精密成形工程

作者：张恒睿, 董一巍, 王海东, 杨磊磊, 廖玉婷

单位：1.厦门大学 航空航天学院,福建 厦门 361005; <br>2.贵州安吉航空精密铸造有限责任公司,贵州 安顺 561000

关键词：高温合金,航空蜗壳结构,熔模铸造,数值模拟,多目标工艺优化,缩孔缩松缺陷

基金：国家自然科学基金（52475491,51705440）; 航空科学基金（20170368001,20230003068002,20240003068001）; 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室开放基金（IMETKF2024013）; 四川省科技计划（2025YFHZ0039）

目的 解决K4169高温合金复杂蜗壳薄壁结构件熔模铸造中缩孔缩松缺陷难控制、浇注系统体积冗余等问题,为铸件的高质量、低成本制造提供优化方案。方法 依托ProCAST有限元平台开展全流程数值模拟,采用多点S型双铂铑热电偶实测铸造过程中的温度数据,反求铸件与模壳的界面换热系数,提升模拟精度;构建回归模型,基于NSGA-II算法与TOPSIS方法生成帕累托前沿解集,确定最优工艺参数;优化浇注系统结构,调整铸件放置姿态,通过试验验证优化效果,对比模拟与实测缺陷位置、体积及铸件力学性能数据。结果 模拟与实测温度的平均绝对误差控制在&#x000b1;2 ℃以内,均方根误差为2.1 ℃;最优工艺参数如下：浇注温度为1 450 ℃、预热温度为1 050 ℃。结构优化后,缩孔缩松总体积减少63%,浇注系统体积降低29%;实际生产的铸件室温抗拉强度达890 MPa、屈服强度达680 MPa,均满足设计要求,生产合格率提升至80%。结论 界面换热系数模型有效提升了模拟精度,浇注系统与工艺参数的协同优化同时实现了缺陷的控制与材料利用率的提升,在铸造工程中兼具实用性与高效性。

来源：2025年第11期

《精密成形工程》期刊编辑部

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