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镁合金压铸工艺设计准则的数值模拟研究

方异锋  
【摘要】: 镁合金的主要成形方式是高压铸造,但是在大型复杂镁合金件压铸工艺设计方面鲜有准则供参考,为降低镁合金压铸生产成本,增强镁合金竞争优势,探讨镁合金压铸工艺设计准则是必然的。 为了客观研究镁合金熔体在压力驱动下的流动充型特征与充型质量间的关系,本文对复杂压铸件结构进行单元化处理,抽象分割出具有普遍代表意义的不同结构单元;然后根据流动充型原理,对不同结构单元设计了不同特征的浇注系统(如:内浇口厚度、扇形横浇道截面积缩减率和长宽比、切向横浇道流向角和两个不同浇口间距与流向角的扇形浇道),并数值分析了在内浇口速度为40m/s,金属液和模具的温度分别为680℃,200℃的压铸造工艺条件下,不同浇道参数下镁合金熔体充填型腔的流态、卷气倾向和型腔气体压力变化,以期为镁合金压铸工艺设计提供指导,并获得以下研究结果: ①根据铸件质量要求划分铸件主干型腔,并将浇注系统的优质填充场与主干型腔重合以单元化铸件,并抽象分成三类:平板类、半框Ⅰ和Ⅱ型。 ②提出“卷气百分比大于20%区域大小与分布及卷气百分比峰值”作为综合评价压铸充填质量的参数,当两者皆小为最佳,前者小而后者大次之,两者均大为最次。 ③内浇口参数方面:在横浇道流向角为28°下,平板类铸件充填质量随内浇口厚度与铸件厚度比值r增大先变优后变差,在r=0.25时达到峰值;半框类铸件充填质量随r增加而变差,r=0.15时为最佳。 ④扇形横浇道参数方面:在内浇口与铸件厚度比r=0.25下,平板类铸件填充质量,在扇形长宽比w=1.25时随截面缩减率α增加而变差,在w=0.75时则随α增加而变优,在w=1时随α增加先变优后变差α=60%为最佳;半框类铸件填充质量,在w=1.25时随α增加而变差,w=1时随α增加而先变差后变优,w=0.75时随α增加变化较小且均较前两组差。 ⑤切向横浇道参数方面:在内浇口与铸件厚度比r=0.25下,平板类铸件充填质量随流向角θ增加先变优后变差,在θ=35°达到最佳;半框类铸件填充质量则随流向角θ增加变优,在θ=45°时达到最佳。 ⑥两浇口相互作用方面:在内浇口与铸件厚度比r=0.25下,平板类铸件充填质量,在浇口间距为5mm时随流向角增加而变优,在浇口间距为10mm时随流向角增加先变优后变差,在浇口间距为20mm时随流向角增加而变差;半框Ⅰ类铸件填充质量,在浇口间距为5mm时随流向角增大而变优,在浇口间距为10mm时变化较小均较差,在浇口间距为20mm随流向角增大而先变优后变差;对于半框Ⅱ型铸件充填质量,随切向浇道流向角增加而变优。


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