铸件凝固过程的现场比赛。由于该铸件在几何形状上属复杂类型,模拟计算有一定的难度。从比赛结果看,绝大部分的模拟结果与实际测温结果相吻合。此次比赛得出如下结论[8]: l)铸件凝固过程的计算机模拟达到了相当的水平,如三维自动刻分、三维模拟计算、三维温度场显示等,并产生了一些软件包,如日立公司的HICASS、丹麦的Geomesh、大阪大学的SOLAM及亚琛的CASTS等。 2)模拟计算的结果都接近实测,这说明有限差分、有限元和边界元这三种计算方法对温度场计算都能满足精度要求,同时也说明了铸件凝固过程温度场计算机模拟计算技术已趋成熟。

消失模铸造技术

消失模铸造技术 1简介编辑 消失模铸造工艺包括浇冒口系统设计、浇注温度控制、浇注操作控制、负压控制等。浇注系统在消失模铸造工艺中具有十分重要的地位,是铸件生产成败的一个关键。在浇注系统设计时,应考虑到这种工艺的特殊性,由于模型簇的存在, 使得金属液浇入后的行为与砂型铸造有很大的不同,因此浇注系统设计必定与砂型铸造有一定的区别。在设计浇注系统各 部分截面尺寸时,应考虑到消失模铸造金属液浇注时由于模型存在而产生的阻力,最小阻流面积应略大于砂型铸造。[1] 2铸件工艺编辑 由于铸件品种繁多、形状各异,每个铸件的具体生产工艺都有各自的特点,并且千差万别。这些因素都直接影响到浇注系统设计结果的准确性。为此,可将铸件以某种方式进行分类。针对中小铸件,可按铸件生产工艺特点进行分类,如表 1所示。模型簇组合方式可基本反映铸件的特点,以及铸件的补缩形式。浇注系统各部分截面尺寸与铸件大小、模型簇组 合方式以及每箱件数都有关系。为此,在设计新铸件的工艺时,应根据铸件特征,参照同类铸件浇注系统特点有针对性地进行计算。 因为模型的存在,在浇注过程中模型气化需要吸收热量,所以消失模铸造的浇注温度应略高于砂型铸造。对于不同的合金材料,与砂型铸造相比,消失模铸造浇注温度一般控制在高于砂型铸造30?50 C。这高出30?50 C的金属液的热量可满足模型气化需要的热量。浇注温度过低铸件容易产生浇不足、冷隔、皱皮等缺陷。浇注温度过高铸件容易产生粘砂等缺陷。 消失模铸造浇注操作最忌讳的是断续浇注,这样容易造成铸件产生冷隔缺陷,即先浇入的金属液温度降低,导致与后浇注的金属液之间产生冷隔。另外,消失模铸造浇注系统多采用封闭式浇注系统,以保持浇注的平稳性。对此,浇口杯的形式与浇注操作是否平稳关系密切。浇注时应保持浇口杯内液面保持稳定,使浇注动压头平稳。 负压是黑色合金消失模铸造的必要措施。负压的作用是增加砂型强度和刚度的重要保证措施,同时也是将模型气化产物排除的主要措施。负压的大小及保持时间与铸件材质和模型簇结构以及涂料有关。对于透气性较好、涂层厚度小于1mm 的涂料,对铸铁件负压大小一般在0.04?0.06MPa,对于铸钢件取其上限。对于铸铝件负压大小一般控制在0.02? 0.03MPa。负压保持时间依模型簇结构而定,每箱中模型簇数量较大的情况,可适当延长负压保持时间。一般是在铸件表层凝固结壳达到一定厚 度即可却去负压。对于涂层较厚及涂料透气性较差的情况,可适当增大负压及保持时间。 3三个步骤编辑 铸造工序

