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(jī)械性能好,主要用于航空航天領(lǐng)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(chǎn)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(nèi)在鈦合金砂型鑄造方面還缺乏一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。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(chǎn)生的縮孔縮松缺陷和變形問題展開了研究。這為實(shí)際生產(chǎn)工藝參數(shù)的制定提供了依據(jù),以達(dá)到提高鑄件質(zhì)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(shè)計(jì),并用ProCAST軟件對鑄件的鑄造過程進(jìn)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(yīng)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(jī)理進(jìn)行了分析。根據(jù)模擬結(jié)果分析得出,壁厚比小的應(yīng)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(yīng)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(shí)驗(yàn)優(yōu)化出了對鑄件變形影響最小的工藝參數(shù),為離心轉(zhuǎn)速為200rpm和鑄型預(yù)熱溫度為500℃;在最佳優(yōu)化參數(shù)下,對結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jié)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?jǐn)?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(chǎn)生了嚴(yán)重的變形,最大變形率能達(dá)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%