铝合金缸体压铸工艺模拟优化与模具设计

发布时间：2017-12-10 14:17

  本文关键词：铝合金缸体压铸工艺模拟优化与模具设计

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【摘要】：本文以某发电装置上的发动机铝合金缸体压铸件为研究对象,对该缸体压铸件实际存在的铸造缺陷进行分析,利用铸造模拟软件MAGMA soft对其压铸充型和凝固过程进行模拟研究,分析现行压铸工艺存在的问题,提出相应的改进方向；通过正交试验模拟方法,对重要的压铸工艺参数进行优化；将优化后的工艺用于实际生产,并与工艺优化前铸件存在的缺陷进行对比分析,验证工艺优化对铸件质量的影响；利用NX8.0三维造型软件设计该缸体的压铸模具。该铝合金缸体压铸件目前存在的主要缺陷是：缸体中轴孔周围的油道处及距缸套内壁一定厚度的铸件内部存在直径1-2mm的缩孔；缸口密封面加工后有气孔和氧化夹渣；部分缸体铸件耐压性测试(0.52MPa)时中轴孔区域的油道处出现漏气现象。采用现行压铸工艺对缸体压铸件的充型和凝固过程进行模拟,结果显示：缸体中轴孔处充型过程中存在紊流卷气现象,凝固过程中补缩通道不畅通,产生缩孔缩松缺陷的倾向大,组织致密度较低,实际铸件此位置周围存在缩孔和缩松缺陷,耐压性测试时漏气；缸口两侧充型过程中排气不通畅,边缘部位与空气接触时间较长,产生氧化夹渣缺陷的可能性大,实际缸体铸件的缸口面在加工后出现气孔及氧化夹渣缺陷；冲头慢／快压射距离点位于内浇口之前、内浇口处模具有冲蚀现象。通过分析,给出了工艺改进建议：(1)增加缸体中轴孔区域及气缸附近的冷却循环水道的直径,并适当调整浇注温度和模具温度,以提高补缩效果；(2)适度增大缸口外侧7处排气通道的厚度,改善排气状况；(3)适当延长缸体在压铸过程中的留模时间；(4)适当调整冲头快压射速度；(5)调整冲头慢／快压射转换点位置。通过正交试验模拟方法,对四个重要的压铸工艺参数“冲头快压射速度”、“浇注温度”、“冲头慢／快压射转换点”和“模具预热温度”进行了模拟优化分析,确定了三个考核指标：一是缸体中轴孔及其附近油道区域在充型结束时的压力分布可反映压射压力的有效传递情况,进而反映凝固后的组织致密度,压力越大,表明压射压力可有效传递到该部位,金属液补缩效果好,凝固后组织致密度高；二是凝固时间,在保证铸件质量的前提下,凝固时间越短,生产效率越高；三是缺陷得分,对铸件模拟结果中缩孔缩松的缺陷程度按照1-10分进行评分,分数越高表明铸件产生缩松缩孔缺陷的倾向越小。结果显示：(1)工艺参数对缸体中轴孔及其附近区域压力分布影响从强到弱依次为冲头快压射速度、模具预热温度、浇注温度和冲头慢／快压射转换点。随着冲头快压射速度和浇注温度的增加,该部位压力值增大；随着模具预热温度的增加,缸体该部位压力值先减小后增大；冲头慢／快压射转换点对该部位压力值影响很小。(2)工艺参数对凝固时间的影响从强到弱依次为模具预热温度、冲头快压射速度、冲头慢／快压射转换点和浇注温度。随着冲头慢/快压射转换点的前移,模具预热温度、浇注温度和冲头快压射速度的降低,凝固时间缩短。(3)工艺参数对铸件缺陷的影响程度从强到弱依次为冲头快压射速度、浇注温度、冲头慢／快压射转换点、模具预热温度。随着冲头快压射速度的增加,铸件缺陷得分值先增加后降低,在冲头快压射速度为3m/s时缺陷得分最高,铸件缺陷程度最小；随着浇注温度的降低,铸件缺陷得分逐渐增加,即铸件缺陷程度小；随着模具预热温度的增加,铸件缺陷得分基本保持不变但略有增加；随着冲头慢/快压射转换点位置的变化,铸件缺陷得分总体变化不大。根据冲头快压射速度A、浇注温度B、冲头慢/快压射转换点C、模具预热温度D四个工艺参数对三个考核指标的影响规律,以及优先考虑铸件缺陷情况,最终选择的较优试验水平为A281C3D2,即冲头快压射速度3m/s,浇注温度635℃,冲头压射高低速转换点为580mm,模具预热温度200℃。采用优化工艺,对缸体压铸件的充型和凝固过程进行模拟,结果显示：模具内浇口附近冲蚀程度大幅减轻；缸口区域与空气接触时间缩短,产生氧化夹渣的倾向减小；缸体中轴孔区域无明显收缩缺陷,气缸区域仍存在收缩缺陷,但缺陷程度明显降低；在压射压力相同的情况下,铸件充型结束时各部位金属液压力明显增加,说明压射压力得到有效传递。按照优化后的工艺方案实际试生产,缸体中轴孔区域无缩松、缩孔缺陷,气缸内壁区域产生的缩松、缩孔缺陷程度明显减轻；缸口加工面气孔和氧化夹渣缺陷减少,缸体铸件打压测试时未出现漏气现象。按照改进后的缸体压铸工艺方案进行模具结构设计,包括模具成形部分设计、模架设计、侧向抽芯机构设计、顶出复位机构设计、模具厚度核算、动模座板行程校核、最小合模距离与最大开模距离校核、模具最大外形轮廓校核。利用NX8.0三维造型软件进行零件的三维造型和模具装配。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG249.2;TG241

【参考文献】

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本文编号：1274771