消失模铸造的优缺点分析

消失模铸造的优缺点分析 优点:一、提高铸件质量,降低废品率 1.铸件尺寸形状精确,重复性好,具有精密铸造的特点;2.铸件的表面光洁度高;3.取消了砂芯和制芯工部,根除了由于制芯、下芯造成的铸造缺陷和废品; 4.不合箱、不取模,大大简化了造型工艺,消除了因取模、合箱引起的铸造缺陷和废品; 5.采用无粘结剂、无水分、无任何添加物的干砂造型,根除了由于水分、添加物和粘结剂引起的各种铸造缺陷和废品;6.可在理想位置设置合理形状的浇冒口,不受分型、取模等传统因素的制约,减少了铸件的内部缺陷;7.负压浇注,更有利于液体金属的充型和补缩,提高了铸件的组织致密度;8.易于实现机械化自动流水线生产,生产线弹性大,可在一条生产线上实现不同合金、不同形状、不同大小铸件的生产;9.可以取消拔模斜度; 二、降低生产成本 1.可减轻铸件重量;2.降低了生产成本; 3.消失模铸造工艺可以实现微震状态下浇注,促进特殊要求的金相组织的形成,有利于提高铸件的内在质量;4.在干砂中组合浇注,脱砂容易,温度同步,因此可以利用余热进行热处理。特别是高锰钢铸件的水刃处理和耐热铸钢件的固溶处理,效果非常理想,能够节约大量能源,缩短了加工周期; 三、减少资源成本 1.落砂极其容易,大大降低了落砂的工作量和劳动强度;2.铸件无飞边毛刺,使清理打磨工作量减少50%以上;3.组合浇注,一箱多件,大大提高了铸件的工艺出品率和生产效率;4.使用的金属模具寿命可达10万次以上,降低了模具的维护费用;5.减少了粉尘、烟尘和噪音污染,大大改善了铸造工人的劳动环境,降低了劳动强度,以男工为主的行业可以变成以女工为主的行业;6.简化了工艺操作,对工人的技术熟练程度要求大大降低; 四、用途广泛 1.零件的形状不受传统的铸造工艺的限制,解放了机械设计工作者,使其根据零件的使用性能,可以自由地设计最理想的铸件形状; 2.消失模铸造工艺应用广泛,不仅适用于铸钢、铸铁,更适用于铸铜、铸铝等;3.消失模铸造工艺不仅适用于几何形状简单的铸件,更适合于普通铸造难以下手的多开边、多芯子、几何形状复杂的铸件;4.利用消失模铸造工艺,可以根据熔化能力,完成任意大小的铸件;5.消失模铸造适合群铸,干砂埋型脱砂容易,在某些材质的铸件还可以根据用途进行余热处理。

消失模铸造基础知识

消失模铸造基础知识 什么是消失模铸造? 消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇,刷涂耐火涂层并烘干后,埋在干石英砂中振动造型,在一定条件下浇注液体金属,使模型气化并占据模型位置,凝固冷却后形成所需铸件的方法。对于消失模铸造,有多种不同的叫法。国内主要的叫法有“干砂实型铸造”、“负压实型铸造”,简称EPC铸造。国外的叫法主要有:Lost Foam Process (U.S.A)、P0licast Process(Italy)等。 与传统的铸造技术相比,消失模铸造技术具有与无伦比的优势,因此被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。 ____________________________________________________________________________ 消失模生产的基本技术要求 消失模铸造技术作为一种铸件近静形成形方法,近年来得到了快速发展。在国外由于机械化、自动化消失模铸造生产线的陆续建成投产及所产生的显著的经济和社会效益,使消失模铸造技术显现出强大的生命力。前一段时间我国的消失模铸造技术应用虽然进展缓慢,但在近几年得到了快速发展。特别是由于消失模铸造设备投资少、工艺路线短,许多原有的中小铸造企业也越来越多地采用该项技术。但是,有些企业对一些操作问题未能加以重视,使得在生产过程中出现了一些问题,对铸件的质量产生了很大影响。 1.模型制作 在消失模铸造工艺中,模型制作是一个非常重要的环节。EPS原料的选择、模型的加工工艺、尺寸精度、模型密度、浇注时热解产物多少等因素的控制,是获得优质铸件的前提。现有的中小企业模型制作有以下几种方式: (1) 用包装EPS板材切割、粘接而成。 (2) 自制模具,委托外厂加工。 (3) 自制简易的预发成型设备。 采用上述方法制作模型,普遍存在不重视模样密度变化的现象,特别是模型在委托外厂加工时水分不易控制,经常性出现浇注时铁水从浇口中反喷或铸件出现冷隔、浇不足等现象。为此在生产过程中应加强对模型密度的检验,增加对模型的烘干时间等方法;EPS珠粒经工艺实验选定后,不能随意改变原料生产厂家;预发时用称量工具控制珠粒密度,改变凭人工经验控制珠粒密度的方法;采取上述方法后,使问题得到了解决。 2.振动存在的问题 振动紧实是消失模铸造的四大关键技术之一,振动的作用是使干砂在砂箱中产生动态流动,提高干砂的充填性及其密度,防止出现铸造缺陷。在干砂振动充填时,比较理想的状况是,干砂在振动过程中进行有序流动,在保证模型不变形的前提下,均匀地充填到模型的各个部位,使砂箱内型砂获得较高和较均匀的充填密度。中小企业的消失模铸造振动台多为自制设备,在振动时,最常见的现象是由于振动操作不当,造成模样变形、涂料层开裂等,从而造成相应的铸造缺陷。有些振动台本身由于激振力过大、同一组电机的偏振块不平衡也易造成模样变形。为此,主要应调整激振力、振幅和振动时间;对于尺寸较大而结构简单的铸件,可将六个电机的三维振动改为双电机的垂直或水平振动;特别是通过检测仪器对振动台的各参数加以检测和调整,使之达到设计的要求。 3.涂料使用存在问题 在消失模铸造工艺中,使用涂料可提高模样的刚度和强度,使EPS模样与铸型隔离,防止粘砂及铸型塌陷;在浇铸过程中允许模样高温分解产物及时顺利地通过涂层排出。涂料一般由

