显控台作为舰艇上具有图像显示、系统控制等功能的核心设备,是人与指挥系统相结合的重要途径。近年来,舰艇在海上日益苛刻的高湿、高腐蚀性的工作环境,对显控台产品在结构轻量化、耐蚀性能和强度方面提出了更高要求。采用传统低压砂型铸造生产显控台机架产品存在铸件缺陷难控制、产品结构加工余量大、生产效率低等问题,难以满足我国航海和国防领域对显控台机架的增长需求。为解决上述显控台机架结构和制造工艺的不足,本文提出一种针对显控台机架新型低压熔模铸造工艺,该工艺同时具备低压铸造和熔模铸造的特点,相对于砂型铸造具有铸件缺陷少、生产效率高、切削加工量少、产品质量稳定等优点。本文将基于低压熔模铸造工艺特点,对显控台机架结构进行轻量化优化,并设计该产品的低压熔模铸造整体工艺方案,采用数值模拟方法研究工艺参数对铸件质量的影响规律,从而制定最佳工艺方案并完成试制验证。首先,结合传统显控台铸造工艺的优缺点以及当下轻量化的要求,提出显控台机架低压熔模铸造工艺方法并进行结构优化,实现整体减重16.8%。分析舰艇显控台机架的结构组成和各部分作用,建立显控台机架的三维模型,并采用有限元模拟软件进行静、动力学分析,验证优化后结构的可靠性。静态分析结果表明,显控台机架所受最大应力为37.75MPa,低于ZL104材料极限许用应力,满足强度要求;最大变形量为0.025mm,满足要求。模态分析得出一阶模态振型及其对应频率远大于显控台的共振频率,可避免显控台结构共振带来的危害。谐响应分析得出显控台各部位最大位移共振幅值为0.34mm,瞬态分析表明在接近颠震脉冲峰值时出现的最大应力和变形量分别为4.78MPa和0.019mm,符合显控台机架在单个颠震历程中强度要求。其次,设计舰艇显控台机架低压熔模铸造铸造初始工艺方案。通过模拟得到铸件的充型过程温度场、凝固过程固相率、缺陷大小及分布情况并分析成因,为后续工艺优化提供依据。模拟结果表明,舰艇显控台机架内部的缩松缩孔缺陷是由于金属液得不到充分补缩形成孤立熔池,主要分布在机架壁厚较厚处以及机架连接拐角处,初始工艺方案缩松缩孔体积达到24.15cm3。最后,分析缺陷形成机制,设计工艺优化方案。通过增设铸件关键部位的内浇口、浇道窝以及适当改变浇道尺寸,优化显控台机架的浇注系统。分析各浇注工艺参数对显控台质量影响,选择合理参数设计正交实验,确定最优工艺参数组合为模壳温度450℃,浇注温度740℃,充型压力76 k Pa。在孤立熔池处设计冒口和局部水冷进行深度优化,加强孤立熔池处地补缩,改变局部区域的凝固速度,最终缺陷仅为3.23cm3。结果表明,优化方案可得到高质量的显控台机架,本文的工艺优化设计思路也可为类似结构铸件提供理论性指导。