基于增材制造叶轮的熔模铸造工艺研究

使用FDM 3D打印增材技术和数值模拟软件对叶轮熔模铸造过程进行了研究。设计了底注式、顶注式和侧注式浇注系统,利用AnyCasting软件对各个浇注方案进行数值模拟分析,得到最佳浇注方案。采用增材制造技术和熔模铸造工艺制备出了合格铸件。结果表明,AnyCasting软件可以准确预测熔模铸造的缺陷,熔模铸造工艺可以很好地结合增材制造技术,并且能获得优良铸件。该研究解决了由于叶轮模具制造工艺繁琐所带来的铸造缺陷问题。

3D打印速度对铸造蜡成型翘曲变形的影响

通过快速模具制造可打印熔模铸造用的蜡模,缩短生产周期,提高生产效率。但在实际成型过程中,由于制件不同位置的温度分布不均,会造成内应力差异,导致制件翘曲变形,进而对制件的成型质量产生较大的影响;而且,受3D打印速度和沉积层数等成型参数的制约,较难在降低制件翘曲变形程度的同时提高成型效率。有鉴于此,文中通过建立成型制件翘曲变形的数学模型,并结合实验设计与数学计算等方法,探究打印速度对铸造蜡直写成型翘曲变形程度与打印效率的影响机制。实验结果显示:在一定打印速度下,试样翘曲值随沉积层数的增加而减小,且随着打印速度的不断增加翘曲值逐渐变大;成型打印速度越高,不同试样的打印耗时越接近于某一稳定值,表明打印速度对成型效率的影响随打印速度的增加而降低。文中还通过对成型翘曲变形和打印效率分别赋予权重系数,建立了表面轮廓最佳打印速度连续函数模型,并验证了模型的有效性。研究结果表明,基于铸造蜡成型翘曲变形建立的最佳打印速度连续函数模型可在降低翘曲变形的同时提高打印效率。

不锈钢支架熔模铸造工艺优化

通过ProCAST软件对除草机不锈钢支架进行熔模铸造的数值模拟,预测铸件缩孔缺陷分布情况,并对其浇注系统进行改善。利用正交试验对铸件的工艺参数进行研究,通过分析获得工艺参数的最佳方案。对该结果进行数值仿真以及实际铸造,发现铸件缺陷明显减少,这为不锈钢支架的生产提供了参考。

涡喷压气机叶片精密铸造工艺探究

叶片精密铸造是熔模精密铸造技术在叶片制造中的应用。本文对涡喷压气机叶片精密铸造工艺进行研究,利用SolidWorks软件建立三维模型,对压气机叶片进行充型凝固数值模拟,并总结出一套合适的铸造工艺。

镍基单晶涡轮叶片定向凝固过程温度场数值模拟研究进展

作为先进航空发动机不可缺少的核心部件之一,镍基单晶涡轮叶片(简称单晶叶片)的空心结构尺寸精度、合金元素的分布均匀性和表面及内腔冶金质量等要求极为苛刻。研究发现,定向凝固过程中温度梯度的控制直接影响单晶叶片性能和质量,能否持续获得稳定热流成为定向凝固技术的关键。随着计算机技术的不断进步,数值模拟已经成为单晶叶片定向凝固研究的重要手段之一。首先,对单晶叶片制备技术进行了介绍,分析了定向凝固过程中的传热方式。其次,总结了数值模拟界面换热系数边界条件的优化方法,重点介绍了Beck非线性估算法和有限差分法在界面换热系数求解中的应用,证明了两种方法均可以对铸件/型壳间的界面换热系数进行求解,有效提升了温度场模拟的准确性。最后,对定向凝固过程温度场数值模拟的研究进展进行了追踪,总结归纳出了工艺参数对温度场的影响规律。基于对镍基单晶涡轮叶片定向凝固过程温度场数值模拟研究进展的分析,提出了定向凝固工艺优化方向以及相关技术后续的发展趋势,以促进单晶涡轮叶片的高质量研发。

La对CMSX-4单晶合金与型壳润湿性及界面反应的影响

为了获取高质量的含稀土单晶叶片,采用座滴法研究了La含量对CMSX-4单晶合金与陶瓷型壳润湿性及界面反应的影响。实验结果表明,添加90×10^(-6) La时,合金与型壳的润湿角略有下降,合金中仅发现Al与型壳中的SiO_(2)发生反应,形成产物为Al_(2)O_(3);当合金中w[La]达到143×10^(-6)时,合金与型壳的润湿角显著下降,合金中的La和Al都与型壳中的SiO_(2)发生反应;随后继续增加La含量,界面处析出不同La、Al原子比的铝酸镧化合物,润湿角变化不大。由此可见,实验中,143×10^(-6)为CMSX-4单晶合金中La发生界面反应的临界含量,而且,La与SiO_(2)的反应可以提高合金/型壳体系的润湿性。

