汽车发动机铝合金缸体压铸工艺及数值模拟

发布时间：2017-04-19 23:00

  本文关键词：汽车发动机铝合金缸体压铸工艺及数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着目前环保意识的不断增强,以及石油能源的不可再生,为了应对环境污染、燃油供求矛盾和降低燃料消耗等一系列问题,要求汽车铸件不仅要有很强的韧性,而且要有较轻的质量,以及绿色环保等特性。缸体是发动机的核心部件,在生产时使用铝合金,可以减轻其重量,最终达到减轻整辆车重量的目的。对于发动机缸体的生产,目前有主要的三种铸造工艺:重力铸造、低压铸造以及压力铸造。而在这三种工艺中,相比低压及重力铸造,压力铸造技术不仅生产率较高,而且能生产出各种形状复杂的铝镁合金产品,铸件的精度、强度和表面硬度都比较高,已经广泛应用到汽车、航空航天、电子及其他行业当中。因此,本课题采用压力铸造技术进行研究。发动机缸体的工艺特点是:形状结构复杂;加工的平面、孔较多;加工精度要求高而且壁厚不均,属于非常典型的箱体类加工零件。本文结合压力铸造与缸体自身的特点,对发动机缸体进行结构分析、铸造工艺设计、压力铸造参数设置以及对其工艺验证进行研究。主要包括:对铸件的浇注系统、充型过程、凝固过程进行数值模拟,预测可能产生的铸造缺陷,从而确定合理的工艺方案等内容。本课题依据压力铸造充型过程与凝固过程的基本理论,首先将缸体模型导入铸造模拟软件中,然后设计正交实验的方法对铸件进行压力铸造工艺优化设计。在对铸件进行模拟时,先对铸件模型进行网格划分,设计不同内浇口截面积,研究对铸件缩孔缩松产生的影响,确定最佳的内浇口截面积,再设计正交实验对铸件模拟分析,并对可能产生铸造缺陷的位置进行预测,之后对所得结果进行数学极差分析与方差分析,通过相应的计算分析,获得最佳的压铸工艺参数,最终确定发动机缸体成型工艺的模拟优化方案,即:内浇口面积为6.5x103mm2,压射速度为6m/s,金属液浇注温度为680℃,模具预热温度为240℃。
【关键词】：发动机缸体 压力铸造 数值模拟 工艺优化
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464;TG249.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 压铸技术概论10-12
• 1.1.1 压铸技术的国内外发展10-11
• 1.1.2 压铸的工艺特点11-12
• 1.2 发动机铝合金缸体国内外的发展状况12-14
• 1.2.1 铝合金简介12
• 1.2.2 发动机铝合金缸体的国内外发展状况12-14
• 1.3 数值模拟在压铸中的应用14-15
• 1.3.1 铸造过程数值模拟的内涵14
• 1.3.2 铸造模拟技术存在的问题14-15
• 1.4 课题来源及目的15-16
• 1.5 课题的主要研究内容16-17
• 2 高强韧铸造铝合金性能研究17-27
• 2.1 确定合理的熔炼工艺17-20
• 2.1.1 熔炼工艺17-18
• 2.1.2 熔炼时主要事项18-20
• 2.2 合金化方案及结果20-22
• 2.2.1 合金元素及其作用20-21
• 2.2.2 实验结果分析21-22
• 2.3 铝合金的熔体处理22-24
• 2.3.1 细化处理实验方法22-23
• 2.3.2 变质处理实验方法23
• 2.3.3 精炼处理实验方法23-24
• 2.4 铝合金的热处理工艺24-26
• 2.4.1 热处理方法24-25
• 2.4.2 热处理实验及结果分析25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 压铸数值模拟技术的理论基础27-38
• 3.1 铸件充型过程数值模拟理论基础27-32
• 3.1.1 铸件充型过程数值模拟常用方法27
• 3.1.2 有SOLA-VOF数学模型27-29
• 3.1.3 连续性方程和N-S方程的离散29-30
• 3.1.4 用SOLA法求解速度场和压力场30-31
• 3.1.5 自由表面的处理31
• 3.1.6 k-ε双方程紊流模型[30-31]31-32
• 3.2 铸件凝固过程数值模拟理论基础32-36
• 3.2.1 铸件凝固过程的传热学基础32-34
• 3.2.2 铸件凝固过程温度场计算数学模型[36]34-35
• 3.2.3 导热过程的定解条件35-36
• 3.2.4 压铸凝固过程缩孔缩松的预测36
• 3.3 MAGMAsoft软件简介36-38
• 4 铝合金缸体数值模拟工艺参数的选择38-49
• 4.1 发动机缸体的几何模型简介38
• 4.2 压铸机的选择38-41
• 4.3 速度参数及其选择41-43
• 4.3.1 压射速度对充填速度的影响41-42
• 4.3.2 充填速度的选用42-43
• 4.4 充填时间参数及其选择43-44
• 4.5 温度参数及其选择44-45
• 4.5.1 金属液浇注温度44
• 4.5.2 模具预热温度44-45
• 4.6 内浇口设计45-47
• 4.6.1 内浇口的位置45-46
• 4.6.2 内浇口的截面积46-47
• 4.7 本章小结47-49
• 5 铝合金缸体压铸方案的数值模拟49-59
• 5.1 模拟前处理49-50
• 5.2 不同内浇口截面积对模拟结果的影响50-53
• 5.2.1 设计不同大小的内浇口截面积50-52
• 5.2.2 内浇口截面积对铸件缺陷形成的影响52-53
• 5.3 模拟实验设计方案53-55
• 5.3.1 正交实验方法53
• 5.3.2 压铸工艺参数水平的确定53-55
• 5.4 实验结果及数据分析55-58
• 5.4.1 模拟结果的极差分析55-57
• 5.4.2 模拟结果的方差分析57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 总结59-60
• 展望60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士期间取得学术成果65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

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本文编号：317307