中国压铸杂志

基于数字模拟的压射活塞起动速度自动优化

作者:admin 来源:原创 发表时间:2014-06-19

ROLF MICHAEL


摘要:
以板型几何形状铸件为例,研究第一浇铸阶段,活塞速度对压室充填过程的影响。通过数字计算,可识别优化运行速度。借助于自动优化所确定的堵塞波值与同活塞同步的堵塞度波是一致的。对浇铸构件实验检查,证实了此理论研究。

一、 前言
压铸第1阶段,慢压射起始速度V1,除了影响充填度,容室长度及直径,还影响金属熔化物流动。对构件的浇铸质量有一定影响。过高的活塞起始速度会导致容室内金属熔化物的涡流,从而对气体喷冲(见图1),如果速度选得过低,会形成推进冲击波,在早期阶段就会对浇道堵塞。在容室内的空气不能排出,与金属熔化物压缩在一起。在此两种情况下会导致构件内气体孔隙度增加。由于在容室壁上熔化物的快速冷却以及与此相关的预冷凝,十分低的起始速度是错误的。
 

 

作为理想的情况,根据相关文献对第1阶段的起始速度作的论述,该速度下在活塞前边产生一个堵塞波,不离开活塞面,由此,在浇铸容室内空气向前进入浇道,防止形成飞弧及空气喷冲,这样的速度称之为临界速度,与容室的几何形状(直径和长度)及充填度有关。这样的速度可以一个固定的起始速度,也可以通过活塞稳定加速度来说明。
通过数字计算,对浇铸容室内充填过程的研究不难理解,由于多种原因,例如高的温度或有限的空间通道,只进行实验观察是难以转化的,唯一的办法是借助于水进行模拟分析。
相关文献对包括充填在内的,浇铸容室充填过程数字计算的使用作了论述,在此,对热力情况一起作了考虑,为找到最佳的程序设计进行了计算,了解波的传播,通过对容室内流动的研究,很有可能计算活塞运动。本文是借助于数字模拟,对浇注容室内流动力学研究,过程与选择的速度及构件第1浇注阶段的优化是重点。作为以最现代化的数字方法,对一个复杂的非线性过程研究之例,在此,优化是分成几部分自动进行,评价是以计算方法完成,所获得的认识通过实验来验证。
二、 构件几何形状及边界条件
以一个板件几何形状的生产过程为例,所作的研究示于图2.板件厚度为6mm,通过四个浇口供料。实验在埃尔兰根—纽伦堡大学金属材料与工艺实验室进行。研究工作主要集中于容室压射的过程。所用的容室长度为534mm,直径60mm,容室充填度为30%,归于较低级别。采用次级合金AlSi9Cu3,在容室内温度为680度。
 

 

三、 数字计算及优化
对最优化循环的控制及单个的计算是通过Surfviz软件程序进行的,该程序是由新材料FÜrth公司开发的。在浇铸容室内流动过程的个别计算是以Procast模拟平板进行的。以这样的程序可以对活塞运动说明。优化过程的流程框图及所用的程序及组成部分示于图3。计算模式可分为约770000个要素。时间分析将容室充填过程分为约600个时间步。
 

 

通过改变活塞预运行速度及紧接着的计值来确定优化。计算是假设第1浇铸阶段活塞速度保持常量情况下进行的。在计算中不考虑热力影响及容室充填可能的影响。流动力学过程,主要是用于研究特征类型的形成,及其评定,这是问题核心部分。
活塞速度是在优化周期循环范围内自动变化。“黄金分割”方法用作计算方法。在此所涉及的是用于近似确定目标函数极值一维的步进方法。在此确定一个研究区间,该区间内通过划分周期,识别步进极值。由于此算法不能在局部和全局极值之间进行区别,在优化过程,以逐次方法来匹配研究区间,直至找到全局最小值。将来计划使用一个优化计算方法,该方法可以在目标函数局部和全局极值之间自动识别。
目标函数是优化的基础,尤其在瞬时流动过程特性说明方面。在容室内复杂的过程,此时,是以数字来成象,此数字与优化算法的变量V1有关来应用。实质上,此说法是建立在预先开动阶段对所产生的自由表面(n)求值基础上的(图4),此时,熔化物的前沿称之为自由表面,熔化物前沿在浇铸容室内与气相接触,通常是,自由表面越少,充填过程越好。

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