基於Flow-3D的低壓壓鑄鋁合金鑄件夾帶行為研究
隨著汽車輕量化的發展，鋁合金鑄件在汽車上的應用越來越廣泛。 一些用於汽車車身的薄壁鑄件主要採用高壓鑄造，而一些結構複雜的鑄件，如輪轂、發動機缸體和氣缸蓋，則多采用低壓鑄造。 低壓鑄造具有充型穩定、速度可控、加壓凝固便於補料等特點。 然而，對低壓鑄造的充型過程卻沒有引起足夠的重視。 最近有研究人員發現，如果低壓鑄造過程中加壓速度過快，金屬液的充型速度會超過臨界充型速度值（0.5m/s），會造成夾渣和夾渣缺陷。 ，並降低鑄造成本。 機械性能。 在低壓鑄造充型過程中，加壓速度和鑄件的組織結構都會對夾帶缺陷產生影響。 因此，本課題結合數值模擬和實驗，對三種不同結構、不同加壓速度的扁平鑄件進行比較。 開展了研究，明確夾帶缺陷的產生原因，為低壓鑄件平滑充型的工藝設計提供參考。
測試方法
主要考察鑄件結構和加壓速度對充型過程的影響。 因此，設計了三種不同結構的簡單模型，如圖1所示。鑄件尺寸為280 mm×150 mm×30 mm。 三個平板鑄件的中心位置具有不同高度的瀑布結構。 跌落高度分別為 0、15 和 30 毫米。 結構對鑄件質量的影響[J].
使用 Flow-3D 軟件，模擬了三種不同的模型和不同的填充壓力。 應用軟件中的夾帶模型，分析不同方案灌裝過程中的夾帶量。 將這三個模型保存為 STL 文件並將它們導入 Flow-3D。 鑄造網分為5萬。 澆注材料為ZL101A，澆注溫度為700℃，合金粘度為0.0019Pa•根據軟件自帶數據庫。 s、模具材料為H13鋼，預熱溫度250℃。 對於這三個模型，依次輸入2000、1200、600、300Pa/s的增壓速度進行仿真
根據仿真結果，選擇夾帶量最大和最小的機型進行試制。 ZL101A採用現場煤氣爐冶煉，採用Al-10Sr和Al-5Ti-1B中間合金進行改性細化。 工藝參數設計與仿真參數設置一致。 為保證鋁合金狀態的一致性，本實驗在坩堝中完成。 分析了成功生產的鑄件的鑄態力學性能。 每個鑄件取 4 個 M6 拉伸樣品。 取樣位置見圖2。每個模型分析6個鑄件，共24個拉伸試樣，採用國際拉伸試驗。 標準 DIN EN ISO 6892-1。 取力學性能最低的樣品，用SEM進行斷裂分析，分析力學性能下降的根本原因。
以V3.1方案為例，觀察充型過程中夾帶的分佈情況，如圖3所示。可以看出，充型時間為2.9 s時，金屬液穩定上升； 當充型達到3.6 s時，熔融金屬進入瀑佈區，引起劇烈湍流和嚴重夾帶； 隨著填充過程的繼續，下降區產生的夾帶氣體會隨著熔融金屬的上升而隨機分佈到鑄件中。
仿真結果顯示了不同型號在不同增壓速度下充氣後的風量分佈。 可以看出，V1型的風量較小，隨著增壓速度的增加，風量略有增加。 不管增壓速度有沒有提高，V2和V3車型的夾帶程度不同，分佈也不同。
為了明確升壓速度和下降結構對風量的影響，對各方案的風量進行了定量分析，各方案的風量由Flow-3D導出，如如圖5所示。從夾帶定量分析結果可以看出，當沒有下落結構時，夾帶量隨著助推速度的增加而增加； 當有下降結構時，夾帶量不隨助推速度的增加而發生明顯變化； 同種增加下壓速度，增加下落結構的高度，夾帶量會顯著增加。 因此，鑄件中的下落組織是影響夾帶量的主要因素。 當沒有下降結構時，加壓速度會影響夾帶量。
實際鑄件力學性能和拉伸分析
V1型和V3型採用相同的充壓速度300Pa/s進行生產試制。 每個型號生產 12 件。 可見鑄件質量良好，輪廓清晰。 其中6條用於拉伸試棒加工。
通過拉伸試驗可以得到鑄件的抗拉強度和伸長率，如圖7所示。可以看出，沒有落下組織的鑄件的抗拉強度和伸長率比較穩定，平均抗拉強度為191MPa，平均伸長率可達5.3%； 而 30 mm 落體結構鑄件的抗拉強度和伸長率 伸長率有一些相對較低的值。 平均抗拉強度為178MPa，平均伸長率僅為3.8%。 在下降結構中選取抗拉強度低於160MPa的試樣，對斷口進行SEM分析，如圖8所示，可以看出斷口表面存在較大的夾帶氧化皮缺陷。 結合仿真結果分析，主要原因是下落結構中產生了嚴重的夾帶行為。
3結論
- 在低壓鑄造充型過程中，下落結構是夾帶的主要原因，夾帶量隨著下落結構高度的增加而增加。
- 如果鑄件中有下落組織，就會產生湍流，氧化皮折疊，形成夾帶缺陷，鑄件的力學性能會大大降低。
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