3D打印陶瓷铸型+微波熔铸技术

总部位于新西兰的初创公司Foundry Lab(铸造实验室)推出了一种新的铸造技术,该技术使用陶瓷打印铸型(模具)、铸造合金金属块和微波产生的热量在大约8小时内铸造出一个铸件。现在数字金属铸造(Digital Metal Casting,DMC)系统在美国有售。在传统铸造厂手中,该系统可以向其现有的生产方法中添加一个新技术手段,以前所未有的速度为金属铸造机器提供原型设计,以及生产具有测试价值和可马上应用的小批量铸件。

304不锈钢电铸镍层厚度均匀性研究

为解决由于电流密度分布不均导致的电铸镍片厚度不均匀性问题,研究了电铸工艺参数和阴极挂具结构对改善镍片厚度均匀性和电铸结瘤状况的影响。结果表明,当电流密度为11 A·dm^(-2)、阳极长度为3.5 cm、极间距为2.5 cm、温度为45℃时,镍片厚度均匀性最好。此时厚度平均值为0.484 mm,极差和均方差分别为0.157 mm和0.044 mm。在最佳工艺参数下,改善挂具和设计阴极遮蔽,解决了接触点厚度薄的问题,结瘤缓解,电铸时间由10 h缩至4 h,厚度极差和均方差分别降至0.116 mm和0.036 mm。实验确定的最佳工艺条件不仅提高了镍片厚度均匀性,电铸时间也缩短了60%,提升了阳极镍粒的利用率,节约了电铸成本。

英德两家公司合并将为熔模铸造树立标杆

特克莫精密铸件公司(Texmo Precision Castings)将收购德国布兰克熔模铸造公司(Feinguss Blank)的大部分股份,这有望推动熔模铸件行业的创新。这项收购后,该公司将以特克莫布兰克(Texmo Blank)的名义进行交易,这是唯一一家能够在美国、欧洲和亚洲制造熔模铸造件的专业厂家。

铝合金汽车转向节精密铸造工艺研究

目的对某铝合金汽车转向节的精密铸造工艺进行设计与优化研究,以得到合格的铝合金汽车转向节的精密铸造工艺方案。方法结合铝合金转向节铸件的结构特征、铸件材料特性和铸造经验,在转向节铸件主体部和鹅颈部各开设一个内浇口,设计了铝合金转向节初始浇注方案;通过在初始工艺方案中铸件缺陷较严重的区域设置补缩冒口、在铸件顶部增设排气道等措施给出了铝合金汽车转向节的优化浇注方案,基于ProCAST软件建立了铝合金转向节精密铸造2种浇注方案的有限元模型,对铝合金转向节精密铸造的充型过程、凝固过程及缩孔缩松特性进行了数值模拟与分析。结果铝合金转向节铸件初始浇注方案的充型过程相对稳定流畅,铸件在凝固过程中有孤立液相区的形成,完全凝固后铸件中间部位存在大面积缩松缩孔缺陷;优化浇注方案能够控制金属液的流动、充型顺序及凝固特性,铸件的整个凝固过程基本呈中间对称分布,最后凝固区域位于补缩冒口内部,最大缩孔缩松率控制在2%以下。结论优化浇注方案的设计合理且有效,能够有效地消除铝合金转向节铸件的缺陷。

一种304不锈钢圆球阀的熔模铸造工艺优化

在304不锈钢圆球阀传统的熔模铸造生产过程中,采用经验确定的工艺参数往往无法完全消除缺陷,在阀体与法兰转角处存在一些缩孔,严重影响产品质量。利用ProCAST软件对不锈钢圆球阀铸件的成形进行了仿真和缺陷分析,发现传统工艺方法在阀体与法兰转角处存在较多大而集中的缩松。重新设计浇注系统结构、调整工艺参数,设计了正交试验方案。结果显示,在浇注温度1550℃、浇注速度1.0 kg/s、型壳预热温度1150℃工艺参数下,阀体与法兰转角处的缩孔消失。

复杂扩压器精铸加工缺陷分析及余量控制方法

针对复杂精铸扩压器加工位置铸造余量不足缺肉、焊接止口厚度薄厚不均匀等现象,文中分析了机械加工过程中复杂精铸扩压器变形机理,利用三坐标检测、划线检查、余量试切等方法确定内外引气管的缺陷位置及大小,控制铸件毛料余量加工要求。研究结果表明:文中方法提高了铸件扩压器机械加工尺寸的一致性,降低了机械加工难度,有效解决了约96%的铸造毛料缺陷及变形严重引起的零件报废问题,可为普通铸件毛料预检测及机械加工提供参考。

