鑄造鋁硅系合金由于具有優(yōu)異的鑄造性能,、良好的耐腐蝕性、較高的比強(qiáng)度,、鑄造成本低以及能夠近終成型等優(yōu)點(diǎn),，在汽車、國防,、航空航天以及民用醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,。然而，由于鋁硅系合金在凝固過程中容易產(chǎn)生較大的收縮,，同時(shí)在熔煉過程中吸氫現(xiàn)象嚴(yán)重,，極易被氧化，因此在鑄造鋁硅系合金中不可避免的包含有一定數(shù)量的缺陷,，如縮孔/縮松,、氣孔、氧化夾雜及其它非金屬夾雜物等,。這些缺陷對(duì)于構(gòu)件的力學(xué)性能影響非常大,，比如含有1%體積分?jǐn)?shù)的孔隙將致使構(gòu)件的疲勞壽命降低50%，疲勞極限降低20%,。因此,，在生產(chǎn)實(shí)踐中，如何通過對(duì)于各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的掌控與優(yōu)化以減少這些缺陷,，甚至消除,，顯得尤為重要。
鑄鋁件在重力鑄造中,，金屬液在重力的作用下進(jìn)行充型,，由于存在高度差,，金屬液難以避免地出現(xiàn)翻騰現(xiàn)象，卷入氣體,，造成氧化夾雜,、氣孔等缺陷。而在低壓鑄造中,，金屬液在可控的壓力作用下由下向上充型,，能夠有效地控制其充型速度，使得金屬液充型平穩(wěn),，盡可能地減少或者避免在充型時(shí)翻騰,、沖擊、飛濺等現(xiàn)象,，從而減少氧化物的形成,，減少或者避免鑄件中的缺陷，提高鑄件的質(zhì)量,，合格率一般可以達(dá)到95%以上,。同時(shí)由于低壓鑄造中鑄型的澆注系統(tǒng)簡(jiǎn)單，在較高壓力下凝固,，極大地減少了甚至于完全消除了重力鑄造中所需要的大量的冒口,，因而提高了金屬液的利用率，通?？梢赃_(dá)到90%-95%遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于重力鑄造,。鑒于低壓鑄造相對(duì)于重力鑄造所表現(xiàn)出來的眾多優(yōu)勢(shì)，低壓鑄造吸引了國內(nèi)外眾多單位從事研究,，極力擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍,。
本課題所要研究的是超大型筒型鑄鋁件，體積龐大,，直徑接近1000mm,，長(zhǎng)度達(dá)1200mm，重達(dá)450kg以上,，形狀不規(guī)則,，厚薄壁交替(厚壁處厚度56mm，薄壁處厚度23mm),，采用豎澆的方法難以實(shí)現(xiàn)順序凝固,。由于是砂型鑄造，傳熱速率較低,，很難快速冷卻,，導(dǎo)致凝固過程中枝晶生長(zhǎng)過于粗大。同時(shí)因?yàn)轶w積巨大，補(bǔ)縮距離長(zhǎng),，導(dǎo)致鋁溶液無法順利穿過這些粗大的枝晶進(jìn)行有效的補(bǔ)縮,，最后在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷,。鑒于以上存在的問題,，一方面考慮在鋁液中加入晶粒細(xì)化劑，細(xì)化枝晶,，改善鋁液的流動(dòng)性,；另一方面采用低壓鑄造，在較高的壓力下使鋁液能夠順利地對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮,，減少鑄件的缺陷,，提高組織的致密性，改善鑄件的力學(xué)性能,，同時(shí)設(shè)計(jì)合理的澆注工藝,，最大程度上實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固。
鋁鑄件在實(shí)際生產(chǎn)過程中,，由于鑄造工藝的設(shè)計(jì)以及鑄造過程中控制的不合理，產(chǎn)生的廢,、次品較多,，主要表現(xiàn)在鑄件中縮孔縮松、氧化夾雜等缺陷,。如澆注溫度較高,，則薄壁處質(zhì)量較好，但是鑄件內(nèi)部以及厚壁處很容易出現(xiàn)偏析和縮松,；如澆注溫度較低,，則薄壁處質(zhì)量較差，容易出現(xiàn)澆不足,、冷隔等缺陷,。因此，合理的工藝設(shè)計(jì),、合適的工藝參數(shù),、精確的鑄造過程控制是獲得高質(zhì)量鑄件的保證。一直以來,，國內(nèi)的很多鑄造工作者們大多憑借以往的經(jīng)驗(yàn)確定澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng),，制定鑄造過程中的工藝參數(shù)，在產(chǎn)品合格率不高時(shí)再進(jìn)行一定的修改,，再投入到生產(chǎn)中,，這樣直接影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)效益以及生產(chǎn)周期,。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,，利用數(shù)值模擬軟件模擬鑄造中的充型過程和凝固過程,，以此來預(yù)測(cè)和分析鑄造工藝中鑄件產(chǎn)生缺陷的部位，并以此為依據(jù)調(diào)整工藝,，這樣不但縮短了生產(chǎn)周期,，還降低了工藝開發(fā)成本，提高了生產(chǎn)效率,。
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