大型铝合金油底壳低压铸造数值模拟工艺研究及模具设计优化

发布时间：2020-09-11 10:26

　　进入21世纪的现代社会,对汽车轮船轻量化节能化和环保化要求越来越高,而低压铸造由于其生产出的铸件缺陷少,组织致密度高等优点被广泛应用于汽车,航空,航海等领域。从被大量使用到现在的理论和技术趋向成熟低压铸造法已经走过了30多年,发展过程中已经逐渐确立在铝合金铸造工艺的主体地位之一,尤其是在汽车零部件中的缸体和壳体中的影响作用巨大,今后会得到进一步的研究和推广,取代一些粗糙简陋的生产工艺。它主要是通过在金属液表面施加压力后,使金属液克服重力进入型腔,相对与重力铸造和压力铸造,低压铸造过程中金属液流动更为平稳,无紊流。当金属液充满型腔后,迅速加大液面压力,是铸件在较大的压力下结晶凝固,从而获得组织致密的铸件。因此对铝合金材料和油底壳低压铸造进行研究具有重要的意义,对汽车工业的发展也同样具有一定的参考价值。本文依托重庆高金实业有限公司,对油底壳进行低压铸造成型进行研究,其材料为A356合金。如何进行模具设计和工艺优化才能使生产出的铸件具有良好的表面特性和机械性能是本文主要的研究方向。本文采用目前主流的CAD/CAE一体化的技术,对油底壳进行三维造型和模具设计工作,之后运用Anycasting对铸件的充型凝固过程进行数值模拟仿真,进行缺陷预测判断,然后根据这些判断进行模具和工艺优化,最后在模具和工艺优化的基础上进行实际生产操作,验证优化成果。这样就实现了铸造工艺与计算机技术的结合,提高了低压铸造模具的开发效率,同时降低了铸件的废品率。(1)根据低压铸造机的各项性能,确定了合理的低压铸造模具的结构。结合油底壳铸件产品本身的生产质量要求以及本身的结构特点,对油底壳低压铸造模具进行详细的模具设计,包括:浇口设计,浇注系统设计,冷却系统设计,排气系统设计,砂型系统设计,顶住机构及其他系统设计。之后应用三维造型软件UG对模具整体进行实体造型。(2)根据油底壳低压铸造参数计算方法和油底壳结构特点,确定了合理的升液压力和速度,浇注金属液的温度,模具预热温度,金属液流动的速度和保压的时间和压力等主要铸造参数。之后将油底壳低压铸造模具和铸件以STL的格式导入Anycasting中,设置浇注工艺参数,进行充型凝固过程模拟。然后在根据残余熔体模数的判据进行铸件缺陷预测,包括缩孔缩松预测,裂纹孔洞预测等。最后在模拟计算基础上进行实际的开模试模生产验证试验,在试验过程中发现,实际出现的缺陷与模拟结果基本一致,从而验证了模拟计算的可靠性,并根据分析这些缺陷的数据,提出优化方案。(3)依次进行模具优化和最佳工艺参数优化工作。根据缺陷产生的机理和位置,对模具进行局部修模,排气系统和溢流系统的优化,优化后重新进行三维造型,之后导入Anycasting中进行验证试验,试验结果表面模具优化达到了一定的减少缺陷的效果;之后运用正交试验的方法,在运用计算机模拟的基础上,详细的分析了充型速度,浇注温度和模具温度对铸件质量的影响趋势,得出铸件在充型速度为10cm/s,浇注温度为650℃和模具温度为200℃的时候铸件质量最为良好,即此时的参数值为最佳的工艺参数值。(4)完成模具修整,实际进行铸件生产。在最佳工艺参数的基础上,调试低压铸造工艺的压力曲线,确保金属液在每阶段的流动速度达到最佳效果,在经过①充上涂料,准备模具、安装②熔解、除渣、除气、保持炉给汤③铸造作业④装浇口滤渣网⑤装砂芯⑥吹空气⑦合模⑧加压⑨凝固,开模取出产品的步骤后,得到最终的铸件,并对铸件进行质量检测,看是否达到预期效果。结果表面经过模具和工艺优化后,铸件质量符合生产要求,得到了预期效果。可投入批量生产。
【学位单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TG292

【参考文献】