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2025-03-20通用汽车应用FLOW-3D：汽车气缸盖接触铸造钢包的开发
气缸盖由铸铁或铝合金制成。它是阀门结构的安装体和气缸的密封盖。气缸盖承受由气体力和拧紧气缸盖螺栓引起的机械载荷。由于与高温燃烧气体接触，它还承受着很高的热负荷，因此对产品的质量要求相当高。
由于大多数气缸盖都是通过铸造形成的，铸件的常见缺陷也成为气缸盖质量评估的重点。最常见的缺陷是亚表面孔隙和氧化膜。
图1、气缸盖常见铸造缺陷
倾斜铸造工艺说明
图2、传统的倾斜铸造工艺
图3、倾斜铸造专利
FLOW-3D CAST数值模拟
在数值模拟之前，必须建立相关网格并获得分析参数。
使用西门子NX建立仿真模型，并对简化和3D图形进行调整。FLOW-3D CAST用于分析。
FLOW-3D CAST使用四个网格块进行分析（网格尺寸1.5-5mm）。为了获得夹带空气和氧化夹杂物的流量和时间参数，在转轮和闸门位置设置了挡板。模具表面粗糙度设置为0.1-0.3mm。
图4是分析的3D图，图5是网格建立。图6是倾斜的旋转角速度设置。
图4、数值模拟中使用的三维图
图5、从实际模具导入的图像
FLOW-3D CAST网格建立
表1、材料库和浇注温度
表2、材料对流换热系数
图6、案例1：水壶旋转的角速度
在旋转过程中，由于流道弯曲处的湍流，原始设计会导致空气夹带，从而导致铸件质量差。
图7、旋转过程中的金属湍流导致空气夹带
根据数值模拟结果，整体填充时间约为14秒，通过闸门的最大流量为1.56Kg/s。夹带气体总量为250cc（约占金属体积的3%）。夹带气体持续约3.8秒。
设计变更
根据数值分析结果，在旋转过程中，熔融金属会因湍流冲击而在转轮中引起空气夹带。为了改善这个问题，最简单的方法是修改转轮形状并改变转速。
根据FLOW-3D CAST分析结果，进行了多组转轮设计变更和转速调整，并使用FLOW-3D CAST进行了仿真比较。
图8显示了新设计的模具的旋转角速度设置
图8、新模具旋转角速度
图9显示了改进流道设计后的填充过程。
图9、新型转轮设计的FLOW-3D CAST充型分析
图10、旋转过程中可以使用金属
沿新设计的流道进入腔体
根据数值模拟结果，整体填充时间约为16秒，通过闸门的最大流量为1.37Kg/s，填充时间增加了12%。辊的总体积为55cc（约占金属体积的0.6%），减少了约78%。灌装过程中未发现空气滚动现象。
最后
采用FLOW-3D CAST数值模拟完成了新的浇注系统设计。新的浇注系统将空气夹带量减少了78%，开发实验证实，它可以显著减少氧化渣缺陷。
目前，这种新的设计方法已广泛应用于通用汽车的浇注过程中。