适用于高强高压铝活塞生产的铸造工艺及设备的开发研究
发布时间：2021-04-06 11:38
随着国Ⅵ排放标准的陆续实施,对于发动机设计研发提出了更高的要求。而活塞作为发动机的关键零件,其使用工况越来越严苛。铝活塞为了适应这种高要求,向着高强度、高爆发压的方向发展。此类型的活塞对铸造提出了高标准的要求,因此本课题结合现在最新的技术研发了新型铸造技术和BCM-132P铝活塞铸造机,并对工艺和设备进行了验证。首先本文阐述了新型铝活塞铸造工艺及设备的研究的意义,介绍了国内外铸造工艺、铸造设备的发展历程、研究现状和工业机器人的发展,引出研究方向。因传统铸造方法生产的产品性能很难满足要求,通过对铸造过程冷却原理的分析,提出了新型的铸造技术:燃烧室金相细化技术。并介绍了燃烧室金相细化技术的控制实施,详述了适用于此技术的模具的结构特点。使用铸造模拟软件MAGMA对高强高压铝活塞的铸造过程进行了模拟分析:在软件中对铸造过程进行条件设置,通过软件的自动计算分析得出仿真模拟结果。根据软件的几个判据,分析结果,得出了铸造工艺合理的结论。通过研究了新型的全自动铸造机对高强高压活塞进行生产。对铸造机的机械部分和传动部分的结构及作用做了简单的介绍,重点分析计算了床身的承载能力,并对受力较大的关键件进行了A...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２挤压铸造示意图??采用挤压＃造也有一定局限性，孙晓等［２３］发现挤压铸造不适合生产带有内冷??
第２章活塞铸造工艺技术的研究及仿真分析??理想，导致下一个冷却循环的冷却水冷却温度不能保证，冷却效果大大降低。??针对这些问题，本课题研发了ＣＭＲ技术，解决上述问题，更有效地提高产??品质量及其一致性。如图２－１所示，为传统铸造冷却循环与ＣＭＲ技术冷却循环控??制的对比图。??控酬?????Ｊ?接具?１?！?－Ｗ念．■务支ｎ或．．｜???＾?！??＂＂＂＂＂ｔ胃顏二＇?【龜厂ｊ左褙芯冷轺水丨??丨；４却永源玲莉水栗３＿?＿＿?泽造抗右郵Ｉ??麵＿１?？适？１Ｌ１????——ｉｗｗ｜?????ａ）传统冷却循环??……—丨外接Ａ￡Ｊｌ７ｋ?????？—ＬｌｉｌｄＭＩｌ????？孩造极?ｉ?—丨内芯￥＾?水?ｊ??＾?—Ｉ?＇?；?Ｕ＇￥ｉ７ｉ?％＿ｒｉｉｉｉｉｉｉＦ?ｉ！????？？?一?．．?Ｖ??．４－ｓｊ水源＾■■????ｒ￣＇ＥＥｒ￣＇￣；?＇一＃￣！??—．．．－．．．．．．．」－？Ｕａ?水?－?±－＂Ｊ?Ｌ＃－ＨＪｇｆ？＾ｇｌ??Ｉ?－＂＂ｆ?１????ｂ）?ＣＭＲ冷却循环??图２－】ＣＭＲ与传统冷却循环控制对比??由图２－１可知，ＣＭＲ技术采用单独的内循环水冷机作为动力源，内循环水冷??机自带加压水泵，冷却水加压后通过控制柜直接连接每一路模具，每路冷却水单??独电磁阀控制。冷却水流经模具后，通过总分水块直接回流至内循环水冷机。通??模具的热水在冷水机内部冷却至工艺温度，等待下一个冷却循环。水冷机有温控??功能，保证流入铸造系统的循环水温度恒定。本课题所研发使用的智能化冷却控??制系统（ＣＭＲ技术），其具备以下
山东大学硕士学位论文??杂质的污染，也能保证整个循环系统的压力，使冷却水能快速流经模具带走热量；??内循环水冷机具有自动降温功能，保证进入模具系统的水温恒定。??＿＿??［ｌ?ｉ?ｆｉＪ??图２－２参数化控制冷却??２．１．２模具设计??在活塞毛坯铸造生产中，顶朝上铸造方式由于操作方便和保证铸件自下而上??顺序凝固，是主流的机械化铸造生产方式。但为了更好的补缩，一般在壁厚较大??的顶部设置补缩冒口，造成该部位金相组织较为粗大，而冒口周围同时也是燃烧??室边缘，极易因金相粗大造成燃烧室喉口开裂［４２］，因此针对以上问题，本课题??研宄出适用于铝活塞毛坯铸造的ＣＭＲ模具。模具各部位的结构特点如下：??（１）顶模部分??如图２－３所示为ＣＭＲ顶模与ＳＴＤ顶模（即标准模具Ｓｔａｎｄａｒｄ）顶模对比，２－４??