ZL114A合金密封套熔模铸造工艺优化

利用Procast软件对ZL114A合金密封套熔模铸造工艺进行了数值模拟,在铸件法兰及中间薄壁区域发现疏松缺陷,通过工艺试验,证明了数值模拟结果准确性。分析了缺陷产生的原因,并在第一版铸造工艺基础上,采取风冷措施达到铸件快速凝固目的。数值模拟和实际生产结果表明,铸件缺陷完全消除,能够满足使用要求。

铝合金某壳体件铸造工艺数值模拟及优化

铝合金铸件易产生疏松、缩孔缺陷,靠传统经验的方法设计浇注系统会导致较长的开发周期、较高的铸造成本。为了获得高质量的合格铸件,并缩短研发周期,本文采用ProCAST软件对某铝合金壳体熔模铸造工艺设计进行了优化。模拟结果显示原始组合方案下铸件2处位置会产生疏松缺陷,并通过试验验证试样件缺陷数量与位置与数值模拟结果相符,而优化后工艺方案所生产的试样件无缺陷产生,符合产品质量要求。

熔模铸造ZL114A铝合金凝固过程界面换热系数研究

为获得ZL114A铝合金在凝固过程中温度场的分布规律,根据实际工况设计了测温实验方案,利用热电偶和热成像仪得到了金属及其型壳在凝固过程中温度场的变化曲线,并根据实际测得的温度曲线借助ProCAST模拟软件中的反算模块对铸件与型壳间的界面换热系数进行了反求,得到了更加符合实际的界面换热系数。随后对其进行验证,用该界面换热系数所模拟求得的金属液温度曲线与实测值最大温差为10℃,型壳温度曲线与实测值最大温差为15℃,该方法及结果为铝合金熔模精铸模拟界面换热系数的设置提供了参考依据。

空气冷却在超超临界蒸汽轮机铸钢件生产中的应用

依据冷铁激冷的理论,基于高压内缸铸件的结构,在喷嘴处设计了2块砂芯,通过理论计算冷却量,设计φ25 mm进气管和φ20 mm出气管,压缩空气压力为0.7 MPa,通压缩空气时间为180 s。结果显示,出口温度比进口温度高40℃以上,降低了砂芯周围钢液的温度,从而避免了狭窄气道的粘砂问题。

低熔点合金熔模制作叶轮石膏芯的工艺研究

设计制作了分块配合的低熔点合金叶片模具,使用合适的工艺参数进行浇注,获得了表面质量良好的低熔点合金叶片。设计方便叶片装配的石膏芯模具,并结合高温熔模方式得到一体成型的叶轮石膏芯,保证了叶片精度和石膏芯表面质量,从而确保了叶轮铸造精度和铸件质量。

ZL114A铝合金预置石膏型芯熔模精铸工艺探索

铝合金石膏型带有管状回路的精铸件,制蜡模时因抽芯困难常采用预置可溶型芯方法予以解决,但精铸件很容易出现铸瘤、回路堵塞等缺陷,本文对此进行了改进,采用预置石膏型芯,并比较了两种方案浇注效果,结果表明预置石膏型芯确实可行。

铝/镁合金特种精密铸造技术的研究进展及发展趋势

阐述了铝/镁合金压力铸造、挤压铸造和消失模铸造等特种精密铸造技术的最新研究进展。研究表明:高真空压铸可以显著提高铝/镁合金压铸件的致密性,实现铝/镁合金压铸件热处理强化,进一步提高铝/镁合金压铸件的性能。充氧压铸技术适用于制备高致密、高强铝合金压铸件。半固态压铸和铸锻双控成形技术也是制备高致密、高强度铝/镁合金压铸件的新方法,未来有较大应用潜力。铝/镁合金挤压铸造技术可显著提高金属熔体充型、补缩能力,实现高压凝固和少量塑性变形,提高铸件的致密性和力学性能。铝/镁合金真空低压、振动和压力消失模铸造技术可以提高金属液充型能力、细化组织、提高组织致密性,明显提高铸件力学性能。真空低压消失模壳型铸造技术可以解决普通消失模铸造易出现的孔洞、增碳和夹杂等缺陷,以及浇不足和浇注温度高等问题,是一种生产复杂薄壁高质量铝/镁合金精密铸件的新方法。

运载火箭栅格舵舵面铸造成型技术研究

栅格舵是一种运载火箭气动控制机构,在火箭子级回收阶段发挥重要作用。针对栅格舵舵面需求量大,分析现有拼焊加工方法存在的问题,从提高栅格舵舵面加工可靠性出发,提出舵面铸造成型方案,对舵面结构实施优化,开展铸造成型技术攻关,进行了工艺设计、铸造数值模拟仿真、试件生产及检测,获得了满足技术指标要求的产品。研究表明:与拼焊工艺相比,采用整体铸造成型技术可有效解决栅格舵装配变形、焊接缺陷等问题,可提高产品可靠性,对设计制造可重复使用火箭具有一定指导意义。