传统的铸造工艺方案设计优化主要依赖于工艺人员的实际经验和反复试浇。借助于温度场数值模拟有限元分析，可以了解铸件缺陷的形成机理、优化铸造工艺及其参数，从而能够确保铸件的质量，提高铸件合格率，降低生产成本。本研究以垂向减震器座为研究对象，设计了两种浇注方案，利用ANSYS软件仿真模拟铸件凝固过程中不同浇注方案的温度场变化，分析铸件凝固过程中温度场的模拟结果，研究铸件凝固过程中的凝固顺序和补缩状况，选出最佳浇注系统设计方案，从而有效避免铸件凝固过程中产生缩松、缩孔，优化铸件工艺参数。
      采用UG软件对垂直减震器座进行三维实体建模，按照铸造工艺要求对铸件结构进行合理的简化和调整，得到铸件的几何模型，如图所示。铸件几何结构最大轮廓尺寸为：162 mmx116 mmx115 mm。
      ANSYS可与许多先进软件共享数据，利用ANSYS的强大数据接口，可精确地将在Pro/E，UG和AutoCad等软件生成的几何数据运用于ANSYS，从而节省在ANSYS上创建模型时间，提高工作效率。本研究采用UG软件将设计好的铸件模型导入ANSYS软件。
      对于该铸件采用砂型铸造工艺，根据铸件的结构特点，其浇注系统设计采用两种方案，即中注式浇注系统和底注式浇注系统。由于铸件属于小型铸钢件，若采用中注式浇注，浇注系统必须有较好的挡渣能力。因此，应该采用半封闭式的浇注系统，如图。浇口设计在中部边缘位置，顶部厚大部位设计两个明冒口。采用底注式需要设置较高的直浇道，导致需要浇入的钢液质量大大增加，因此，需设计更大的直浇道与横浇道。横浇道的断面积和内浇道设置为梯形。直浇道为上大下小圆台，顶端最厚大的部位设置为两个上大下小圆台状明冒口，另外，底注式需要设计三个砂箱。
      液态金属在凝固过程中不仅结构形态发生变化，同时还要经历相变过程，由于其温度变化区间非常大，故其热导率及热烩与温度关系密切，铸钢的热物理性能具体数据关系查手册可得，如表所示。而砂型的热性能参数可以看成是不随温度变化的常值，其导热系数为0.52，密度为1 630 kg/m3，比热容为1 220 J。
      对建立的模型(即铸件与铸型)分别设置属性，仿真过程中采用智能网格对模型进行网格划分。铸件网格划分效果见图，铸型网格划分效果见图。
      (1)温度载荷由于铸件充型时间相对于铸件凝固时间可以忽略不计，仿真过程中假设金属液瞬时充满型腔。同时由于砂型在金属凝固过程中温度变化很小，因此将其热物性参数设置为不随温度变化的常数。
      (2)边界载荷铸件一砂型系统的传热过程主要通过液态金属与砂型的热传导和对流换热、砂型表面与大气的对流换热及其对外界的热辐射等方式综合进行。由于液体金属与砂模单元的对流换热计算复杂，会引起计算量大增，同时二者在实际中热交换时间不长，对于仿真结果影响很小，因此仿真中忽略了液体金属与砂模单元对流换热的影响。同时由于忽略砂型模型整体辐射热并不影响求解精度，因此，本研究忽略砂型外表面辐射热，简化边界条件。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                  杭州纳泰科技咨询有限公司
                                                                          本文出自杭州纳泰科技咨询有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！