消失模铸造缺陷的产生原理和解决方法

消失模铸造缺陷的产生原理和解决方法 平静心788 2016-06-29 关注 看废品,查原因,找出解决问题的方法,然后,规范工艺纪律,使企业的效益上一个新的台阶。本文就消失模铸造常见的:碳缺陷、冷隔、皱皮、表面多肉、进渣、进砂、塌箱、粘砂、压痕、鼠咬痕等缺陷总结出产生的原因并提出解决方案。 1 碳缺陷产生的原理和解决方法 碳缺陷是消失模铸造特有的一种缺陷,表现为塑料泡沫熔化产物残留在铸件上,占据了铁液位置,造成碳缺陷。原因如下: 图1 1.1 负压不够 A. 工艺设计不够:有的企业片面控制粘砂,负压设计太低,如:灰铁铸件用-0.03Mpa,薄壁件勉强交货,厚大件因为气化物多,负压抽不及产生碳缺陷。 解决方法:修改工艺,提高箱内真空度。

B. 设备缺陷 (1)砂箱漏气:砂箱在负压作用下有丝丝漏气声,虽然主管道负压表真空度很高,但砂箱内负压不够,抽不及泡沫气化物,形成碳缺陷。 解决方法:焊补砂箱。 (2)砂箱纱网堵塞使负压抽不走气泡沫气化物,致使箱内负压低,形成碳缺陷。 解决方法:更换砂箱纱网。 (3)砂箱负压管道设计时截面积小,抽气流量不够, 虽然主管道负压表真空度很高,但砂箱内负压不够,抽不及泡沫气化物而形成碳缺陷。解决方法:加大抽气管道截面积a.加粗管道b.增加负压抽气管道。 图2 (4)自动负压对接装置偏移漏气,造成箱内负压低。 解决方法:检查负压对接装置。 (5)水循环真空泵缺水:无水密封引起负压低。 解决方法:检查水源供水。 (6)砂箱上口有浇注垃圾(塑料薄膜。铁和砂混合物),使塑料薄膜封不严砂箱,抽真空时漏气,形成碳缺陷。

解决方法:清理砂箱上口浇注垃圾。 图3 (7)橡胶管道与砂箱和负压阀门接口处漏气,箱内负压降低,形成碳缺陷。 解决方法: 用塑料薄膜堵漏。 (8)塑料薄膜抽到主管道内,阻挡气流畅通过,形成碳缺陷。 解决方法:一旦发现负压管道真空度不够,其他原因排除后,检查滤砂罐。 1.2 浇注过程引起负压不够 (1)浇口杯底部塑料薄膜在铁液浇注时被烫破,使箱内负压降低。形成碳缺陷。 解决方法: 浇口杯底部用泥条隔离塑料薄膜,避免烫破塑料薄膜。(2)浇注时浇包没有对准浇口杯,使铁液洒到浇口杯外,因散砂厚度不够,铁液烫破塑料薄膜,使箱内负压降低,形成碳缺陷。 解决方法:增加散砂厚度,铁液对准浇口杯浇注。

消失模铸造工艺的特点

消失模铸造工艺的特点 1.铸件精度高 消失模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺,该工艺无需取模、无分型面、无砂芯,因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度,并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。铸件表面粗糙度可达Ra3.2至12.5μm;铸件尺寸精度可达CT7至9;加工余量最多为1.5至2mm,可大大减少机械加工的费用,和传统砂型铸造方法相比,可以减少40%至50%的机械加工间。 2.设计灵活 为铸件结构设计提供了充分的自由度。可以通过泡沫塑料模片组合铸造出高度复杂的铸件。 3.无传统铸造中的砂芯 因此不会出现传统砂型铸造中因砂芯尺寸不准或下芯位置不准确造成铸件壁厚不均。 4.清洁生产 型砂中无化学粘结剂,低温下泡沫塑料对环境无害,旧砂回收率95%以上。 5.降低投资和生产成本 减轻铸件毛坯的重量,机械加工余量小。 消失模铸造工艺与其他铸造工艺一样,有它的缺点和局限性,并非所有的铸件都适合采用消失模工艺来生产,要进行具体分析。主要根据以下一些因素来考虑是否采用这种工艺。1.铸件的批量批量越大,经济效益越可观。2.铸件材质其适用性好与差的顺序大致是:灰铸铁--非铁合金--普通碳素钢--球墨铸铁--低碳钢和合金钢;通过必要的准备以不致使工艺实验、调试周期过长。3.铸件大小主要考虑相应设备的使用范围(如振实台,砂箱)。4.铸件结构铸件结构越复杂就越能体现消失模铸造工艺的优越性和经济效益,对于结构上有狭窄的内腔通道和夹层的情况,采用消失模工艺前需要预先进行实验,才能投入生产。 6.国内外消失模铸造技术发展现状 1990年,美国通用汽车公司在Saturu建立了一个年产5.5万吨的新铸造厂,有三条全自动的消失模铸造生产线。 1991年,意大利菲亚特公司在都灵建成欧洲最大规模的消失模生产车间,年产量1.5万吨。 1993年,德国宝马公司建成年产20万只各种规格铝合金气缸盖

