鋁合金葉輪低壓鑄造模具設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬.pdf

1、現(xiàn)代社會(huì)中,鋁合金葉輪因其質(zhì)輕、性能良好,得到廣泛應(yīng)用。本課題結(jié)合工廠實(shí)踐,采用低壓鑄造方式生產(chǎn)鋁合金葉輪,得到組織致密、滿足性能要求的葉輪鑄件。相對(duì)于其他鑄造方式,低壓鑄造是一種特種精密鑄造方式,低壓鑄造通過施加較低的壓力到金屬溶液上,將金屬溶液壓進(jìn)鑄型中,使鑄件在一定的壓力下充型、凝固,從而獲得組織致密鑄件。
　　 鋁合金葉輪的成型使用金屬型石膏芯。與傳統(tǒng)的砂型相比較,金屬型成型輪廓清晰,成形性能良好,而且金屬型傳熱性能更佳

2、,對(duì)葉輪鑄件的冷卻效果更好,生產(chǎn)出的鑄件組織更加致密,使用性能更加優(yōu)良,除此之外,金屬型可以重復(fù)使用,利用率較高。與傳統(tǒng)的砂芯相比較,采用石膏芯成型鋁合金葉輪的葉片部位,可以得到表面平滑、輪廓清晰的葉片,得到的葉輪鑄件尺寸精度高,表面粗糙度低。
　　 石膏芯采用新型的制造方式——快速原型制造技術(shù)。使用快速原型制造技術(shù)制造出石膏芯的原型,利用原型翻制出硅橡膠軟模,配制石膏混合漿料,結(jié)合用以成型石膏芯的金屬型模具和硅橡膠軟模進(jìn)行石膏

3、混合漿料的澆注,固化開模烘干焙燒后即可以得到石膏芯。
　　 采用Pro/Engineer進(jìn)行鋁合金葉輪低壓鑄造模具設(shè)計(jì),采用MAGMASOFT進(jìn)行鋁合金葉輪充型和凝固過程數(shù)值模擬,對(duì)葉輪鑄件進(jìn)行缺陷預(yù)測(cè),繼而進(jìn)行模具方案和壓力-時(shí)間參數(shù)優(yōu)化。本課題采用兩種模具方案進(jìn)行擇優(yōu)選取,第一種對(duì)葉輪上蓋板項(xiàng)部施加冷卻裝置,第二種對(duì)葉輪上蓋板頂部和輪轂施加冷卻裝置,將兩種模具方案導(dǎo)入MAGMASOFT模擬后發(fā)現(xiàn)第一種模具方案不能使鋁合金葉輪

4、自上而下順序凝固,第二種可以,所以,選擇第二種模具方案。在第二種模具方案的基礎(chǔ)上,設(shè)置充型加壓速度分別為0.0015MPa/s、0.0020MPa/s、0.0025MPa/s、0.0030MPa/s下的壓力-時(shí)間參數(shù),進(jìn)行四組充型加壓速度下壓力-時(shí)間參數(shù)的橫向比較,得到充型加壓速度為0.0030MPa/s下模擬的鑄件縮孔缺陷最少。為得到充型時(shí)間對(duì)鑄件質(zhì)量的影響,將充型加壓速度為0.0030MPa/s下的充型時(shí)間分別改為0.5倍、1倍和1

5、.5倍,進(jìn)行充型時(shí)間的縱向比較,通過MAGMASOFT模擬鑄件缺陷,發(fā)現(xiàn)一定范圍內(nèi),充型時(shí)間減少,葉輪項(xiàng)部缺陷減少,葉片缺陷增多。最終選用充型加壓速度為0.0030MPa/s、充型時(shí)間為1倍時(shí)的壓力-時(shí)間參數(shù)為最佳工藝參數(shù)。
　　 按照模擬出的最佳工藝參數(shù),在工廠條件下進(jìn)行試樣的澆注成型,T61熱處理后,觀察試樣的金相組織,發(fā)現(xiàn)試樣組織致密。測(cè)試其力學(xué)性能,得到試樣的抗拉強(qiáng)度為270MPa,屈服強(qiáng)度為220MPa,延伸率為3％,