【摘 要】
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本文以压力容器A356铝合金低压铸造套筒为研究对象,根据铸件结构特点,使用开放加底注式浇注系统。结合A356铝合金特性,选用内径为90 mm,材质为钛酸铝直筒型升液管。依据铸造工艺设计基本原理,设计内浇口横截面积为198.8 cm~2,数量分别为2个、4个、6个、8个的浇注系统方案和冷铁厚度分别为壁厚0%、20%、40%、60%的补缩系统方案;对照生产参数设计准则,选择增压速度分别为497 Pa/
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本文以压力容器A356铝合金低压铸造套筒为研究对象,根据铸件结构特点,使用开放加底注式浇注系统。结合A356铝合金特性,选用内径为90 mm,材质为钛酸铝直筒型升液管。依据铸造工艺设计基本原理,设计内浇口横截面积为198.8 cm~2,数量分别为2个、4个、6个、8个的浇注系统方案和冷铁厚度分别为壁厚0%、20%、40%、60%的补缩系统方案;对照生产参数设计准则,选择增压速度分别为497 Pa/s、376 Pa/s、249.4 Pa/s,模具温度分别为300℃、200℃、100℃、20℃,浇注温度分别为720℃、710℃、700℃、690℃的生产参数。借助Flow-3D仿真软件对不同方案铸造过程进行数值模拟。浇注系统设计方案模拟结果分析显示,2个和4个内浇道时,压力场分布不规律,金属液速度差在0.1 m/s以上,液面紊流严重;6个内浇道时,金属液速度差为0.05 m/s;8个内浇道时,金属液与空气接触面积大,速度差为0。四种方案监测点氧化渣浓度变化趋势分别为500至50、300至50、240至0、150至100。6个内浇道为较优方案。补缩系统方案模拟结果分析显示,四种方案监测点冷却速度分别为0.3℃/s、0.4℃/s、0.45℃/s、0.45℃/s,凝固时间分别为702 s、442 s、390 s、377 s,但冷铁为壁厚60%时,内浇口提前凝固,浇注系统补缩能力丧失。冷铁厚度取壁厚40%为较优方案。增压速度生产参数方案模拟结果分析显示,压力增速为497 Pa/s时,金属液速度差为0.175 m/s;压力增速为376 Pa/s时,速度差在0.1 m/s以下,液面上升平稳;压力增速为249.4 Pa/s时,速度差基本为0,金属液流速慢,与空气接触时间长。三种方案监测点氧化渣浓度分布分别为50～200、100、200～400。压力增速376 Pa/s为较优方案。模具温度生产参数方案模拟结果分析显示,四种方案温度变化速率分别为4℃/s、4℃/s、4℃/s、5℃/s,监测点氧化渣浓度变化趋势分别为600至160、550至100、650至150、650至150。模具温度100℃为较优方案。浇注温度生产参数方案模拟结果分析显示,四种方案温度变化速率分为5℃/s、5℃/s、5℃/s、4℃/s,监测点氧化渣浓度变化趋势分别为490至150、600至150、600至100、490至200。浇注温度700℃为较优方案。基于上述结果,按照内浇口数量为6个、冷铁为壁厚40%的铸造设计工艺方案和压力增速为376 Pa/s、模具温度为100℃、浇注温度为700℃的生产工艺方案对零件进行试制,检测铸件力学性能、化学成分及气密性,检测结果符合铝合金压力容器验收标准。
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