[发明专利]基于铸件仿真软件预测铝合金铸件显微缩孔的方法

说明书

本发明公开了一种基于铸件仿真软件预测铝合金铸件显微缩孔的方法，包括：S1：STL数据模型准备，并导入铸件仿真软件，进行网格剖分；S2：设置材料物性参数和边界条件，并进行模拟计算得到后处理结果；S3：针对所要分析的某局部位置，通过凝固动画分析此局部位置是否存在孤立液相区；S4：通过凝固时间动画得到此局部位置凝固时间t；S5：调取液相分数随时间变化结果，分析此局部位置在时间t之后直至达到0%液相分数这段时间内，该局部位置周围是否存在相对于该局部位置更低的液相分数将该位置团团包围的情况，若存在，则表示该位置有产生显微缩孔风险；反之，则无风险。本发明能够预测在铸件凝固后期形成的显微缩孔。

技术领域

本发明属于铸造及铸造仿真技术领域，具体涉及一种基于铸件仿真软件预测铝合金铸件显微缩孔的方法。

背景技术

针对铝合金这样宽凝固温度范围的铸件，行业内的共识是通过结构变更或工艺优化实现顺序凝固，达到生产少缺陷、无缺陷铸件的目的。宽凝固温度范围的合金，当温度低于液相线时会产生发达的树枝晶，形成大范围的液相和固相共存区域，凝固初期液体能在两相区的枝晶之间流动；但随着凝固的继续进行，树枝晶进一步生长、搭接，补缩通道堵塞，液相在树枝晶之间的流动将极为困难，凝固最后的收缩往往得不到液相补充，形成缩孔类铸造缺陷。这一丧失补缩能力时的固相分数一般称为临界固相分数(CFS：CriticalFraction Solid)，与材料成分和凝固时外界压力有关，实际铝合金铸件CFS值为一区间范围而非特定数值。

目前，国际主流的铸造仿真软件，如德国MAGMA、美国PROCAST、EKK、Flow-3D、瑞典NOVACAST等，都是通过确定某一CFS值(通常30%)得到凝固过程动画并分析孤立液相区域，用以评判铸件热节或可能产生缩孔缺陷的区域。即认为，只要局部凝固过程固相分数超过某一特定CFS即丧失补缩能力。这样的处理方式可以预测大部分的铸件凝固缩孔类缺陷，但是对于铸件内可能出现的显微缩孔却忽视了。这是因为，局部区域超过某一特定CFS后，其尚存部分液相，仍然存在凝固收缩的需求。由于现实中铸件的复杂性和工艺的多样性，有可能出现这样的情形：在CFS以前，凝固顺序正常无孤立液相区；然而在CFS以后，由于外界因素的干扰，凝固顺序不正常而出现孤立液相区。因为这样的孤立液相区发生在CFS以后，液相分数较少，实际铸件形成的缺陷为显微缩孔。

因此，有必要开发一种基于铸件仿真软件预测铝合金铸件显微缩孔的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于铸件仿真软件预测铝合金铸件显微缩孔的方法，能预测在铸件凝固后期形成的显微缩孔。

本发明所述的一种基于铸件仿真软件预测铝合金铸件显微缩孔的方法，包括以下步骤：

S1：STL数据模型准备，包括用于实现完整铸造模拟仿真分析所需的所有STL格式文件，并导入铸件仿真软件，进行网格剖分；

S2：设置材料物性参数和边界条件，并进行模拟计算得到后处理结果；

S3：针对所要分析的某局部位置，通过凝固动画分析此局部位置是否存在孤立液相区，若有，则流程结束；若无，则进入步骤S4；

S4：通过凝固时间动画得到此局部位置凝固时间t，其中，凝固时间是指此局部位置达到CFS时的时间；

S5：调取液相分数随时间变化结果，分析此局部位置在时间t之后直至达到0%液相分数这段时间内，该局部位置周围是否存在相对于该局部位置更低的液相分数将该位置团团包围的情况，若存在，则表示该位置有产生显微缩孔风险；反之，则无风险。

本发明具有以下优点：

（1）避免了目前主流铸造仿真软件利用临界固相分数CFS分析铸造缩孔类缺陷时“一刀切”的弊端，即只考虑CFS前是否顺序凝固，而忽视了CFS之后的凝固收缩情况；

（2）本方法能够准确分析到实际生产铸件中出现的显微缩孔缺陷；