气孔是铸造过程中经常出现的一种缺陷,是影响铸件的力学性能和可靠性一种重要因素。砂型铸造过程中由于砂芯升温快,排气路径长,粘结剂分解气体产量大等原因,极易造成气孔缺陷。与实验研究方法相比,采用计算机模拟仿真技术对型芯发气进行研究能够将影响型芯发气的温度、压力、环境条件等因素耦合起来,同时能够考虑型芯及铸件几何结构的复杂性,为更深入的解释砂型铸造过程中型芯发气的原因和过程提供依据。本研究建立了型芯发气的数学模型,对型芯发气的数值模拟进行了初步研究。基于化学动力学基本原理—阿伦尼乌斯方程计算了粘结剂在铸造凝固过程中的分解情况,获得了型芯内部粘结剂的分解质量,并通过质量守恒定律得到分解产生的气体量,从而建立了粘结剂分解过程中的化学动力学模型。根据理想气体的状态方程,可由气体密度场和温度场计算出型芯内的压强分布,并利用多孔介质的达西定律获得气体的速度分布,建立起了气体在多孔介质中流动的流体动力学模型。本研究采用有限体积法对于数学模型的离散,使用SIMPLE算法用于方程的计算和求解。使用SIMPLE算法既可以保证计算求解结果的精度,同时使用半隐式求解也避免了隐式求解消耗时间长和内存开销大的缺点。在求解粘结剂分解的化学动力学模型过程中,为避免金属液与型芯接触面上温度梯度过大易造成振荡的问题,本文使用子网格和子时间步长来细化温度场,保证了计算结果的准确性和稳定性。本文对四个案例进行模拟,对计算结果进行分析,并与相关文献结果进行对比,验证了本模型的可行性和准确性。分析发现,凝固过程中型芯气体侵入铸件中主要发生在砂芯与金属液接触的初期阶段,同时通过合理的设计排气孔使气体能够顺利的排出,可以有效的防止侵入性气孔的产生,提高铸件的表面质量。因此,借助型芯发气的模拟,能够相对准确的预测砂型铸造过程中的气孔缺陷,为实际生产过程中生产工艺优化提供参考,对提高铸件的性能和生产效率,具有较大的实用价值。