基于数值模拟的车用空调头盖浇注系统优化设计.pdf

模具工业2015年第41卷第11期
基于数值模拟的车用空调头盖
浇注系统优化设计
孔徳佳,代兵,胡晓涛
(重庆理工大学材料科学与工程学院,重庆4000
摘要:基于铝合金车用空调头盖的结构特点,设计了2套不同的浇注系统并运用铸造模拟软件 Anycast-
ing对2种不同浇注系统下的压铸件进行了充型和凝固过程模拟,对充型和凝固时间以及可能出现的
铸造缺陷进行了预测,并通过生产验证和质量检验,得出了较优的浇注系统
关键词:浇注系统;数值模拟; Anycasting;铝合金;压铸
中图分类号:TC241.10242,21文献标识码:B文章编号:1001-2168(2015)11-0012-07
Optimization design of gating system in die-casting die for the
car bonnet with the air conditioning based on numerical
simulation
KONG De-jia, DAT Bing, HU Xiao-tao
(College of Material Science and Engineering, Chongging University of
Technology, Chongging 400054, China)
Abstract: According to the structural characteristics of a car bonnet in air conditioning that
made of aluminum alloy, two different gating systems were designed and the filling and so
lidifying process were simulated by casting simulation software Anycasting. The time of fill
ing and solidification and the possible defects of casting were predicted, and by the way
of production verification and quality inspection, the better gating system was chosen.
Key words: gating system; numerical simulation; Anycasting aluminum alloy; die casting
引言
模拟以质量守恒方程和动量守恒方程为基础进行
近年来,国内的压铸行业取得了迅猛发展。随表达,2个方程的数学表现形式为连续性方程和N-S
着市场的激烈竟争,缩短模具开发周期,提高模具方程。
质量成为当务之急。通过CAE技术的使用,可以优
(1)连续性方程:
化模具结构,为一次试模成功节省大量时间和成
D
本。以下应用 Anycasting铸造模拟软件,对铝合金
3xるy"dz
车用空调头盖的2种浇注系统充型和凝固过程进行
(2)N-S方程
数值模拟,通过预测压铸件在生产过程中出现的缺
Ot Ox o
+pg, +u wu
陷以及生产验证利和质量检验,选出较好的浇注系统
方案。
Ot Ox
物に+の。1=ー+pgy+以
2数学模型的建立
9-+の
)=-9m+g.+A
2.1充型过程中流场模拟的数学模型
Ot 0
对于液态金属的充型过程,一般情况下,数值式中:a、い、の-一速度矢量在x、2方向上的分量;
D一散度;p一密度:p一单位密度压力;
收稿日期:2015-07-10
运动速度;g,g,g一重力加速度在xy、z方向上
作者简介:孔徳佳(190-),男(汉族),河北保定人,硕土研究生,的分量;一时间:V2一拉普拉斯算子
主要研究方向为材料精密塑性成形。
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2.2凝固过程中温度场模拟的数学模型
个;B方案表面单元体为258487个,总网格数为
在压铸件凝固过程中,热传导模型一般用傅里470432个。
叶导热微分方程进行表达.
哥-品(),(哥)-品(")
+O
式中:c一比热容;入一一热导率:Q一一热源
项
3实体模型的建立
头盖的结构特征和材料性能分析
图1所示车用空调头盖,材料选用ADC12型铝
合金。ADC12铝合金具有良好的铸造性能、高强
度、高韧性等优点,在汽车零部件上应用广泛。该
图2A方案浇注系统
压铸件结构较复杂,表面包含很多成形孔,且中间
型时或
圆筒形部分厚度较大。头盖的最大壁厚为13.64
mm,最小壁厚为2.25mm,外形尺寸为123mmx98
mm×77mm,属于薄壁复杂零件,该压铸件为汽车上
的零件,年产量达到80万件,要求中间圆筒形部分
有良好的气密性,需要研究并改进压铸工艺以提高
生产效率和合格率。压铸工艺参数对压铸件的质
量影响很大,设定为:浇注温度650℃,模具预热温
度200℃,压射速度2.5m/s。在此前提下,对2种具
有不同浇注系统的压铸件进行充型和凝固过程模
拟,按照模拟过程中压铸件缺陷的概率和分布、充
图3B方案浇注系统
型和凝固所需时间等选择较合理的设计方案。
4模拟过程分析及讨论
4.1充型过程数值模拟
4.1.1A方案的充型分析
图4所示为A方案浇注系统的合金液充型时
间,所用时间为0.165s。图5所示为A方案浇注系
统充型过程不同时刻的合金液流动分布,当T=
0.092s时,合金液充满直浇道后流入主横浇道,此
时充型平稳:当7-0.146s时,合金液已流过过渡横
浇道并经内浇口进入型腔,每个型腔分别有2个浇
图1空调头盖模型
口进料,2股合金液相遇会产生涡流现象:当7=
0.151s时,型腔的部分区域尚未被合金液填充,这
3.2模拟模型的建立
些区域容易出现卷气,虽然排溢系统起一定排气作
根据空调头盖的结构,选用 DC550C型卧式冷用,但型腔内残留了相当多的气体,容易造成气孔
室压铸机,并设计图2、图3所示2种不同方案的浇缺陥的产生。可以预测,A方案合金液充型时,出现
注系统。在UG软件中,分别将A、B方案的浇注系涡流、气孔和巻气等缺陷的倾向性较大。
统和压铸件以STL的格式导出,然后使用 Anycast--4.1.2B方策的充型分析
ing软件的网格划分功能对压铸件进行网格划分,A
图6所示为B方案浇注系统合金液充型时间
方案表面单元体为254054个,总网格数为462840所用时间为0.1867s。图7所示为B方案浇注系统