为两种顶模结构铸造的毛坯对比。该部分改变了传统的单体结构顶模，变为分??体结构，增加随行冷却，ＣＭＲ顶模结构有如下优点：??①顶模采用分体结构，并在各部分中设置冷却通道，各冷却通道单独控制，??最后补缩部位强化保温，最终实现活塞毛坯顶部区域从外至内顺序凝固；传统顶??模使用一体式结构，并采用一个冷却通道，不利于毛坯顶模的顺序凝固。??？在顶模各部分之间设置隔热和排气槽，在隔绝冷却水对另一部分的影响??的同时也兼顾增强金属型模具排气效果；传统顶模无此项结构，容易造成排气不??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]JY4000t精密挤压铸造机研发设计[J]. 郑桂云,葛树志. 铸造设备与工艺. 2019(03)
[2]金属型铸造模具涂料研究进展[J]. 闫盛青,林有希,郑开魁,范宜鹏. 热加工工艺. 2019(03)
[3]铝合金平板件铸造工艺模拟及优化[J]. 陈敏,丁旭,沈刚,孙丽华,姜月明. 热加工工艺. 2018(13)
[4]发动机活塞组件创新设计[J]. 赵世来,张治国. 汽车实用技术. 2018(12)
[5]发动机铝合金活塞铸件缺陷分析及铸造工艺改进[J]. 邬智立. 铸造. 2018(01)
[6]硼酸铝晶须增强铝硅基复合材料活塞烧蚀研究[J]. 秦朝举,张卫正,原彦鹏,宋立业. 哈尔滨工程大学学报. 2018(01)
[7]基于RobotStudio的机器人干涉区设定方法及工程应用[J]. 高建超,高海东. 汽车工艺师. 2017(09)
[8]工业机器人在活塞浇铸过程中的应用[J]. 赵淑国,董旭,刘雨奇,王巨果. 铸造设备与工艺. 2017(04)
[9]铸造CAE技术在过滤网设计过程中的应用[J]. 宋亮,苏少静,王洪涛. 中国铸造装备与技术. 2017(04)
[10]浇注系统的设计[J]. 王峰,班云峰,徐林清. 现代铸铁. 2017(02)
硕士论文
[1]重载铸造机器人路径规划研究[D]. 王兴明.安徽理工大学 2018
[2]浇铸机器人协调控制研究[D]. 贺国昂.上海应用技术大学 2016
[3]倾转重力铸造机优化设计及其浇注控制液压系统研究[D]. 彭立广.燕山大学 2013
[4]熔体处理对Al-Si和Zn-Al合金组织及性能的影响[D]. 任海涛.太原科技大学 2011
[5]典型铝合金铸件的金属型模具CAD/CAE[D]. 黄应涛.华中科技大学 2008
本文编号：3121364
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２挤压铸造示意图??采用挤压＃造也有一定局限性，孙晓等［２３］发现挤压铸造不适合生产带有内冷??
第２章活塞铸造工艺技术的研究及仿真分析??理想，导致下一个冷却循环的冷却水冷却温度不能保证，冷却效果大大降低。??针对这些问题，本课题研发了ＣＭＲ技术，解决上述问题，更有效地提高产??品质量及其一致性。如图２－１所示，为传统铸造冷却循环与ＣＭＲ技术冷却循环控??制的对比图。??控酬?????Ｊ?接具?１?！?－Ｗ念．■务支ｎ或．．｜???＾?！??＂＂＂＂＂ｔ胃顏二＇?【龜厂ｊ左褙芯冷轺水丨??丨；４却永源玲莉水栗３＿?＿＿?泽造抗右郵Ｉ??麵＿１?？适？１Ｌ１????——ｉｗｗ｜?????ａ）传统冷却循环??……—丨外接Ａ￡Ｊｌ７ｋ?????？—ＬｌｉｌｄＭＩｌ????？孩造极?ｉ?—丨内芯￥＾?水?ｊ??＾?—Ｉ?＇?；?Ｕ＇￥ｉ７ｉ?％＿ｒｉｉｉｉｉｉｉＦ?ｉ！????？？?一?．．?Ｖ??．４－ｓｊ水源＾■■????ｒ￣＇ＥＥｒ￣＇￣；?＇一＃￣！??—．．．－．．．．．．．」－？Ｕａ?水?－?±－＂Ｊ?Ｌ＃－ＨＪｇｆ？＾ｇｌ??Ｉ?－＂＂ｆ?１????ｂ）?ＣＭＲ冷却循环??图２－】ＣＭＲ与传统冷却循环控制对比??由图２－１可知，ＣＭＲ技术采用单独的内循环水冷机作为动力源，内循环水冷??机自带加压水泵，冷却水加压后通过控制柜直接连接每一路模具，每路冷却水单??独电磁阀控制。冷却水流经模具后，通过总分水块直接回流至内循环水冷机。通??模具的热水在冷水机内部冷却至工艺温度，等待下一个冷却循环。水冷机有温控??功能，保证流入铸造系统的循环水温度恒定。本课题所研发使用的智能化冷却控??制系统（ＣＭＲ技术），其具备以下
