金属型重力铸造铝活塞流场和温度场的数值模拟

【摘要】： 活塞是发动机中工作强度最大的零件之一,承受很高的热负荷和机械负荷,要求专门的制造技术和极高的精确度。但活塞结构复杂,壁厚不均,生产中有一定难度。 本文以某厂ZL108活塞为研究对象,通过对活塞的结构进行分析,对浇注系统进行初步的设计,并对保温冒口的位置、形状、尺寸的选择进行确定,制订出其铸造工艺方案。利用UG软件对活塞进行三维实体造型。然后通过铸造过程数值模拟软件ProCAST进行模型导入、网格划分及模拟参数设定,进行数值模拟。 利用ProCAST软件对活塞零件的不同铸造工艺方案进行了模拟。首先,模拟了传统的铸造工艺方案,分析表明:该工艺能达到充型平稳的目的,但铸件各处的温度相差较大,厚大处成为热量集中的地方;凝固基本上是自上而下的顺序凝固方式,活塞与冒口相结合处储热量较多,容易形成热节;而且浇冒口比较笨重,浪费大量金属液,出品率低。其次,模拟了现铸造工艺方案中保温冒口形状的变化,结果表明:在两种形状的冒口作用下,铸件均符合自下而上的凝固顺序,起到较好的补缩效果;因上小下大的冒口形状与铸件接触部位较大,故热影响区也较大,可提高金属液的利用率,提高补缩能力。最后,模拟了在三组不同浇注温度下的充型凝固过程,模拟结果表明:金属液充填型腔都较平稳,凝固是自下而上的顺序凝固方式;随着浇注温度的提高,充型时间和凝固时间都稍有增加;冒口起到较强的补缩作用。综合考虑,最终确定金属型重力铸造下,保温冒口截面为上小下大和浇注温度为720℃是活塞的最佳铸造工艺。