缺陷分析
慢压式
快压式
凸台内组织分布
慢压式
快压式
力学性能的对比
模具的 不同
原模具
压铸方式 抗拉强度
MPa
快压
207
慢压
221
延伸率 %
4.43
7.99
快压
238
7.65
优化后的
模具
慢压
265
10.3
备注 平均值
汽车零件的研制 (后桥支撑座)
• A severe demand for desk frame fatigue experiment (all samples>450000 cycles)
50μm
Combination photo with low magnification Distribution image
defects analysis
模拟与实验的对比
X-ray inspection Simulated cross-section
充型过程的Short shot实验 (慢压式)
• 通过测试并验证压铸过程的位移曲线较为准确地 推测压铸速度,有益于提高模拟的精度;通过型内 充型轨迹实测和模拟的对比以及引入独特的Short shot实验法为模拟提供了有力的支持和旁证手段。
结 论（二）
• 试样铸造缺陷的分析与模拟以及Short shot结果 的反复对比表明，流场与缺陷形成有紧密的相关 性,通过流场的模拟可以预测可能产生缺陷的位置 和程度,从而提出改进的方向。
Rear bridge support (typeⅡ)
计算条件
(模拟软件: ADSTEFAN)
Physical properties of Aluminum alloy A356
Density
kg/m3 2700
Specific heat
kJ/(kg K) 0.96
Thermal conductivity
• A trouble example
In testing machine
Crack position in diecasting
Analyzing reason by computer simulation
animation
Un-filling area in the front of gate
• (2)慢压条件下两种方法得到的位移曲线非常相似,虽然压 铸初期的推杆空走和后期的保压阶段存在少许位移的差别, 但模具型腔充填时的位移变化斜率(即速度)基本一致,涉 及充型的部分包括充型主要阶段和充型末期,由位移曲线 的斜率变化可以推算出这两个阶段的推杆速度分别约为 0.25 m/s(按70%计)和0.06 m/s(按30%计),这将作为后续 模拟的初始条件;
初始方案的凝固模拟
凝固特征的比较
改进方案的凝固模拟
模具温度分布的求解
半固态压铸的成形周期
稳 定 状 态 下 的 模 具 温 度 分 布
在30个压铸循环周期中模具型腔表面的温度变化 (模具初始预热至250℃)
在30个压铸循环周期中模具型腔表面的温度变化 (模具不预热)
模具优化结果的验证
• (3)快压条件下的位移曲线按前图所示同样可分为充型主 要和充型末期两个阶段,从曲线的斜率可以推算出推杆速 度分别为0.79 m/s(按70%计)和0.09 m/s(按30%计);
• (4)压铸机测试记录系统和高速摄像机测试的结果虽存在 差异,但反映的趋势是一致的,也说明了测试记录系统的准 确与可靠。
铝合金半固态压铸成形过程的模拟
研究背景/目的
• 铝合金半固态压铸(触变成形)研发阶段的工 作虽已接近于成熟,但与充型系统设计有关 数据尚不充分。
• 为改进计算机模拟精度,需要准备一些基本 的参数。
• 辅助充型系统的优化设计,改善零件的质量。
主要内容
• 通过对压铸过程的实验测试和模拟相结合 的方法,确认模拟的初始参数,奠定模拟的 准确性
W/(m K) 155
Latent heat KJ/kg 389
Kinematic Liquids Solidus
viscosity
m2/s
K
K
*
887 850
* Function of solid fraction
Relationship between kinematic viscosity and solid fraction
0.3
0.2
0.1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Position of thremocouple(10 points)
坯料加热后的组织形貌
中心位置
边缘位置
充型过程的Short shot实验 (快压式)
充型模拟（温度场显示）
模拟与实验的对比
