科技狂澜
摘要：钛合金具有低密度、高比强、耐腐蚀、线胀系数小等特点，广泛应用于航空、航天、化工机械等领域。钛合金因其化学活性较高，在高温下与常规造型材料均发生较为剧烈的化学反应，因此钛合金铸型一般采用机加工石墨铸型或熔模精密铸造型壳。钛合金机械泵的泵体铸件作为机械泵的重要组成部分，决定了液体流量、流速、扬程等机械泵的核心参数，内部质量及尺寸精度均要求较高。国家燃烧
关键词：CAE分析；高压开关铝合金壳体；铸造
前言
压铸工艺是铝合金铸件的一种高效率成形方法，可获得高精度和高表面光洁度铸件。但压铸件中容易出现气孔、浇不足和缩松等缺陷，对压铸工艺和模具设计、压铸生产过程控制等要求极高阳。本文分析了压铸铝合金壳体的结构特点，进行了压铸工艺设计，利用CAE模拟结果确定了溢流槽的位置和数量等，设计的合理性得到了生产验证。 1铸造CAE软件新进展
1.1复杂多相多场耦合流动模拟
多相流是指两种或两种以上的流体混合在一起，每相的流动有独立的行为，但又相互影响的流动。在实际铸造中，金属液体的充型过程是在多种力场的作用下，伴随着金属温度的降低、液流前沿的部分凝固与重熔、液流氧化和冲击破坏、以及气体紊乱流动等过程完成的，整个过程是一个典型的多相多场耦合的流动。因此，从理论上讲，多相流动的研究是准确模拟铸造过程的前提条件，例如对卷气、氧化夹杂、砂型冲蚀、压铸过程的排气等计算分析都离不开多相流的模拟。同事，真实的铸造过程流动是具有紊流、表面张力、相变、热交换等众多影响因素的复杂流动，考虑了这些影响因素的模拟结果将更接近真实的铸造过程。
中国教育学刊1.2宏／微观凝固组织模拟
近20年来铸造微观数值模拟成为人们关注的对象，是数值模拟领域研究的热点。研究者们提出了许多种模拟凝固组织的方法，概括起来有两大类：确定性模拟与非确定性模拟。现在的发展趋势是将二者的优点结合，即形核过程采用随机方法来描述，二晶粒的进一步生长则采用所谓的确定性模型。经过许多研究者的不懈努力，以微观组织形成与演变为理论
基础，涌现出了许多数值方法，包括蒙特卡罗法、自动元胞机法、相场法，以及将相场法与level-set方法等。这些方法能够对某些铸造合金凝固过程所获得的微观组织进行预测，包括晶粒的长大、固态相、位错、微裂纹、微偏析等。与此同时，由于微观组织求解的规模巨大，目前也有许多研究者将计算机并行技术引入算法的求解，使得组织模拟的尺度范围从微观表达到介观，从介观表达到宏观成为可能性。总得说来，上述的各种方法已经对某些合金的宏／微观组织预测取得一定的成效，但是离真正的实际应用还有一段距离。
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1.3热应力模拟及热裂纹预测
采用热应力场数值模拟技术，可以更好地了解铸件凝固过程中应力和变形的动态变化过程，预测裂纹可能出现的区域、变形的程度以及残余应力的分布状况，为控制应力应变所造成的缺陷、优化铸造工艺、提高铸件质量提供科学的依据。目前，铸件热应力场数值模拟仍然是铸造过程宏观模拟的研究热点之一。铸件热应力场数值模拟技术的重点主要集中在以下几个方面：铸件的力学模型研究、材料高温力学参数的测定、铸件／铸型的接触问题处理、多场耦合计算、热裂预测和热裂判据等。最后通过FDM／FEM联合分析技术或者FEM／FEM、FDM／FDM分析技术进行模拟。
1.4智能化铸造工艺优化
该技术的目标是摆脱人工设计，由计算机自动地、智能地设计铸造工艺。随着CAE技术、人工智能技术的快速发展，以高速计算机作为支撑，智能化的铸造工艺设计技术的实现与应用，将会CAE应用领域研究的一个新热点。基于此趋势，目前许多铸造CAE商业软件都相继开发出具有自己特的优化设计系统。设计者将没有添加任何工艺的铸件三维模型输入到铸造CAE系统中进行模拟，在智能辅助优化系统与CAE模拟多次反复的交互作用下，最终提供给设计者一个满足条件的最优工艺方案。然而，铸造CAE系统还未能绝对精确、完全定量化的预测铸造缺陷，以及实际的铸造过程存在经验性、多样性和复杂性，该技术的成熟和应用还需要不断地探索和等待。
