基于ProCAST的汽车镁合金油底壳高压压铸充型凝固过程模拟

【摘要】：近年来，汽车行业的发展已经日趋成熟，汽车的产量也大幅增加。但是汽车行业需要消耗大量的能源，由于近年来环境危机越来越大，汽车行业的竞争已经慢慢转移到了开发新能源上。节能和环保将会是以后汽车发展的主题。镁合金以其低密度、低成本、高比强度、高刚度，在汽车行业应用越来越多，且发展空间很大。这对镁合金的加工技术将是一个很大的挑战。高压铸造是一种在高压的作用下，将压室内熔融的合金液以高速充填钢制模具的型腔并凝固形成铸件的方法。与其他的铸造方法相比，高压铸造具有产品表面质量好，生产效率高，经济效果优良等优点，是目前金属成型方式中最先进的方式之一，利用压铸来对镁合金进行加工是目前的研究重点。由于压铸是在高压高速的情况下进行充型的，容易将气体卷入到模具中，且部分气体难以通过排气孔和溢流槽排出，所以压铸件中比较容易出现缩孔缩松等缺陷。特别是当铸件的体积较大，结构较复杂或者是合金的结晶温度区间较宽的情况下，出现铸态缺陷的可能性会大大增加。运用专业的铸造模拟软件ProCAST对铸件的浇注凝固过程进行模拟，可以有效地预测缩孔缩松等缺陷的形成以及各缺陷存在的位置，从而优化铸造工艺条件，有效地保证铸件的质量。同时，与传统的研发技术和手段相比，采用数值模拟的方法进行研究，对铸造工艺的改进比较精确，能够缩短研发周期，从而缩短生产周期，降低整个生产过程的生产成本，提高零件生产过程的经济效益，为整个生产过程提供依据。 本文采用的前处理软件是HyperMesh，该软件在有限元前处理方面是世界领先的。它有广泛的CAD和CAE软件接口，能够直接导入别的软件生成的三维CAD几何模型（UG，CATIA等）及有限元模型，并能方便灵活地对有限元模型进行清理和优化，之后运用网格生成工具快速有效地建立有限元网格，有限元处理的效率非常高。本文应用该软件对镁合金油底壳的几何模型进行修改，对铸件进行面网的划分，以及体网格的划分和修改，为之后ProCAST的数值模拟奠定良好的基础。从HyperMesh软件中导出.out文件，导入到MeshCAST中，进行体网格的划分，将做好的体网格文件保存成.mesh的形式，将其导入到PreCAST中进行各项模拟参数的设置。采用的是虚拟铸型进行模拟，在油底壳的成型模拟中，通过ProCAST进行了多组实验，分析了所形成的铸件的缩孔缩松缺陷以及孔隙率等，优化了工艺参数，得到了较好的工艺参数组合，可以减少裹气、缩孔缩松等缺陷，充型完整，同时凝固时间也较快，适合实际生产过程的进行。