引言
铝合金具有外观好、质量轻、加工性能优越、物理化学性能好等诸多优点,因而在很多行业领域都获得了广泛的应用。但铝合金凝固温度区间广的特性使得其在铸造的过程中很容易出现缩孔缩松等方面的缺陷或是发生氧化现象,这就需要人们对铝合金铸造过程中的各项参数以及工艺进行严格的控制优化,保障铝合金铸件的质量。
一、铝合金铸造工艺优化技术的实践应用研究
在进行铝合金铸造的过程中,铸造工艺的设定以及铸造过程的控制至关重要,直接决定了最终产出成品的质量。例如,充型温度的高低就会对铝合金铸件内璧的形态产生影响,若是充型温度较高,铸件内部和厚璧处发生偏析或是缩松的概率就会增大。若充型温度过小,则会导致薄壁处的质量变差,出现现浇不足或是冷隔等缺陷。下面本文将就铝合金铸造工艺优化技术的关键点进行分析阐述
(一)对铝合金的铸造工艺方法进行合理的选择
在实际工业生产中,很多铝合金铸件虽然在结构表现上相对简单但其很多部位都存在厚薄不均匀的情况,加之热节点的位置较多,因此对零件表面以及内部质量有着很高的要求,工艺控制的难度很高。对于中大型薄壁铝合金铸件,工艺方法的选择是一个关键点。
(二)合理选择浇注系统的位置
铝合金铸件的整体组织要求较高,为了違免出现缩松、气孔等缺陷,要对浇注系统的位置进行合理选择。前罩应在其法兰较小的一端开设入流内浇口和横浇口,这样可以实现快速入浇不冷隔以及平稳充型,实现铸件的顺序凝固并确保法兰处力学性能的良好。
(三)对铸件进行三维建模
对铝合金铸件进行三维建模的目的是为工艺参数优化以及工艺实施过程控制提供一个平台以及模板。需要注意的是,在进行工艺模拟的过程中,保温棉、模具以及型芯均属于工艺装配体部件,且属性存在差异性,因此在建模时应尽可能的确保各个工艺部件和实际位置大小保持一致。尤其是一些不规则的曲面,应尽量进行还原。此外,相互孤立、分散的部件在建模时也应做到不相连,但在工艺模拟时则要求同种材料工艺部件组成一个整体。
(四)确定工艺模拟和工艺优化的工作流程
在铝合金铸造工艺模拟和优化的过程中,首先利用三维设计软件完成建模工作,之后分为两条线。一方面,通过CAD接口软件对铸造工艺设计进行前处理,具体内容包括模数计算、孤立熔池计算、浇注系统计算等,最终统一汇集到铸造工艺设计分析后处理环节,然后重新输入到三维设计软件中。另一方面则是通过CAE接口软件对铸造工艺进行前处理,基于数据进行流动场计算以及温度场计算,之后进行铸造工艺分析后处理,在此基础还是那个进行铸造工艺合理性判断,若是则输出,用于实际生产。若否,则要重新回到第一步,通过有限差分软件进行工艺分析处理,重新计算各项参数。在铸造模型构建和模拟计算环节,要按照铸造工艺要求添加低压铸造相应的工艺参数。
(五)铸造工艺结果显示与评定
工艺模拟的目的是为了判断定制的铝合金铸造工艺方案是否存在问题,具体可以观察凝固过程中,温度场、缩松或是缩孔等情况,以此判断铝合金铸件的质量,并找出工艺中存在的问题。之后根据具体的温度对模具的温度、压力曲线、铸造工艺等进行调整优化。在三维建模软件的帮助下,可以快速有效的完成浇筑系统、模具、型芯等方面的改进,并对铸造工艺参数进行调整,包括浇注温度、充型时间、保压压力与时间等上述工艺模拟和优化方法非常适用于一些大型复杂铝合金铸件的生产中,可以有效减少工艺试验的次数,确保铸件可以在极少的次数内试制成功,缩短铸件生产周期。
二、铝合金铸造工艺优化技术的发展分析
