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低压铸造中充型过程的水模拟研究
铸造充型过程水模拟
——计算机应用技术
特种铸造及有色合金２００７年第２７卷第５期
低压铸造中充型过程的水模拟研究
赵志维高永张虎
(北京航空航天大学材料科学与工程学院)
要采用水模拟试验研究了工艺参数对低压铸造充型品质的影响。结果表明，随着加压速度的增大，升压一保压阶段
摘
拐点处液面波动振幅增加；而动力粘性系数增大，波动振幅反而减小。随着加压速度的增加，无论排气孔的面积有多大，液面上升延迟时间都有增加的趋势；型腔内背压逐渐增大，液面上升延迟时间逐渐增加。液面上升延迟时间随进气阻力增加而增加，进气阻力过大明显降低充型质量。关键词低压铸造；水模拟；铸造充型中图分类号
ＴＰ３１１
文献标志码
Ａ
文章编号
１００１—２２４９(２００７)０５一０３５１—０３
低压铸造中金属液充型质量的好坏是能否生产合格产品的关键，如果铸型和升液管中金属液面的上升速度过慢，容易造成冷隔与浇不足缺陷，而速度过快，又易造成紊流，破坏金属液面，引起氧化夹渣等缺陷［１］。在低压铸造过程中，依靠控制保温炉内液面压力的增压速度，实现铸型和升液管中金属液面上升速度的控制。由于气体本身的可压缩性和流动阻力，金属液面的上升速度和保温炉内气体的增压速度之间并不一定存在线性关系比３。，因此，如何根据炉膛、进排气管道、升液管和模具结构等具体工况合理确定“液面压力一时间”曲线，成
为制定低压铸造工艺的关键问题。
影响金属液在铸型和升液管中流动的因素很多［３￣８］，理论上的定量描述和生产中的实际测量都很困难。鉴于此，采用水模拟方法，考察了工艺因素对充型质量的影响规律。１
尽管当前的低压铸造机消除了“液面压力一时间”曲线在“升压一保压”阶段拐点处的压力振荡现象，但由于液体运动的惯性，充型液面的振荡将依然存在。定义拐点处液面波动的最高点和最低点之间的差值为波动振幅。由于气体本身的可压缩性和充型流体的流动阻力，金属液面的上升速度会滞后于保温炉内气体的增压速度，为此使模拟炉膛的Ａ腔保持正常条件，Ｂ腔分别改变进气、排气条件/doc/b280e5d180eb6294dd886c90.html，定义Ａ、Ｂ两腔的玻璃管中液面到达目标高度的时间差为液面上升延迟时间。
设计表格来考察各个因素对考察指标的影响，见表１。试验主要考虑加压速度、加压时间、液体动力粘度系数、型腔内背压和进气阻力对充型质量的影响，不同液体的动力粘度见表２。
表１因素水平表
试验方法
试验装置见图１，试验所用压力控制系统为ＢＨ一１
型低压铸造液面压力控制系统‘９￣１２３，充型过程中液面压力无振荡，实际压力和设定压力最大偏差小于３００Ｐａ。压缩空气经数字组合阀后同时流向分别密封的模拟炉膛Ａ腔和Ｂ腔。
Ｄ．型腔内背压(排气孔面积)／ｍｍ２
Ｄ１Ｄ２Ｄ３Ｄ４
ＯＯ．５１．Ｏ１．５
丽熹篇‰水釜淼蠢矾ｏ．ｚ％聚丙烯酰胺溶液
６８０℃７００℃７２０℃８００℃。
酰胺溶液
………………
试验之前将储气罐内充满压缩空气，然后关闭压缩机，静置３～５ｍｉｎ。预先设置好所需要的加压曲线形
图１
１．气源
试验装置示意图
５．模拟炉膛
态、加压速度和保压时间。通过有机玻璃管上的刻度和秒表读取数据，每组试验做３次，取数据的平均值作试验值。
２．工控机３．压力反馈管道４．数字组合阀
６．有机玻璃管
收稿日期：２００７一０１—２０
第一作者简介：赵志维，男，１９８１年出生，硕士研究生，北京航空航天大学材料科学与工程学院第９教研室，北京(１０００８３)，电话：０１０Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｏｚｗ＠ｍｓｅ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
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——特种铸造及有色合金
２００７年第２７卷第５期
２
结果与讨论
２．１
波动振幅的影响因素:///doc/b280e5d180eb6294dd886c90.htmlpar图２是加压速度对波动振幅的影响曲线，在“升压一
保压”阶段拐点处，随着加压速度增加，波动振幅呈增大趋势。从加压过程分析，加压速度大意味着单位时间内进入炉膛的压缩空气增加，单位时间产生的充型压差增大。调节阀很快完成动作，升液管中液体的动能迅速增加，而型腔内背压和管道沿程阻力相对较小，不足以使液面在目标高度处停住，波动振幅显著增大，进而影响充型品质。
图２波动振幅与加压速度的关系
图３是动力粘度系数对波动振幅的影响，随着动力
粘度系数的增大，波动振幅减小。从图３中看出，相同
加压速度下，动力粘度系数较大
