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铝合金铁型覆砂铸造技术研究及其数值模拟

张敬芝  
【摘要】:铁型覆砂铸造是在金属型的型腔内壁包覆一薄层型砂而形成铸型的一种铸造新技术。该技术的显著特点是:通过控制覆砂层厚度和铁型厚度的变化以达到控制铸件凝固冷却速度的目的。该技术成型的铸件组织致密,力学性能较高;由于铁型覆砂铸型的刚度好,型腔内衬的覆膜砂层薄,型腔不易变形,从而显著地提高了铸件的尺寸精度,表面粗糙度也大大降低,使铸件质量大为改善,铸件的废品明显减少。严格控制工艺过程的冷却速度是该技术的关键。冷却速度过快易产生热应力,冷却速度慢会导致铸件组织的晶粒粗大。当覆砂层厚度在正常的尺寸范围之内,铸件的冷却速度随着覆砂层厚度的减少而增大;当覆砂层的厚度超过某一厚度以后,铁型对铸件冷却速度已不产生影响。 本文对ZL102圆柱形铝合金铸件铁型覆砂成型过程冷却曲线进行了测试,分析了铸造过程中覆砂层厚度和金属型壁厚度对冷却速度的影响及其凝固特点;并采用大型有限元分析软件ANSYS对其成型过程的温度场进行了数值模拟。 研究结果表明: 本文所述实验方法对铁型覆砂铸造成型过程的温度场进行测试是可行的,方便高效,数据可靠;所采用的多检测点、同时同步温度场检测技术有广泛的实践应用价值;覆砂层与铁型相比,对铸件冷却速度影响较大,选择合适的覆砂层厚度至关重要;ANSYS有限元分析软件对铝合金铁型覆砂铸造成型过程温度场模拟可以直观形象的给出各点温度随时间变化曲线,高效实用;凝固成型过程的数值模拟结果与实测温度值基本吻合,两种方法所获得的温度变化趋势与规律基本一致。


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