導(dǎo)風(fēng)葉輪熔模鑄造過程數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化.pdf

1、熔模鑄造是一種先進的凈近形成型技術(shù)，可以獲得傳統(tǒng)鑄造方法難以得到的輪廓清晰、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁型鑄件，但其存在生產(chǎn)周期長，鑄件質(zhì)量不易控制的缺點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)的出現(xiàn)為熔模鑄造業(yè)開辟了新的發(fā)展方向，對于保證鑄件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益有著重要的作用。
　　 本文研究對象為鋁合金熔模鑄件導(dǎo)風(fēng)葉輪，由于其葉片較薄、曲面復(fù)雜且厚度不均，在實際生產(chǎn)過程中極易產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷和裂紋變形，廢品率較高，嚴(yán)重影響了企

2、業(yè)的正常生產(chǎn)。鑒于以上原因，本文將借助于數(shù)值模擬技術(shù)，通過對導(dǎo)風(fēng)葉輪熔模鑄造過程進行仿真分析，獲得澆注工藝方案及最佳參數(shù)組合，并通過具體實驗對其正確性進行驗證，以便指導(dǎo)鑄造工藝方案設(shè)計，確保鑄件質(zhì)量。所做具體內(nèi)容如下:
　　 1.通過對鋁合金導(dǎo)風(fēng)葉輪鑄件結(jié)構(gòu)及熔模鑄造生產(chǎn)特點的分析，結(jié)合澆冒口設(shè)計基本理論和實際生產(chǎn)經(jīng)驗，設(shè)計出頂注式四冒口的澆注補縮系統(tǒng)。同時借助于GeoMESH和MeshCAST網(wǎng)格剖分工具，對鑄件和澆注系統(tǒng)采用

3、不同步長的網(wǎng)格單元進行有限元剖分，在保證模擬準(zhǔn)確性的同時有效地提高了模擬效率。
　　 2.運用ProCAST模擬軟件對鋁合金導(dǎo)風(fēng)葉輪澆注工藝方案的充型凝固過程進行數(shù)值仿真，通過分析充型過程中金屬液流動的平穩(wěn)性，尺寸輪廓的完整性以及凝固過程中鑄件各部位的溫度、固相分布情況，預(yù)測出縮孔、縮松缺陷集中出現(xiàn)在冒口附近，驗證了澆注工藝方案設(shè)計的合理性。
　　 3.以導(dǎo)風(fēng)葉輪鑄件縮孔縮松和有效應(yīng)力為考核指標(biāo)，選取澆注溫度、澆注速度和

4、型殼預(yù)熱溫度為設(shè)計變量，建立三因素三水平虛擬正交試驗表，借助于數(shù)值模擬軟件ProCAST，分別模擬分析九組試驗。由模擬試驗得到最佳澆注工藝參數(shù)組合為澆注溫度720℃，澆注速度0.06m/s，型殼預(yù)熱溫度400℃，從該試驗組的模擬結(jié)果可以看出，葉輪本體部分無明顯縮孔、縮松缺陷，最大有效應(yīng)力為115.3Mpa，最大變形量為0.2464mm，滿足導(dǎo)風(fēng)葉輪鑄件設(shè)計和使用要求。
　　 4.在熔模鑄造工藝實驗中，設(shè)計出一套蠟?zāi)７煮w式壓型模具

5、和拼裝組合成型工藝方案，獲得了導(dǎo)風(fēng)葉輪熔模鑄造整體蠟?zāi)＃档土四＞咴O(shè)計難度，縮短了模具制造周期。同時以硅溶膠為粘結(jié)劑，選用320目剛玉粉作為面層耐火材料，100目剛玉砂作為面層撒砂材料，320目煤矸石粉作為加固層耐火材料，10～20目煤矸石砂作為加固層撒砂材料，采用五層半的型殼制備工藝，制備出強度高、導(dǎo)熱性好、具有一定退讓性和抗變形能力的型殼。最后，采用本文數(shù)值仿真得到的澆注工藝方案及最佳參數(shù)組合澆注A356鋁合金，獲得了尺寸精度為CT