1.5模拟结果3D立体显示功能
应用虚拟现实(VR—VirtualReality)技术，在计算机上生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的铸造车间虚拟环境，再通过使用运动仿真技术，模拟在真实环境下的运动和动力特性，并根据铸造工艺设计要求和仿真结果，及时发现设计中可能存在的问题，通过不断改进和完善，严格保证设计阶段的质量，缩短机械产品的研制周期，提高设计成功率，
从而不断提高产品在市场中的竞争力。随着三维可视化技术的发展，为CAE模拟结果的观察提供了一种新的显示方式，帮助用户全面的观察模拟分析结果。华铸CAE后处理图形显示系统不仅仅保留了传统的图形显示方法，还增加了3D显示功能以及整套的虚拟现实解决方案，该方案不仅能够在普通的个人PC上实现，也能够集成到大型的沉浸式3D环境中，可满足用户对后处理结果显示的不同需求。
2铸件结构特点及生产条件
压铸件材料为zLl02，外形尺寸为中150mm×95mm，最大壁厚4．5mm，最小壁厚3mm，铸件质量556．4g，该铸件结构复杂，突出面底部为一大法兰，向顶部呈阶梯状缩小，最上沿两侧有两个突出的圆筒状部分，筒状部分中心为贯通的阶梯内孔(两侧直径大、中间直径小)、筒状部分中心孔需要在模具上采用抽芯方法。从铸件凹面可以看出，铸件中部为直径减小的内孔，对面不贯通，并与两侧圆筒状部分中心孔贯通。技术条件要求铸件不得有冷隔、浇不足、气孔、缩孔、裂纹等铸造缺陷，铸件需经100％渗漏检测，不得有渗气现象。本设计的压铸件在分型面的投影面积为176．7cm2，压铸件的重量为556．4g，铝合金一般件的推荐压射比压为30～50MPa，取40MPa，选择压铸机的主要原则是要考虑锁模力和压室的容量，采用卧式冷室压铸机，其型号选用J1110A。
3铸造工艺设计
3.1分型面和浇注位置的确定
原云南省委书记高严分型面确定得合理，不仅能简化压铸模结构，还能很好地保证压铸件质量。压铸模分型面为定模和动模的结合表面，而垂直于模具锁模力方向的结合面为基本分型面。分型面应尽可能选在铸件最大轮廓尺寸处、使压铸件在开模后留在动模部分以便脱模，有利于浇注系统、溢流排气系统的布置，简化模具结构、便于模具加工，避免使用定模抽芯机构，可保证压铸件的尺寸精度和表面质量。本壳体件底面为最大投影面，从模具的成形性和可加工性，以及零件结构考虑，这样分型则模具加工简单，出模方便，有利于浇注系统和溢流系统的布置，浇口和溢流槽去除方便，铸件外形成型质量容易保证。
3.2浇注系统设计
浇注系统是高压作用下金属液充填型腔的通道，其设计是否合理直接影响金属液进入型腔的位置、次序、方向以及金属液在型腔中的流动状态，合理的浇注系统设计是获得无铸造缺陷铸件的重要因素，包括内浇口、横浇道、直浇道(浇口套或余料)。
结束语
压铸工艺为精密铸造方法，可以得到尺寸精度高、内部致密的压铸件，但压铸件的质量与铸造工艺设计是否合理有很大关系，根据壳体铸件的结构特点，设计的压铸工艺经生产验证，铸件没有出现异常气孔、冷隔浇不足、缩孔等铸造缺陷，满足了用户的技术要求。
唐建华简历参考文献：
[1]李平，欧阳维强，马春庆．cAE模拟在端盖压铸工艺优化中的应用[J]．铸造，2014，63(4)：352—355．
[2]赵鑫，曾小勤，陈彬，等．压铸工艺参数对铝合金汽缸体孔隙率的影响[J]．特种铸造及有合金，2009，29(1)：36—38．
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