鋁合金車輪的鑄造過程模擬及工藝優(yōu)化.pdf

1、鑄造過程模擬是材料科學、信息科學與計算機圖形學等多種學科的交叉學科，是解決材料科學中實際問題的重要研究方法。本文針對鑄件與模具間的界面換熱系數(shù)反算求解問題開發(fā)了CastOPT軟件，采用鑄造過程模擬軟件ProCAST對鑄件的充型過程和凝固過程進行模擬仿真，同時結合正交試驗設計和多學科設計優(yōu)化的思想，優(yōu)化鋁合金摩托車車輪的鑄造工藝方案，以期消除鑄造缺陷、提高成品率、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本。主要研究成果如下:
　　1、為了減少計算量

2、，提高計算效率，在ProCAST軟件中通過MeshCAST-2D模塊建立了軸對稱的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。同時介紹了自行編寫的CastOPT軟件的反算模塊。通過一組虛擬試驗來對比驗證兩種軟件對于求解鑄件與模具間界面換熱系數(shù)的效果，結果表明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，提高了計算效率。采用正交試驗設計的方法研究了鋁液的澆注溫度、上模溫度、下模溫度、側模溫度四個因素對于車輪鑄件產(chǎn)生縮孔縮松缺陷的影響趨勢，發(fā)現(xiàn)在其它工藝條件一致的情況下，當澆注溫度為710℃，上模溫度為420℃，下模溫度為360℃，側模溫度為370℃時，車輪鑄件產(chǎn)生的縮孔縮松缺陷最小。
　　3、為了實現(xiàn)多學科設計優(yōu)化流程的自動化，應用CATIA二次開發(fā)技術，自動生成三維CAD模型，并計算出鑄件的工藝出品率。應用網(wǎng)

4、格生成軟件Visual-Mesh的腳本語言，自動創(chuàng)建幾何模型的網(wǎng)格模型。同時對網(wǎng)格模型進行檢查，如果網(wǎng)格模型生成失敗則進行二次網(wǎng)格劃分，以保證當幾何形狀發(fā)生變化時能夠生成理想的網(wǎng)格模型。
　　4、討論了多學科設計優(yōu)化思想在鑄造領域中的應用，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，從而實現(xiàn)整個優(yōu)化過程的自動進行，建立了鑄造工藝多學科設計優(yōu)化計算環(huán)境。使用了近似