A356铝合金轮毂铸造工艺的模拟研究.pdf

第34卷第1期
上海金属
Vol 34. No. 1
382012年1月
SHANGHAI METALS
January 2012
A356铝合金轮毂铸造工艺的模拟研究
龙伟张恒华杨弋涛
(上海大学材料科学与工程学院,上海200072)
【摘要】铝合金轮毂作为汽车轻量化的重要零部件,对其成形エ艺和性能提出了更高的
要求。采用 ADSTEFAN模拟软件探索用液压机加压铸造的方法制造A356铝合金轮毂的最佳
工艺。对比分析了不同模具温度、浇铸温度对铸件充型完整性的影响,并且预测了易发生缺陷
的位置。结果表明450℃左右的模具温度,650~700℃的浇铸温度有利于充型完整。
【关键词】加压铸造A356铝合金轮毂模拟
SIMULATION ON THE CASTING PROCESS OF
A356 ALUMIINUM WHEEL HUB
g
1g Yitao
School of Materials Scienee and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China)
(Abstract Higher requirement was proposed on the forming process and the performance of
the wheel hub which is an important part of light weighting vehicle. The optimum process of A356
alloy wheel hub manufactured with pressure casting was explored by ADSTE FAN software. The effects
of mold temperature and pouring temperature on the integrity of mold filling were analyzed and the
defects position easily appeared were also predicted. The results showed that the mold temperature of
about 450 C and casting temperature between 650C and 700 C were beneficial to complete mold
filling
Key Words Pressure Casting, A356 Aluminum Alloy, Wheel Hub, Simulation
环境、能源和安全等问题制约着汽车业的发而且产品种类有限制'4。本实验采用立式液压
展,为了节约成本、降低污染等使得汽车轻量化势机加压铸造成形方法,旨在寻找更佳的实验工艺,
必成为发展的趋势。汽车的轮子几乎承载着汽车研究该条件下的最佳工艺,并采用和结合数值模
的所有重量,所以汽车的安全性和寿命很大程度拟分析来优化生产工艺参数,提出工艺改进的合
上取决于轮毂的性能,选择好的轮毂材料和加工理意见和建议58。
工艺显得尤为重要。A356铝合金因其流动性良
实验过程
好、回收率高和质量轻等优点已被广泛应用于摩1.1实验材料
托车、中高级汽车轮毂的生产。目前轮毂的主要
实验采用的材料为A356铝合金,具体化学
成形方法有低压铸造和锻造等,低压铸造的性能成分见表1。
普遍不高且需要精准控制,而锻造的成品率偏低
表1A356铝合金化学成分(质量分数,%)
Table 1 Chemical composition of A356 aluminum alloy(wt %o)
M
6.83
0.35
0.17
0.0036
0.0035
<0.001
余量
作者简介:龙伟,男,主要从事铝合金铸造成形技术的研究,Email:lovelongwei(@shu.edu.cn
第1期
龙伟等:A356铝合金轮毂铸造工艺的模拟研究
1.2轮毂制备工艺
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将A356铝锭放入可控温电阻炉中升温至
750℃左右,用勺舀部分铝液控制冷却至所需温
度,然后将铝液迅速浇入预热到一定温度的模具
中,再用立式液压机加压与保压生产所需轮毂。
实验所用设备及模具如图1所示。
图2铸件UG图
Fig 2 UG figure of casting
黏度和热传导率是影响熔液在充型过程中的
重要因素,所以设置变温下的不同黏度系数和热
传导率等物性值",然后根据实际情况设置浇
速、热阻抗、流动界限固相率和背压参数等,待将
图1实验设备图
所有参数设置完毕后再进行计算机模拟分析并输
Fig. I Equipment used in the experiment
出结果。
1.3轮轂充型过程模拟分析
2实验结果与分析
利用铸造模拟软件对铸件充型和凝固过程进
模拟结果分别采用输出自由表面(mat)和充
行模拟仿真,不断优化和改进生产工艺,能有效提填率(fs),用以分析不同工艺参数的影响和缩松
高铸件质量和降低生产成本。本文实验采用的是缩孔的预测,其中充型过程的两张自由表面图选
目本日立公司开发的铸造过程仿真软件取于充型中期和充型后期。
ADSTEFAN,该软件根据传热理论、流体力学以及2.1模具温度对铸件充型完整性的影响
金属凝固理论等对铸造过程进行仿真,从而能有
采用浇铸温度615℃,模具温度分别为250
效模拟出熔液充型、凝固和冷却中的流场、温度℃和500℃来模拟研究模具温度对成形件完整性
场、应力场和微观结构,并根据模拟结果预测铸件的影响,选取浇铸温度615℃的原因是当浇铸温
的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。图2度相对低时,模具温度的影响比较明显。其模拟
为软件中刘分网格后的铸件图。
结果及实际产品分别见图3~图5。
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50.50
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图3模具温度250℃时A356铝合金轮毂浇铸的充型结果
Fig 3 Filling results of A356 aluminum alloy wheels under the mold temperature of 250 C