压铸件的缺陷分析及检验

压铸件的缺陷分析及检验 一、流痕 ( 条纹 )( 抛光法去除 )A. 、模温低于 180( 铝合金 )b 、填充速度太高 c 、涂料过量 D 。金属流不同步。对 a 采取措施:调整内浇口面积 二、冷接: A 料温低或模温低, B ,合金成份不符,流动性差。 C ,浇口不合理,流程太长 D 。填充速度低 E 。排气不良。 F 、比压偏低。 三、。擦伤(扣模、粘模、拉痕、拉伤): A 型芯铸造斜度太小。 B ,型芯型壁有压伤痕。 C ,合金粘附模具。 D ,铸件顶出偏斜,或型芯轴线偏斜。 E ,型壁表面粗糙。 F ,脱模水不够。 G ,铝合金含铁量低于 0 。 6 %。措施:修模,增加含铁量。 四、凹陷(缩凹,缩陷,憋气,塌边) A .铸件设计不合理,有局部厚实现象,产生节热。 B ,合金收缩量大。 C ,内浇口面积太小。 D ,比压低。 E ,模温高 五、,气泡(皮下): A ,模温高。 B ,填充速度高。 C ,脱模水发气量大。 D ,排气不畅。 E ,开模过早。 F ,料温高。 六、气孔: A ,浇口位置和导流形状不当。 B ,浇道形状设计不良。 C ,压室充满度不够。 D ,内浇口速度太高,产生湍流。 E ,排气不畅。 F ,模具型腔位置太深。 G ,脱模水过多。 H ,料不纯。 七、缩孔: A ,料温高。 B ,铸件结构不均匀。 C ,比压太低。 D ,溢口太薄。 E ,局部模温偏高 八、花纹: A ,填充速度快。 B ,脱模水量太多。 C ,模具温度低。 九、裂纹: A ,铸件结构不合理,铸造圆角小等。 B ,抽芯及顶出装置在工作中受力不均匀,偏斜。 C ,模温低。 D ,开模时间长。 E ,合金成份不符。(铅锡镉铁偏高:锌合金,铝合金:锌铜铁高,镁合金:铝硅铁高 十、欠铸 A ,合金流动不良引起。 B ,浇注系统不良 C ,排气条件不良 十一、印痕(镶块或活动块及顶针痕等) 十二、网状毛刺: A ,模具龟裂。 B ,料温高。 C ,模温低。 D ,模腔表面不光滑。 E ,模具材料不当或热处理工艺不当。 F ,注射速度太高。

消失模壳铸造技术

消失模壳铸造技术的应用现状 消失模-型壳复合铸造是消失模铸造与溶模铸造相结合发展而来的一种新的复合铸造工艺如图1(6-11)。该工艺有诸多优点;1:泡沫塑料模样结构设计灵活,尺寸稳定,收缩小,成本低,能够产生中大型复杂紧密铸件。2:浇铸前脱去泡沫模样,可避免消失模铸件易出现的皱皮,夹杂等缺陷。3:铸件具有溶模铸造精铸件的质量,且克服了溶模铸造不能用于大件及成本高的不足。自20 世纪50 年代消失模铸造技术发明以来,它已取得了相当大的发展,在汽车行业中,如发动机的缸体、缸盖、电机壳体等复杂零件的铸造中已获得了广泛应用。消失模型-壳铸造应用最广泛的金属材料主要集中在铸铁、铸钢等黑色合金上,其相关技术的理论研究和实际应用已经非常成熟,而Al、Mg 合金的消失模铸造技术发展相对较慢,Al 合金消失模铸件受到一些缺陷的困扰,废品率居高不下,应用推广受阻,而Mg 合金消失模铸造技术还未能在工业中获得实际应用,仍有许多问题亟待解决。因此,开展Al、Mg合金消失模铸造技术方面的研究对于扩大消失模铸造技术的应用和推广具有重大的理论价值和实际意义。 图1消失模壳型精密铸造技术方案 相比其发达国家,我国消失模-型壳铸造产品的形状和品种基本类似,不过复杂程度和质量水平还相差很大。所生产的铸件从早期的磨球,衬板,管状铸件逐步发展到曲轴,箱体,缸体类

