1、 铝合金半固态压铸(触变成形)研发阶段的工作虽已接近于成熟,但与充型系统设计有关数据尚不充分。为改进计算机模拟精度,需要准备一些基本的参数。辅助充型系统的优化设计,改善零件的质量。通过对压铸过程的实验测试和模拟相结合的方法,确认模拟的初始参数,奠定模拟的准确性 分析和验证典型试样充型流场与铸造缺陷的关系,优化模具设计 实际应用于汽车零件的研发过程,预测缺陷和对策 实验材料 A356铝合金 主要实验工艺过程(制坯二次加热压铸)电磁搅拌感应圈控制面板 模具温度:523K(250)坯料温度:858-863K(585-590)试样的三维CAD模型,10个 测试点 Rear bridge support
2、 Rear bridge support(type)Rear bridge support(type)Forward control armPhysical properties of Aluminum alloy A356*Function of solid fractionRelationship between kinematic viscosity and solid fraction Densitykg/m3 SpecificheatkJ/(kg K)ThermalconductivityW/(m K)LatentheatKJ/kg Kinematic viscositym2/s L
3、iquidsK SolidusK 27000.96 155 389*887 850 Solid fraction,%0 0-6060KinematicViscositym2/s 1E-06 Linear inserting value 1E-05 f=0f=1f=0.5 摩擦系数虽然几乎不影响总的充型时间以及最终汇流的位置,但对流体的表面充型状态,汇流方式和充型模样存在一定的影响。因实际摩擦系数的准确测定是十分困难的,本研究根据反复计算的经验在该阶梯形板状试样以及其他零件模具的模拟计算中选择了0.5的摩擦系数。物理模型V=A(c3/L)(P-P0)tS V为空气的体积;A为空气的流动系数;L和
4、c分别是排气口的长度和宽度;P和P0分别为型内外的空气压力;t和S分别是时间步长和排气面积 网格长度单位为1cm排出的空气 未考虑背压 考虑背压5000Wm2K 9500Wm2K 14000Wm2K 0.1m/s 0.5m/s 0.8m/s慢压式 快压式050010001500200025000100200300400Time,ms machine videodisplacement,mm0500100015000100200300400Time,msdisplacement,mm machine video充型主要阶段充型末期和保压阶段此前为推杆空走预备充型(含将料缸中的坯料推至模具入口的预
5、备期)充型主要阶段充型末期和保压阶段(1)(1)慢压式和快压式各具有明显不同的位移曲线慢压式和快压式各具有明显不同的位移曲线,各次测试各次测试的结果均反映出相似的曲线特征的结果均反映出相似的曲线特征,说明压铸机系统可以保说明压铸机系统可以保证相对稳定的充型状态证相对稳定的充型状态;(2)(2)慢压条件下两种方法得到的位移曲线非常相似慢压条件下两种方法得到的位移曲线非常相似,虽然压虽然压铸初期的推杆空走和后期的保压阶段存在少许位移的差别铸初期的推杆空走和后期的保压阶段存在少许位移的差别,但模具型腔充填时的位移变化斜率但模具型腔充填时的位移变化斜率(即速度即速度)基本一致基本一致,涉涉及充型的部分
6、包括充型主要阶段和充型末期及充型的部分包括充型主要阶段和充型末期,由位移曲线由位移曲线的斜率变化可以推算出这两个阶段的推杆速度分别约为的斜率变化可以推算出这两个阶段的推杆速度分别约为0.25 0.25 m/sm/s(按按70%70%计计)和和0.06 0.06 m/sm/s(按按30%30%计计),),这将作为后续这将作为后续模拟的初始条件模拟的初始条件;(3)(3)快压条件下的位移曲线按前图所示同样可分为充型主快压条件下的位移曲线按前图所示同样可分为充型主要和充型末期两个阶段要和充型末期两个阶段,从曲线的斜率可以推算出推杆速从曲线的斜率可以推算出推杆速度分别为度分别为0.79 0.79 m/
7、sm/s(按按70%70%计计)和和0.09 0.09 m/sm/s(按按30%30%计计););(4)(4)压铸机测试记录系统和高速摄像机测试的结果虽存在压铸机测试记录系统和高速摄像机测试的结果虽存在差异差异,但反映的趋势是一致的但反映的趋势是一致的,也说明了测试记录系统的准也说明了测试记录系统的准确与可靠。确与可靠。1234567891000.10.20.30.4Position of thremocouple(10 points)Relative filling time(reaction timing),s Experiment(slow filling)Simulation(slow
8、 filling)Experiment(rapid filling)Simulation(rapid filling)中心位置边缘位置 Short-shot Simulation defects analysisDistribution imageCombination photowith low magnification50mX-ray inspection Simulated cross-section 因现行模具在快压式的成形条件下,存在着如上所述的铸造缺陷,通过观察模拟和实验结果,本研究拟从修改模具型腔局部形状,浇口(gate)大小和形状等方面寻求优化的工艺方案,在模拟计算时固定通常
9、的模具预热温度(523K)和压铸机的推杆速度(0.8m/s)。该处的充满较方案11明显加快试样上部大致呈逐层充填特征凸台作为局部的最终充填之处,可望实现排渣集气的目的凸台作为局部的最终充填之处,可望实现排渣集气的目的试样上部大致呈逐层充填特征快压式慢压式快压式慢压式模具的不同压铸方式 抗拉强度MPa延伸率%备注原模具快压2074.43平均值慢压2217.99优化后的模具快压2387.65慢压26510.3 A severe demand for desk frame fatigue experiment(all samples450000 cycles)A trouble example In
10、 testing machine Crack position in diecasting animation Un-filling area in the front of gate The shape and size of gate are optimized 系统地比较了压铸过程不同主要因素(溶体/型壁的摩擦系数,模具型腔的背压,溶体/型壁的换热系数和压铸机的推杆速度)对充型状态的影响,为确定后续模拟的主要使用条件打下了基础。通过测试并验证压铸过程的位移曲线较为准确地推测压铸速度,有益于提高模拟的精度;通过型内充型轨迹实测和模拟的对比以及引入独特的Short shot实验法为模拟提供了有力的支持和旁证手段。试样铸造缺陷的分析与模拟以及Short shot结果的反复对比表明，流场与缺陷形成有紧密的相关性,通过流场的模拟可以预测可能产生缺陷的位置和程度,从而提出改进的方向。利用计算机模拟可以从流场,凝固场的角度优化模具型腔的设计,准确把握成形的模具条件,在对板形试样模具实施优化设计后的实践结果充分证明了计算机模拟在辅助模具设计优化上的有效性和实用性。在实际复杂汽车零件的试制中有效地使用计算机模拟法取得了良好的效果,并被作为一种通用的技术手法得以进一步的验证和确立。