山东大学硕士学位论文??杂质的污染，也能保证整个循环系统的压力，使冷却水能快速流经模具带走热量；??内循环水冷机具有自动降温功能，保证进入模具系统的水温恒定。??＿＿??［ｌ?ｉ?ｆｉＪ??图２－２参数化控制冷却??２．１．２模具设计??在活塞毛坯铸造生产中，顶朝上铸造方式由于操作方便和保证铸件自下而上??顺序凝固，是主流的机械化铸造生产方式。但为了更好的补缩，一般在壁厚较大??的顶部设置补缩冒口，造成该部位金相组织较为粗大，而冒口周围同时也是燃烧??室边缘，极易因金相粗大造成燃烧室喉口开裂［４２］，因此针对以上问题，本课题??研宄出适用于铝活塞毛坯铸造的ＣＭＲ模具。模具各部位的结构特点如下：??（１）顶模部分??如图２－３所示为ＣＭＲ顶模与ＳＴＤ顶模（即标准模具Ｓｔａｎｄａｒｄ）顶模对比，２－４??为两种顶模结构铸造的毛坯对比。该部分改变了传统的单体结构顶模，变为分??体结构，增加随行冷却，ＣＭＲ顶模结构有如下优点：??①顶模采用分体结构，并在各部分中设置冷却通道，各冷却通道单独控制，??最后补缩部位强化保温，最终实现活塞毛坯顶部区域从外至内顺序凝固；传统顶??模使用一体式结构，并采用一个冷却通道，不利于毛坯顶模的顺序凝固。??？在顶模各部分之间设置隔热和排气槽，在隔绝冷却水对另一部分的影响??的同时也兼顾增强金属型模具排气效果；传统顶模无此项结构，容易造成排气不??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]JY4000t精密挤压铸造机研发设计[J]. 郑桂云,葛树志. 铸造设备与工艺. 2019(03)
[2]金属型铸造模具涂料研究进展[J]. 闫盛青,林有希,郑开魁,范宜鹏. 热加工工艺. 2019(03)
[3]铝合金平板件铸造工艺模拟及优化[J]. 陈敏,丁旭,沈刚,孙丽华,姜月明. 热加工工艺. 2018(13)
[4]发动机活塞组件创新设计[J]. 赵世来,张治国. 汽车实用技术. 2018(12)
[5]发动机铝合金活塞铸件缺陷分析及铸造工艺改进[J]. 邬智立. 铸造. 2018(01)
[6]硼酸铝晶须增强铝硅基复合材料活塞烧蚀研究[J]. 秦朝举,张卫正,原彦鹏,宋立业. 哈尔滨工程大学学报. 2018(01)
[7]基于RobotStudio的机器人干涉区设定方法及工程应用[J]. 高建超,高海东. 汽车工艺师. 2017(09)
[8]工业机器人在活塞浇铸过程中的应用[J]. 赵淑国,董旭,刘雨奇,王巨果. 铸造设备与工艺. 2017(04)
[9]铸造CAE技术在过滤网设计过程中的应用[J]. 宋亮,苏少静,王洪涛. 中国铸造装备与技术. 2017(04)
[10]浇注系统的设计[J]. 王峰,班云峰,徐林清. 现代铸铁. 2017(02)
硕士论文
[1]重载铸造机器人路径规划研究[D]. 王兴明.安徽理工大学 2018
[2]浇铸机器人协调控制研究[D]. 贺国昂.上海应用技术大学 2016
[3]倾转重力铸造机优化设计及其浇注控制液压系统研究[D]. 彭立广.燕山大学 2013
[4]熔体处理对Al-Si和Zn-Al合金组织及性能的影响[D]. 任海涛.太原科技大学 2011
[5]典型铝合金铸件的金属型模具CAD/CAE[D]. 黄应涛.华中科技大学 2008
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