零件。在消失模铸造技术的合金种类上,铸铁件的消失模铸造技术在我国已是基本成熟。铸钢件的消失模铸造技术在我国也基本掌握。据统计,2007年中国消失模铸件生产总量达64.8万吨,位居世界第一,2011年我国消失模铸件更是达到了150吨,但是在这些铸件中由特种铸造技术铸造成的铸件占有量却不到一半,特种铸造与传统铸造相比,不论从技术,规模,专用设备,自动化等方面都明显落后。在我国这些技术都明显的落后于国外,而且从国外引进的设备技术还没有发挥其相应效益。 近年来我国在消失模-型壳铸造技术方面做了很多的研究,而且清华大学,上海交通大学,华中科技大学等高校率先对消失模-型壳铸造等几个特种铸造技术方面进行了研究,并取得了一批国际水平的研究成果。对促进我国的航天,航空,汽车,军工,电子等方面做了巨大的贡献。而且我们也应该致力于这方面的研究,使消失模-型壳铸造技术真正的成为21世纪的绿色铸造技术。[ 6] Ashto n M C, Sharman S G, Br ookes A J. T he r epli cast CS( cer amic shell) process[ J] . M aterials and De sig n, 1984, 5( 5) : 6970. [ 7] Kohler P G. Ev apo rativ e pattern pr ocess a new di mension fo r the foundr y[ J] . Modern Casting s, 1981, 71( 8) : 3637. [ 8] 沈桂荣, 黄景福, 曹健, 等. 气化模精铸负压复合铸造工艺研究[ J] . 特种铸造及有色合金, 2002( 4) : 5460. [ 9] 米国发, 王狂飞, 刘翔宇, 等. EPS 模陶瓷型精密铸造失模工艺研究[ J] . 铸造, 2007, 56( 8) : 828831.

消失模铸造

消失模铸造 消失模铸造(Lost Foam Foundry)是一种几乎没有加工余量,且能精确成型的铸造工艺。1999年,国家科技部把消失模铸造技术列为国家重点推广的高新技术。此工艺技术容易实现清洁、批量生产,为铸件复杂结构设计提供了充分的自由度。金属液的流动前沿是热解的消失模产物(气体和液体),它会与金属液发生反应并影响到金属液质量,如果金属液充型过程中热解产物不能顺利排除,就容易引起气孔、皱皮、增碳等缺陷。这就要求工艺师掌握消失模铸造成形原理,正确设计浇注系统,制定合理的工艺方案;虽然综合铸造成本较低,但最好有一定的生产批量,以获得更佳的经济效益。 干砂实型负压铸造又称消失模铸造,还称之为EPC,是目前国际上最先进的铸造工艺之一,被国内外誉为铸造史上的一次“革命”,并称之为二十一世纪“铸造新星”或“绿色工程”,铸造厂改造或者新建中小型铸造厂均可。该工艺是将泡塑模型粘结组合成模型簇,涂、刷特制耐火涂层并烘干后,埋在特制砂箱中振动造型,在一定条件下浇注金属液,使模型气化消失,金属液占据模型位置,凝固冷却后形成所需,并且铸件无飞边毛刺的方法。 综上所述,消失模铸造符合当今铸造技术发展的总趋势,有着广阔的前景,与传统铸造技术相比,消失模铸造技术具有与无伦比的优势,被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”、“铸造工业的绿色革命”。 山东金阳机械制造有限公司隶属山东金阳实业集团,西临济南国际机场(35公里);东靠青岛国际港口(300公里);坐落在济青高速公路第五出口、山东省唯一国家级卫生县城―――邹平县。公司集科、工、贸一体,最早开发研制并应用消失模铸造工艺设备的国内最大的专业公司之一,多年来已成功地为多家企业提供了自主开发的JY系

消失模铸造存在的问题

消失模铸造存在的问题/对策 2009-3-25 23:15:00 消失模铸造工艺及产品以其外观质量好,尺寸精度较高,工人劳动强度低以及作业环境好等优点在我国铸造行业中得到了很好运用,特别是近年来,国内有关厂家及科技人员不断在原材料和工艺设备上进行研制开发,使该工艺基本实现国产化,更进一步推动了消失模铸造工艺,技术的发展。 消失模铸造又名实型铸造或气化模铸造,直观来讲即:将泡沫塑料模型埋入干砂后抽真空注入铁液形成铸件,当然要很好运用此工艺技术生产出优良产品,还应很好的撑控下列问题。 一、砍消失模铸造成形原理的研究 1.干砂消失模铸造成形的基本条件 2.泡塑模型的热解特性 3.干砂消失模铸造型砂充填及紧实特性 4.干砂消失模铸造型液体金属的充型置换特性 5.干砂消失模铸造铸件凝固特性 6.干砂消失铸造铸件冷却特性及其对铸铁组织性能和残余应力的影响 二、干砂消失模铸造共健技术的开发 1.消失模铸造发泡模具设计及制造技术 (1)发泡模具的作用、要求及制造流程 (2)泡塑模型(块)设计 (3)发泡模具设计(模具种类、模块数量、模块分型面;结构设计;模腔设计、通气孔、加料口、出模机构、定位。) (4)泡模具加工 (5)模具的装配调整

(6)发泡模具试模 (7)发泡模具有的快速制造 2.消失模铸泡塑模型制造技术 (1)模型原材料性能及选择 (2)予发泡技术 (3)熟化技术 (4)模具成型技术 3.涂料及涂料要求及基本组成 (1)消失模铸造用涂料要求及基本组成(2)模型涂刷方法 (3)涂层烘干 4.微振造型技术 (1)消失模铸造对干砂造型的要求 (2)造型关键设备及工装——振动台及砂箱(3)造型工艺参数 5.负压浇注技术 (1)浇注的技术要求 (2)真空系统的开发 (3)负压浇注工艺参数 三、消失模铸造原辅材料 1.泡塑模型原材料——可发性树脂珠粒(1)消失模铸造对模型原材料的要求 (2)可发性树脂的结构及性能 (3)国内供应的树脂珠粒的品种规格 2.模型粘结胶的材料 3.模型表面修补剂 4,商品涂料的选用

