基于PAM-CAST TM的镁合金轮毂低压铸造模拟王迎春彭颖红上海交通大学机械与动力工程学院知识工程研究所 200030摘要：本文运用ESI公司的PAM-CAST TM软件对镁合金轮毂的低压铸造过程进行了模拟，分析了在填充过程中温度场、流场以及凝固过程中温度、液体分数的分布情况，预测了各种可能出现的缺陷，并解释了这些缺陷的产生机理，同时给出有效的解决方法，为改进铸造工艺和模具设计提供了可靠的科学指导。关键词：镁合金，轮毂，低压铸造，模拟前言镁是工业中最轻的常用金属材料，质量密度约为铝的2/3，铁的1/4。镁及镁合金还具有比强度高、刚度好、良好的阻尼系数、抗电磁干扰及屏蔽性好以及回收利用率高等优点，在汽车、航空、航天、电子等行业有着很大的应用潜力。因此，镁及镁合金被认为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”。根据西方汽车工业界的展望，在未来二十年里，平均每辆汽车上的镁合金用量将达到100～120kg，这比目前的2kg增长50倍以上，届时仅用于汽车的镁合金将超过500万吨，是目前全球镁年需求量（48万吨）的10倍。汽车零件未来发展的目标是用近净形成形方法生产精密优质的铸件。低压铸造是近无余量铸造工艺，其特点是铸件充型平稳，并在压力下补缩、凝固，生成的铸件尺寸精度高，内部质量优良，以及生产率较高等优点，成为镁合金铸件生产的重要工艺。而在实际生产中往往会出现许多缺陷，如缩孔、缩松、裂纹等，这些缺陷对产品的使用构成了很大的危险，所以必须找到行之有效的方法消除或降低。这些缺陷与铸件的充型和凝固过程有很大的关系，通过对铸造过程的分析可以为消除这些缺陷提供科学的理论依据和方法。商业铸造模拟软件PAM-CAST TM采用有限差分法能够对各种材料和浇铸工艺进行填充和凝固的3D模拟，并对流体通过的表面与坐标轴不完全一致的地方采用修正因子进行补偿，更真实地模拟流体在模型中的流动。本文运用此软件对镁合金轮毂低压铸造过程进行模拟并分析了充型与凝固过程的温度场、流场和液体分数的分布情况，进而预测各种可能出现的缺陷，并结合分析结果提出消除这些缺陷问题的方法。模型的建立使用CAD软件UG对轮毂实体造型，如图1所示。然后在PAM-CAST TM里进行表面网格的划分，并自动生成体网格。整个模型共划分了1,894,528个单元，在其中轮毂最薄的轮网部分保证有2-3个单元，以保证模拟的准确性，如图2。在模拟中使用的镁合金为AZ91D，各种物理性能数据如表1，其中密度、比热、热传导率是温度的函数，表中只列出了在650 ℃左右的参数值。计算中采用的镁合金液浇注温度为690℃，初始模具的温度为420℃，内浇口速度为0.5m/s。表1 AZ91D的物理性能参数Physical property Datadensity(Kg/m3,650℃) 1680
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