铝合金车轮低压锻造 模具设计优化方案

对改善 模具设计进行锻造 摹拟 ，初始和界限 前提 为：材料为A356；熔体温度为680℃；模具和铝液换热系数为3000W/m2·K；模具与保温材料界面换热系数为50W/m2·K；分流锥冷却水300s开启，冷却时候 为40s；上模冷却水90s开启，冷却时候 为160s；下模冷却水290s开启，冷却时候 为60s；时候 压力曲线如图3所示，压力抵偿为207Pa。

因辐条中心部位很薄，再减薄模具壁厚会使辐条中部比根部过早凝固，从而致使 根部的缩松。为此，鄙人 模底部的中空部位添加保温材料，使辐条边沿 壁厚的凝固慢一些，成为补缩通道，而辐条中部可以更早凝固取得 较好的微不雅 组织和机械机能 。对两种模具设计方案的锻造 摹拟 成果见图4～图6所示。

从图4可看出，初始设计时凝固时候 为155s，改善 后的凝固时候 为131s，缩短了成型周期。从图5可看出，不异位置的晶粒尺寸，改善 后的设计要比初始设计小，在辐条位置处，初始设计的晶粒尺寸约为30.6μm，改善 后为29.0μm。从图6可看出，在辐条根部，初始设计时锻造 发生 的缩松对照 年夜 ，改善 设计的车轮辐条根部缩松发生 的概率 对照 小。

4 成果与接洽

表1为初始方案和改善 方案的铸件各部位的抗拉强度、屈就 强度和伸长率的对照 。从表1可知，改善 设计后辐条部位的伸长率较着比初始设计有所提高，并到达 3%的要求。

按照图5的晶粒尺寸散布 与表1的机械机能 数据可知，车轮不异部位晶粒尺寸越小其机械机能 越好，表白了摹拟 成果的准确 性。这就将微不雅 组织与机械机能 成立了准定量的数学关系，为直接展望机械机能 供应 了根据 。

凝固数值摹拟 经由 最近几年来的成长 已 对照 成熟，锻造 CAE运用 于低压锻造 铝合金车轮依然 是以凝固摹拟 为根本，具有必然 的精度。然则 因为 界限 前提 复杂，模具皮相每每喷有涂料，涂料层的厚度对传热有很年夜 影响，所以界面换热系数很难切确丈量 。是以 ，CAE摹拟 成果的准确性在必然 水平 上依靠 于工程经验。并且 锻造 CAE只可以或许 对已有模具设计方案进行摹拟 ，软件还不克不及 够按照摹拟 成果主动 进行模具构造 优化和改善 。

还应注重，低压锻造 铝合金车轮力学机能 不但 受模具构造 影响，并且 还受合金成分 、熔炼、锻造 工艺等影响；Si相形态、年夜 小、散布 对力学机能 影响很年夜 ，当以针片状况 存在时，可看做 是材料掉 效的初始裂纹；Mg元素太高 ，合金的抗拉强度和屈就 强度都有所提高，然则 伸长率会下降；Fe元素含量增添 会下降 合金的抗拉强度和屈就 强度，且伸长率下降 幅度更年夜 ；熔液中含氢量太高 会使缩松更加 严重；各个冷却水管的开启时候 对缩松发生 有直接影响。在周全 阐明影响锻造 缺点 和力学机能 的身分 的根本上，才能更好地运用 锻造 CAE手艺 指点 模具设计。

5 竣事 语

以流体力学传热学为根本，操纵Any Casting锻造 摹拟 软件，对初始设计进行了锻造 进程 的流场和温度场的数值摹拟 。采取 残存 熔体模数展望缩孔和缩松缺点 ，肯定 摹拟 方式 摹拟 微不雅 组织。按照摹拟 成果连系 铸件构成 的理论与工程经验对模具构造 进行了优化。对改善 后的模具进行了锻造 摹拟 ，与初始设计比拟 ，凝固时候 缩短，晶粒尺寸和缩松缺点 减小。现实 产物 和车轮各部位拉伸实验 证实 ，该方式 可以或许 指点 模具构造 优化，削减 频频 修模试模所酿成的 资本 与能源华侈，提高工艺制品 率。