铸造工艺的数值模拟优化

! 收稿日期:2006-01-16;修回日期:2006-07-19 作者简介:胡红军(1976-),男,重庆工学院讲师,主要研究铸造CAD/CAE软件研究和开发。E-mail:hhj@cqit.edu.cn。 铸造工艺的数值模拟优化 胡红军,杨明波,龚喜兵,李国瑞 (重庆工学院材料科学与工程学院,重庆400050) 摘 要:为了研究和预测铸造工艺对铸件质量的影响,设置合理的军用汽车转向臂的铸造浇冒口系统和工艺参数。应用铸 造模拟软件对转向臂的三种不同工艺方案进行凝固模拟,根据凝固模拟结果显示的缺陷及内部缩松情况,提出改进工艺方案并对其进行凝固模拟,选择最佳方案应用于生产。研究表明,3#是最合理的浇冒口布置方式,最优的浇注温度825℃,浇注时间15s,采用水平分型。应用表明,铸造模拟软件能够准确地预测充型凝固过程中可能产生的缺陷,从而辅助工艺人员进行工艺优化。 关键词:凝固模拟;军用汽车转向臂;铸造工艺优化;浇冒口系统;缩孔;铸造模拟软件中图分类号:TG250.6 文献标识码:A 文章编号:1004-244X(2006)06-0051-03 Optimizationofcastingprocessesbasedoncomputernumericalsimulation HUHong-jun,YANGMing-bo,GONGXi-bing,LIGuo-rui (ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing400050,China) Abstract:Inordertostudyandpredicttheinfluenceofcastingprocessoncastingsquality,therationalpouringsystemandprocessparametersareset.Threekindssolidificationsimulationschemehavebeenappliedwiththehelpofsimulationsoftware.Re-sultsandappearancedefectsandinnershrinkageporosityofthecastingsintrialproductionhavebeenbasedupontobringfor-warddifferenttechnologyimprovementsandselectanoptimalprojectusedinbatchproduction.Researchresultsshowthatno.3castingsstructureisreasonable,themostreasonablepouringtemperatureis825℃,pouringtimeis15s.Theapplicationshowsthatthesoftwarecanhelptechnologiststooptimizecastingprocessbyforecastingcastingdefectsduringmoldfillingandsolidi-ficationprocessesandinstructtheproductionofcasting. Keywords:solidificationsimulation;steeringarmcomponentusedinheavymilitarytruck;castingprocessoptimization;pour-ingandrisersystem;shrinkage;castingsimulationsoftware 铸造数值模拟是要通过对铸件充型凝固过程的数值计算,分析工艺参数对工艺实施结果的影响,便于技术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化,以及寻求工艺问题的尽快解决办法。为技术人员设计较合理的铸件结构和确定合理的工艺方案提供了有效的依据,从而避免传统的依靠经验进行结构设计和工艺制定的盲目性,节约试制成本[1-4]。 1 铸造过程充型数值模拟方法 军用汽车转向臂的几何实体造型采用UG软件建 立,在得到三维几何数据后,利用UG软件的反向出模模块,通过设定铝合金收缩率、铸件起模斜度、浇注系统的位置和分型面等,作为凝固模拟的几何模型。由于金属液充型过程数值模拟技术所涉及的控制方程多而复杂,需要根据连续性方程、动量方程及能量方程,并进 行速度场、压力场的反复迭代,计算量大而且迭代容易发散,致使其难度很大。通过不断完善数值计算方法,如有限差分法和SOLA-VOF体积函数法,开发出一些实用软件。该产品的凝固模拟就是采用MAGMA软件。作为整个模拟的核心部分,CAE的数值模拟效果最终将影响模拟的真实与否。在液态金属浇注过程中,热传导过程计算是数值模拟的主要内容。处理热传导问题采用傅里叶定律(式1),式2是根据能量守恒定律推导的方程[5-8]。 q=-λ !t !n (1)ρc!t!τ=!!x(λ!t!x)+!!y(λ!t!y)+!!z(λ!t !z)+qv (2)其中q为热流密度,λ为导热系数,t为温度(函数), n为温度传递方向上的距离,Τ 为温度,ρ为密度,c为质! 2006年11月兵器材料科学与工程 ORDNANCEMATERIALSCIENCEANDENGINEERING Vol.29No.6Nov.,2006 第29卷第6期

