砂型鑄造鈦合金薄壁鑄件凝固與變形數(shù)值模擬研究.pdf

1、鈦合金機械性能好,主要用于航空航天領域。鈦合金薄壁鑄件在鑄造過程中往往會因鑄型的退讓性不好而產生較大的變形。為減輕薄壁鑄件變形,美國開發(fā)了鈦合金砂型鑄造。國內在鈦合金砂型鑄造方面還缺乏一些可借鑒的經驗。故本文以BT20鈦合金薄壁鑄件為研究對象,利用數(shù)值模擬的方法針對在砂型鑄造過程中產生的縮孔縮松缺陷和變形問題展開了研究。這為實際生產工藝參數(shù)的制定提供了依據(jù),以達到提高鑄件質量的目的。
　　本文通過利用Pro/E軟件建立鑄件模型和澆

2、道系統(tǒng)的設計,并用ProCAST軟件對鑄件的鑄造過程進行數(shù)值模擬,包括真空低壓鑄造和離心鑄造兩種鑄造方法的模擬;模擬了在澆注溫度為1790℃,1820℃和1850℃以及壁厚比為3:1和6:1的條件下,鈦合金應力框鑄件在真空低壓鑄造方式下的變形規(guī)律,并對鑄件變形機理進行了分析。根據(jù)模擬結果分析得出,壁厚比小的應力框的位移變形量隨著澆注溫度的增大而減少,由7mm降至4mm,變形率由4％降至2.3%;壁厚比大的應力框的位移變形量隨著澆注溫度的

3、升高先增大后減小,由6.5mm先增至8mm再降至5mm,變形率由8%先增至9%再降至7.5%。
　　利用正交模擬實驗優(yōu)化出了對鑄件變形影響最小的工藝參數(shù),為離心轉速為200rpm和鑄型預熱溫度為500℃;在最佳優(yōu)化參數(shù)下,對結構尺寸分別為Φ400×500mm,Φ500×600mm和Φ600×600mm,壁厚分別為2mm,3mm和4mm的BT20鈦合金筒形件進行了模擬,并得到了其在離心鑄造方式下的變形規(guī)律和縮孔縮松的變化規(guī)律。

4、>　　根據(jù)模擬結果分析得出,鈦合金筒形件的變形量隨壁厚的減小和鑄件的增大而增大,變形率由20%增至75%。鑄件尺寸相同時,縮孔縮松隨著壁厚的增大先減少后增多,縮孔縮松的體積分數(shù)由1.2%先降至0.9%再升高至1.1%左右。鈦合金筒形件總體的位移變形規(guī)律是鑄件兩端收縮位移量較大,其中底部比上部的位移變形量要大3-4mm。垂直澆道附近區(qū)域產生了嚴重的變形,最大變形率能達到40%左右。鑄件薄壁部位由于傾向于同時凝固,變形率不是很大,在1-2%