压铸与液态模锻复合成形车用空调头盖技术的研究

发布时间：2017-08-23 17:12

  本文关键词：压铸与液态模锻复合成形车用空调头盖技术的研究

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【摘要】：车用空调头盖是汽车空调内部的一个关键部件,其结构复杂,且对其中间圆筒形部位有较高的气密性要求,传统的压力铸造生产出来的产品由于常存在缩孔缩松等缺陷,导致产品合格率不高。近年来,随着计算机数值模拟技术的快速发展,使得通过模拟软件对整个压铸过程进行仿真模拟,将整个铸造过程清晰的呈现出来进而指导实际生产成为可能。通过Anycasting铸造模拟软件对原始方案压铸件的充型过程的流场、凝固过程的温度场进行模拟仿真,发现原始方案充型不稳,存在大量的涡流和卷气现象,凝固过程温度场不平衡,中间圆筒形部位和尾部厚大部位产生缩孔缩松的可能性很大;通过对原始方案压铸件中间圆筒形部位剖开发现存在大量的缩孔缩松缺陷,进而验证了数值模拟的准确性。针对原始方案压铸件存在大量的缩孔缩松缺陷的问题,对浇注系统和模具结构进行了重新设计。将两支内浇口进料改为一支浇口进料,加大两型腔的距离,采用交叉排布的模具型腔以及圆弧形横浇道,在此基础上通过Anycasting进行模拟发现:新方案下的压铸件充型过程更加平稳,涡流和卷气现象得到了很大改善,凝固过程的温度场也更加合理。进而设计了正交试验,选取影响压铸件质量的三个重要因素:浇注温度、压射速度、模具预热温度,做了三因素三水平的正交试验优化工艺参数;通过极差分析得出影响压铸件的三个关键因素由主到次依次为:浇注温度、模具预热温度、压射速度;进一步对试验结果分析得出最优方案为:浇注温度为650℃,模具预热温度为200℃,压射速度为2.5m·s-1。对每一个因素分别添加两个水平研究各因素对压铸件质量的影响规律得出了各因素对压铸件质量的影响规律。借鉴液态模锻的成形工艺特点,设计了挤压装置,对新方案压铸充型完成之后采用挤压中间圆筒形部位的液态金属,使其在压力下结晶凝固并产生少量的塑性变形,以期得到质量更好的压铸件;通过Deform有限元软件对压铸充型结束凝固过程中液态模锻塑形变形阶段进行模拟,获得了液锻成形过程中金属的流动规律,得到了液锻成形的等效应力场、等效应变场及温度场;液态模锻过程中金属的流动有利于减少缩孔缩松缺陷。根据改进后的方案进行了实际的压铸件生产试验,剖开中间圆筒形部位进行宏微观观察发现:缩孔缩松缺陷减少了很多,体现出了压铸与液态模锻复合成形的优势。
【关键词】：车用空调头盖 压铸 液态模锻 数值模拟 优化工艺参数 塑性变形
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.851;TG249.2;TG316.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.绪论10-20
• 1.1 压铸概述10-15
• 1.1.1 压铸过程中金属液体的充填形态10-13
• 1.1.2 压铸的过程13-14
• 1.1.3 压铸的优点和缺点14
• 1.1.4 压铸的应用范围14
• 1.1.5 压铸件常见的缺陷14-15
• 1.2 液态模锻概述15-19
• 1.2.1 液态模锻的工艺流程15-16
• 1.2.2 液态模锻的特点16
• 1.2.3 液态模锻过程中金属的塑性流动16-18
• 1.2.4 液态模锻工艺参数18-19
• 1.3 本课题的来源及研究意义19
• 1.4 本课题研究的主要内容19-20
• 2. 压铸数值模拟技术及液态模锻的研究20-30
• 2.1 压铸模CAE的原理20
• 2.2 压铸模CAE数学模型20-24
• 2.2.1 充型过程流场的数学模型20-23
• 2.2.2 凝固过程温度场的数学模型23-24
• 2.3 压铸数值模拟技术的发展及模拟软件24-25
• 2.4 压铸件温度场、应力场数值模拟研究现状25-26
