鋁合金車(chē)輪的鑄造過(guò)程模擬及工藝優(yōu)化.pdf

1、鑄造過(guò)程模擬是材料科學(xué)、信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等多種學(xué)科的交叉學(xué)科，是解決材料科學(xué)中實(shí)際問(wèn)題的重要研究方法。本文針對(duì)鑄件與模具間的界面換熱系數(shù)反算求解問(wèn)題開(kāi)發(fā)了CastOPT軟件，采用鑄造過(guò)程模擬軟件ProCAST對(duì)鑄件的充型過(guò)程和凝固過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，同時(shí)結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的思想，優(yōu)化鋁合金摩托車(chē)車(chē)輪的鑄造工藝方案，以期消除鑄造缺陷、提高成品率、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低成本。主要研究成果如下:
　　1、為了減少計(jì)算量

2、，提高計(jì)算效率，在ProCAST軟件中通過(guò)MeshCAST-2D模塊建立了軸對(duì)稱(chēng)的3D有限元模型，使用此模型研究了ProCAST軟件自帶的反算模塊的功能。同時(shí)介紹了自行編寫(xiě)的CastOPT軟件的反算模塊。通過(guò)一組虛擬試驗(yàn)來(lái)對(duì)比驗(yàn)證兩種軟件對(duì)于求解鑄件與模具間界面換熱系數(shù)的效果，結(jié)果表明CastOPT反算模塊求出的界面換熱系數(shù)比ProCAST反算模塊更加準(zhǔn)確。
　　2、使用Visual-Mesh劃分鑄件和各模具的幾何模型，得到疏密合

3、理的有限元網(wǎng)格模型，提高了計(jì)算效率。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法研究了鋁液的澆注溫度、上模溫度、下模溫度、側(cè)模溫度四個(gè)因素對(duì)于車(chē)輪鑄件產(chǎn)生縮孔縮松缺陷的影響趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)在其它工藝條件一致的情況下，當(dāng)澆注溫度為710℃，上模溫度為420℃，下模溫度為360℃，側(cè)模溫度為370℃時(shí)，車(chē)輪鑄件產(chǎn)生的縮孔縮松缺陷最小。
　　3、為了實(shí)現(xiàn)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化流程的自動(dòng)化，應(yīng)用CATIA二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，自動(dòng)生成三維CAD模型，并計(jì)算出鑄件的工藝出品率。應(yīng)用網(wǎng)

4、格生成軟件Visual-Mesh的腳本語(yǔ)言，自動(dòng)創(chuàng)建幾何模型的網(wǎng)格模型。同時(shí)對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行檢查，如果網(wǎng)格模型生成失敗則進(jìn)行二次網(wǎng)格劃分，以保證當(dāng)幾何形狀發(fā)生變化時(shí)能夠生成理想的網(wǎng)格模型。
　　4、討論了多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化思想在鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用，在iSIGHT集成優(yōu)化軟件下成功地集成了CATIA、Visual-Mesh、ProCAST等鑄造工藝優(yōu)化所需軟件，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)優(yōu)化過(guò)程的自動(dòng)進(jìn)行，建立了鑄造工藝多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化計(jì)算環(huán)境。使用了近似