上文中提到的是一种基于三维建模、工艺模拟的铝合金铸造工艺优化方法,它能够在生产工艺确定之前,对铸件的生产质量进行预测,并针对性的修改工艺参数，实现铸造质量的提高。
随着科技的发展,越来越多高科技工具得到应用。现如今,铝合金铸造工艺优化领域发展前景较高的是一种专家系统,它是人工智能应用于机械工程领域的典型代表,在故障诊断、缺陷分析、工艺编制、仿真模拟等方面都表现出了优越的功能性。其本质是针对具体问题的求解过程,以知识库为核心,根据实际问题需要,合理选用控制策略,运用推理机制对问題进行求解。现如今,专家系统在铸造领域已经得到了广泛的应用。现代铸造工艺中涉及到了多种工艺流程的相互配合,铸件质量的控制要求也相对较高,对铸造专家经验、技能、专业知识水平有着更多的需求,这使得专家系统非常适合应用于该领域。很多铸造工艺实施中遇到的问题都可以通过开发专家系统方式予以解决。就目前来看,铸造工艺专家系统的研究主要分布在铸造方法选用、熔炼工艺设计、铸件缺陷分析等方面。
目前,铸造工艺专家系统的发展趋势主要表现在以下几个方面:首先,对现有的应用领域进行加强、完善、拓展受开发技术限制,铸造工艺专家系统的应用主要集中在铸造方法选用、缺陷分析等方面,而随着技术水平的提高,系统应用将逐渐拓展覆盖到生产调度管理、产品质量跟踪、成本预算等方面。其次,精确化、快速化的产品质量和效率要求会催生出许多先进的制造技术,铸造工艺专家系统的发展和这些新型技术必然会建立联系,在此过程中系统技术单一的局限性将逐步被克服、消除,其实际应用能力也会获得大幅度的提升。再次,专家系统知识库的建立在大数据技术的支持下将实现自动化,实现设计效率的提升。最后,开发出适用领域更广、功能更强大、系统开发工具和开发语言更全面的铸造工艺专家系统,实现便捷化人机交互,降低系统操作的难度,推动专家系统的普及。
根据铸造工艺方法选择模块的设计过程中,推理的控制策略是按照知识库的规则对其中包含的内容进行梳理和筛选,是正向推理的方式。即用户将工艺信息输入到系统中,之后知识库根据所给的只是判断是否满足规则,若否,则重新输入新的工艺信息,若是则保存结论并输出结果。在铝合金铸造中,首先输入尺寸精度、表面粗糙度、壁厚、铸造圆角形状复杂程度等级等参数,据此系统就可以筛选出符合判定规则的铸造方法。不同参数的判断顺序存在先后,一般情况下,合金种类最优先,以此是尺寸精度、表面光洁度、最大轮廓尺寸等等。在铸造方法确定后,进行铸造工艺性的判断,验证合金的流动性和收缩率是否满足给定的工艺性要求。若否,则需要对形状信息参数进行修改,若是,则可以从经济性角度对所有铸造方法进行比较,选择成本最低的一种。
结语
综上所述，在传统铝合金铸造中,工艺设计都是依靠专业技术人员的经验和知识,在这样的情况下,工艺生产很可能因重大缺陷的存在而前功尽弃,造成时间和资金的大量浪费。对此,可以引入现代化计算机技术,通过反复试验的方式确定最佳的工艺方法,在计算机模拟中对铸造工艺存在的问題进行确定,进行有针对性的合理优化，不断提升产品的生产质量，将生产周期控制在合理的范围之内，继而促使经济效益获得逐步显著的提升。
参考文献：
[1]朱乐. 论铝合金铸造工艺优化技术的应用与发展[J]. 世界有色金属,2019,(19):170-171.
[2]郑庭坚,江星莹,王连登,朱富斌,陈明,杨杰. 高强韧支座挤压铸造工艺优化[J]. 铸造,2018,67(08):692-694+698.
[3]刘战生. 铝合金扁锭铸造工艺技术优化研究[D].中南大学,2012.