消失模铸造详情

消失模铸造详情 消失模铸造(又称实型铸造)是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇,刷涂耐火涂料并烘干后,埋在干石英砂中振动造型,在负压下浇注,使模型气化,液体金属占据模型位置,凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。 1958年,美国的H.F.shroyer发明了用可发性泡沫塑料模样制造金属铸件的专利技术并取得了专利(专利号USP2830343)。最初所用的模样是采用聚苯乙烯(EPS)板材加工制成的.采用粘土砂造型,用来生产艺术品铸件。采用这种方法,造型后泡沫塑料模样不必起出,而是在浇入液态金属后聚苯乙烯在高温下分子裂解而让出空间充满金属液,凝固后形成铸件。1961年德国的Grunzweig和Harrtmann公司购买了这一专利技术加以开发,并在1962年在工业上得到应用。采用无粘结剂干砂生产铸件的技术由德国的H.Nellen和美国的T.R.Smith于1964年申请了专利。由于无粘结剂的干砂在浇注过程中经常发生坍塌的现象,所以1967年德国的A.Wittemoser采用了可以被磁化的铁丸来代替硅砂作为造型材料,用磁力场作为"粘结剂"。这就是所谓"磁型铸造"。1971年,日本的Nagano发明了V法(真空铸造法),受此启发,今天的消失模铸造在很多地方也采用抽真空的办法来固定型砂。在1980年以前使用无粘结剂的干砂工艺必须得到美国"实型铸造工艺公司"(Full Mold Process,Inc)"的批准。在此以后,该专

利就无效了。因此,近20年来消失模铸造技术在全世界范围内得到了迅速的发展。 消失模铸造工艺的特点 消失模工艺的砂... 1.铸件精度高:消失模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺,该工艺无需取模、无分型面、无砂芯,因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度,并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。铸件表面粗糙度可达Ra3.2至1 2.5μm;铸件尺寸精度可达CT7至9;加工余量最多为1.5至2mm,可大大减少机械加工的费用,和传统砂型铸造方法相比,可以减少40%至50%的机械加工间。 2.设计灵活:为铸件结构设计提供了充分的自由度。可以通过泡沫塑料模片组合铸造出高度复杂的铸件。 3.无传统铸造中的砂芯因此不会出现传统砂型铸造中因砂芯尺寸不准或下芯位置不准确造成铸件壁厚不均。 4.清洁生产型砂中无化学粘结剂,低温下泡沫塑料对环境无害,旧砂回收率95%以上。 5.降低投资和生产成本减轻铸件毛坯的重量,机械加工余量小。 消失模铸造工艺与其他铸造工艺一样,有它的缺点和局限性,并非所有的铸件都适合采用消失模工艺来生产,要进行具体分析。主要根据以下一些因素来考虑是否采用这种工艺。1.铸件的批量

铸造模拟

三个基本问题 1)什么是金属材料制备工艺? 通过一定的生产流程,获得可以作为工业或工程中使用的金属材料或者构件,这个过程称之为金属材料制备与加工。 2)什么是金属材料制备工艺的计算机模拟? 根据用户要求,基于一定的判据设计的制备与加工工艺过程,建立起数学物理模型,在计算机上进行造型、运算,并将得到的成千上万的数据综合在一起逼近研究对象的全貌,表达出成分工艺组织性能的演变规律,用形象的图形或者动画形式,显示出这些过程的直观画面称之为计算机模拟。 3)为什么进行金属材料制备工艺的计算机模拟? 基本的加工工艺 1)铸造,凝固成形,液固相变。 2)焊接,凝固成形,液固相变,热影响区晶粒长大。 3)压力加工,固态成形,固态相变。 4)热处理,固态相变。 5)冷成形模拟 模拟的框架1)前处理,造型,数据输入等 2)计算,算法的优化 3)后处理,模拟结果输出,判据函数 4)数据库 模拟具有实时性,模拟的准确性取决于模型的精度。 开展工艺模拟的目的 1)优化现有工艺 2)进行模具与新工艺设计 3)缩短设计、试制和生产周期,降低成本 4)工艺的可视化,工程师和模拟工作者之间能够共同分析出达到最佳工艺的判据标准 5)机理性分析 热加工过程的结果成型和改性:使材料的成分、组织、性能最后处于最佳状态 热加工工艺设计根据所要求的组织和性能,制定合理的热加工工艺,指导材料的热加工过程热加工工艺设计存在的问题 复杂的高温、动态、瞬时过程:难以直接观察,间接测试也十分困难 建立在“经验”、“技艺”基础上 解决方法 热加工工艺模拟技术:在材料热加工理论指导下,通过数值模拟和物理模拟,在实验室动态仿真材料的热加工过程,预测实际工艺条件下的材料的最后组织、性能和质量,进而实现热加工工艺的优化设计 热加工过程模拟的意义 认识过程或工艺的本质,预测并优化过程和工艺的结果(组织和性能) 与制造过程结合,实现快速设计和制造 热加工过程模拟的部分商业软件 铸造PROCAST, SIMULOR 锻压DEFORM, AUTOFORGE, SUPERFORGE 通用MARC, ABAQUS, ADINA, ANSYS 三种传热方式:热对流,热传导,热辐射。