Short-shot
Simulation
压铸条件
• 模具温度: 523K(250℃) • 坯料温度: 858-863K(585-590℃) • 试样的三维CAD模型, 10个 测试点
试制零件的三维CAD模型
Rear bridge support
Forward control arm
Rear bridge support (typeⅠ)
型内流动的测试
Relative filling time (reaction timing), s
0.4
Experiment(slow filling) Simulation(slow filling)
Experiment(rapid filling)
Simulation(rapid filling)
400
machine
video
300
充型末期和保压阶段
200 此前为 推杆空走
100
00
充型主要阶段
预备充型(含将料缸 中的坯料推至模具入 口的预备期)
500
1000
Time, ms
1500
慢压式
快压式
位移曲线测试结果小结
• (1)慢压式和快压式各具有明显不同的位移曲线,各次测试 的结果均反映出相似的曲线特征,说明压铸机系统可以保 证相对稳定的充型状态;
网格长度单位为1cm
排出的空气
V=A・(c3/L)・(P-P0)・Δt・ΔS
V为空气的体积; A为空气的流动系数; L和c分别是排气口的长度和宽度; P 和P0分别为型内外的空气压力; Δ t和Δ S分别是时间步长和排气面积
有无背压的对比
未考虑背压
考虑背压
铸型/铸件之间换热系数的影响
5000W／m2・K
To optimize design of gating sysytem
The shape and size of gate are optimized
X-ray inspection(1)
X-ray inspection(2)
结 论（一）
• 系统地比较了压铸过程不同主要因素(溶体/型壁 的摩擦系数,模具型腔的背压,溶体/型壁的换热系 数和压铸机的推杆速度)对充型状态的影响,为确 定后续模拟的主要使用条件打下了基础。
9500W／m2・K
14000W／m2・K
压铸机的推杆速度的影响
0.1m/s
0.5m/s
0.8m/s
压铸机冲头的位移曲线
displacement,mm displacement,mm
400 300 200 100
00
machine video
充型末期和保压阶段
充型主要阶段
500 1000 1500 2000 2500 Time, ms
Solid fraction, %
0
0-60
>60
Kinematic Viscosity
m2/s
1E-06
Linear inserting value
1E-05
１００ｍｍ
力学性能测试
研究(实验与模拟)结果
半固态流体与型壁之间摩擦系数的影响
f=0
f=1
f=0.5
半固态流体与型壁之间摩擦系数的影响
• 利用计算机模拟可以从流场,凝固场的角度优化模 具型腔的设计,准确把握成形的模具条件,在对板 形试样模具实施优化设计后的实践结果充分证明 了计算机模拟在辅助模具设计优化上的有效性和 实用性。
• 在实际复杂汽车零件的试制中有效地使用计算机 模拟法取得了良好的效果,并被作为一种通用的技 术手法得以进一步的验证和确立。
模具型腔的局部形状
模拟结果
gate的形状与大小
模 拟 结 果
局部中空的设计
模 拟 结 果
综合改进(1)
模拟结果
综合改进(2)
模 拟 结 果
该处的充满较方 案11明显加快
试样上部大致呈 逐层充填特征
凸台作为局部的最 终充填之处,可望实 现排渣集气的目的
试样上部大致呈 逐层充填特征
凸台作为局部的最 终充填之处,可望实 现排渣集气的目的
• 分析和验证典型试样充型流场与铸造缺陷 的关系,优化模具设计
• 实际应用于汽车零件的研发过程,预测缺陷 和对策研究方法实验方法
• 实验材料 A356铝合金 • 主要实验工艺过程(制坯－二次加热－压铸)
制造坯料的水平连铸装置
电磁搅拌
多工位旋转式坯料感应二次加热设备
感应圈 控制面板
500吨压铸机
充型模拟（温度场显示）
辅助模具优化
• 因现行模具在快压式的成形条件下,存在着 如上所述的铸造缺陷,通过观察模拟和实验 结果,本研究拟从修改模具型腔局部形状,浇 口(gate)大小和形状等方面寻求优化的工艺 方案,在模拟计算时固定通常的模具预热温 度(523K)和压铸机的推杆速度(0.8m/s)。