基于数值模拟的发动机缸盖快速砂型铸造工艺研究

发布时间：2016-10-17 22:15

  本文关键词：基于数值模拟的发动机缸盖快速砂型铸造工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

《西南科技大学》 2015年

基于数值模拟的发动机缸盖快速砂型铸造工艺研究

白朝中  

【摘要】：基于SLA原型的快速砂型铸造技术是直接利用快速砂型铸造工艺CAD系统进行铸造工艺设计,按照设计在制作铸型过程中采用快速原型件做模样替代金属模或者木模,再结合传统的铸造工艺方法制作铸件。利用快速砂型铸造工艺CAD系统直接设计零件的浇注系统、冒口等,缩短其设计周期,提高了整体效率。零件模样和芯盒可直接光固化烧结制作,生产难度降低,铸件质量提高,因此快速砂型铸造工艺特别适合汽车缸盖、缸体、进气歧管等形状复杂、需要砂芯成型的铸件。随着数值模拟技术在铸造方面的应用于发展,计算机模拟不仅可以观察铸件整体宏观成型,还可以预测铸件缺陷的发生,优化铸造工艺参数。本文使用Unigraphics NX 8.0做三维造型设计,采用实验室自主研制的快速砂型铸造工艺CAD系统进行铸造工艺设计,并使用法国ESI公司专业铸造软件Pro CAST,模拟了3种不同浇注系统铸造ZL105铝合金缸盖的动态过程,分析了浇注温度、浇注速度、换热界面系数等边界条件对充型、凝固过程的影响,获得每种条件下缸盖的铸造缺陷。最后结合了缸盖的铸造工艺特点以及其SLA原型件的制作要求,设计出其快速砂型铸造模具,对缸盖进行了单件小批量生产,得到了合格铸件。其研究结果如下:①根据缸盖结构特点,选择出合适的浇注系统,分析各种浇注系统下铸件的充型、凝固过程。以充型平稳,避免了冲砂,凝固过程中符合顺序凝固,缺陷较少等为设计原则,最终选择设计了3种浇注系统:单侧顶部浇注、对称顶部浇注、单侧底部浇注。②为了模拟准确性,实验获取ZL105铝合金与树脂砂之间的界面换热系数。建立了求解界面换热系数的反算模型,采用以实验测得的温度为基础,结合数值模拟的反分析方法计算出ZL105铝合金与树脂砂之间的界面换热系数,总结出铸件与铸型间界面换热系数随界面温度变化的关系。③采用Pro CAST软件对缸盖的充型、凝固过程进行砂型铸造数值模拟,对浇注系统进行了优化。通过几组模拟结果对比,采用0.22 m/s浇注速度,690℃左右浇注温度,金属液充型过程平缓,金属液没有出现紊流与断流,并准确反应了温度场的变化,预测出可能产生的缩松、缩孔铸造缺陷,节约了生产成本,提高了效率。④采用Unigraphics NX8.0三维软件对发动机缸体进行模具设计,实现了铸件三维设计到模具设计可视化,可以反复修改和设计优化,提高了其灵活性和高效性。⑤确定出造型材料的最佳配比。结合实际生产要求,在酚醛尿烷树脂砂各种组分配比关系下进行了抗拉强度测试,确定出理想配比关系为组分I:组分II≈1:1,其组分I质量分数占原砂的0.8%-1%。

【关键词】：
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG244
【目录】：

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