铸造模拟软件讲解

PROCAST ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案,有20多年的历史,提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析,它能够预测严重畸变和残余应力,并能用于半固态成形,吹芯工艺,离心铸造,消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。 procast 百科名片 ProCast软件界面 ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案,有20多年的历史,提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析,它能够预测严重畸变和残余应力,并能用于半固态成形,吹芯工艺,离心铸造,消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。 目录 适用范围材料数据库 模拟分析能力 分析模块 ProCAST特点 模拟过程 展开 适用范围 材料数据库 模拟分析能力 分析模块 ProCAST特点 模拟过程 展开 ProCast应用(10张) 编辑本段适用范围 ProCAST适用于砂型铸造、消失模铸造、高压铸造、低压铸造、重力铸造、

软件操作界面 倾斜浇铸、熔模铸造、壳型铸造、挤压铸造、触变铸造、触变成形、流变铸造。由于采用了标准化、通用的用户界面,任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCAST进行分析和优化。它可以用来研究设计结果,例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置,冒口的位置和大小等。实践证明,ProCAST可以准确地模拟型腔的浇注过程,精确地描述凝固过程。可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。 编辑本段材料数据库 ProCAST可以用来模拟任何合金,从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金,以及非传统合金和聚合体。ESI旗下的热物理仿真研究开发队伍汇集了全球顶尖的五十多位冶金、铸造、物理、数学、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家,专业从事ProCAST和相关热物理模拟产品的开发。得益于长期的联合研究和工业验证,使得通过工业验证的材料数据库不断地扩充和更新,同时,用户本身也可以自行更新和扩展材料数据。除了基本的材料数据库外,ProCAST还拥有基本合金系统的热力学数据库。这个独特的数据库使得用户可以直接输入化学成分,从而自动产生诸如液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。 编辑本段模拟分析能力 ProCAST可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发及可重复性。ProCAST几乎可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题,为铸造工程师提供新的途径来研究铸造过程,使他们有机会看到型腔内所发生的一切,从而产生新的设计方案。其结果也可以在网络浏览器中显示,这样对比较复杂的铸造过程能够通过网际网络进行讨论和研究。 编辑本段分析模块 ProCAST是针对铸造过程进行流动一传热一应力耦合作出分析的系统。它主要由8个模块组成:有限元网格划分MeshCAST基本模块、传热分析及前后处理(Base License)、流动分析(Fluid flow)、应力分析(Stress)、热辐射分析(Radiation)、显微组织分析(Micromodel)、电磁感应分析(Electromagnetics)、反向求解(Inverse),这些模块既可以一起使用,也可以根据用户需要有选择地使用。对于普通用户,ProCAST应有基本模块、流动分析模块、应力分析模块和网格划分模块。 1)传热分析模块 本模块进行传热计算,并包括ProCAST的所有前后处理功能。传热包括

消失模铸件塌箱缺陷产生的原因分析

消失模铸件塌箱缺陷产生的原因分析 消失模铸造中,塌箱缺陷是一类较为常见的消失模铸件缺陷,该缺陷往往发生在大件(大平台件更突出)或者是内腔封闭、半封闭件的生产中,从整个消失模铸造流程角度来看,该缺陷一般多发生在浇注或者凝固环节。 塌箱缺陷有时也被称为塌型缺陷或者铸型溃散,随着消失模铸造工艺应用的日趋成熟,有关塌箱缺陷的产生原因和防治办法已经有了相对详尽的研究结果,研究结果证实,塌箱缺陷的产生原因并非单方面的,下面就塌箱缺陷的产生原因做出以下总结: a. 在浇注过程中,消失模模样分解产生的气体量太多且急,铸型排气速度赶不上,加上真空泵吸气不足,容易导致铸型溃散、坍塌; b. 金属液“闪流”是造成塌型缺陷产生的原因之一,所谓金属液“闪流”就是在浇注中,部分已经流入填充消失模模样位置的金属液在受到外界作用的情况下改流到其他部位,使得原来置换出来的位置无金属液或者金属充填占据。该类问题多发生在顶注、铸件存在大平面、一型多模样这几种情况; c. 如果金属液的浮力过大,会使铸型上部型砂容易变形,可能导致局部溃散;一般情况下,铸型顶部吃砂量小,负压度不够,可能造成铸件成型不良,甚至不能成型; d. 涂料的耐火度、高温强度不够,极容易产生消失模铸件塌箱缺陷。消失模模样在浇注过程中有缓冲金属液充型和降温的作用,同时可减弱金属液冲刷铸型。当金属液置换消失模模样而充型腔后,干砂主要就依靠涂料涂层支撑,当涂层强度不够或者耐火度不够时,局部铸型会发生溃散、坍塌,特别是大件内浇道上方极容易发生坍塌。 以上为消失模铸件塌箱缺陷产生的各种原因,生产中企业可以参考上述原因并结合自身相关操作分析出消失模铸件塌箱缺陷产生的真正原因,并及时做出调整工作。

相关文档