• 2.4.1 国外温度场、应力场数值模拟研究现状25
• 2.4.2 国内温度场、应力场数值模拟研究现状25-26
• 2.5 液态模锻技术的研究现状26-27
• 2.5.1 国外液态模锻技术的研究现状26-27
• 2.5.2 国内液态模锻技术的研究现状27
• 2.6 缩孔缩松缺陷的预测27-28
• 2.6.1 缩孔、缩松缺陷的形成28
• 2.6.2 缩孔和缩松预测的判据28
• 2.7 本章小结28-30
• 3.车用空调头盖压铸成形数值模拟及缺陷预测30-45
• 3.1 车用空调头盖简介及原始方案的模具结构30-31
• 3.1.1 车用空调头盖简介30
• 3.1.2 原始方案的模具结构30-31
• 3.2 铸造模拟软件Anycasting简介31-32
• 3.3 原始方案的铸件充型和凝固过程数值模拟32-38
• 3.3.1 压铸工艺参数的确定32-34
• 3.3.2 模拟前处理及运算34-35
• 3.3.3 压铸件充型过程的流场模拟35-37
• 3.3.4 压铸件凝固过程温度场的模拟37-38
• 3.4 充型过程中的缺陷预测38-41
• 3.5 凝固过程中的缺陷预测41-42
• 3.6 Anycasting缺陷预测实验验证42-43
• 3.7 缺陷解决的办法43-44
• 3.8 本章小结44-45
• 4.浇排系统和挤压装置的设计45-57
• 4.1 浇注系统的设计45-48
• 4.1.1 内浇.的设计45-47
• 4.1.2 横浇道的设计47-48
• 4.1.3 直浇道的设计48
• 4.1.4 重新设计的浇注系统结构48
• 4.2 排溢系统的设计48-50
• 4.2.1 溢流槽的设计49
• 4.2.2 排气槽的设计49
• 4.2.3 重新设计的溢流槽和排气槽49-50
• 4.3 新的浇注系统和排溢系统结构50-51
• 4.4 挤压装置的设计51-56
• 4.4.1 液压缸的分类和工作原理51-53
• 4.4.2 单杆式活塞液压缸内径D和活塞杆直径d的计算53-55
• 4.4.3 新方案的模具结构55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 5.压铸与液态模锻复合成形车用空调头盖及缺陷预测57-80
• 5.1 新方案压铸成形数值模拟57-63
• 5.1.1 模拟前处理及运算57
• 5.1.2 压铸件充型过程的流场模拟57-58
• 5.1.3 压铸件凝固过程温度场的模拟58-59
• 5.1.4 充型过程中的缺陷预测59-61
• 5.1.5 凝固过程中的缺陷预测61-62
• 5.1.6 Anycasting对缩孔缩松缺陷的预测62-63
• 5.2 压铸工艺参数优化63-71
• 5.2.1 选择正交表64
• 5.2.2 确定试验方案64
• 5.2.3 根据确定的试验方案做试验，得出试验结果64-69
• 5.2.4 确定各因素的主次顺序69-70
• 5.2.5 优方案的确定70-71
• 5.3 各因素对压铸件质量的影响规律71-72
• 5.3.1 浇注温度对压铸件质量的影响规律71
• 5.3.2 模具预热温度对压铸件质量的影响规律71-72
• 5.3.3 压射速度对压铸件质量的影响规律72
• 5.4 Deform模拟液态模锻塑性变形阶段对压铸件的影响72-78
• 5.4.1 Deform-3D简介72-73
• 5.4.2 数值模拟前处理及运算73
• 5.4.3 液态模锻塑性变形金属的流动规律73-75
• 5.4.4 液态模锻过程中的等效应力场75-76
• 5.4.5 液态模锻过程中的等效应变场76-77
• 5.4.6 液态模锻过程中的温度场77-78
• 5.5 本章小结78-80
• 6.压铸与液态模锻复合成形件的生产试验及质量检验80-85
• 6.1 生产试验80-81
• 6.2 金相显微镜下缺陷观察81-83
• 6.3 本章小结83-85
• 7.结论与展望85-87
• 7.1 结论85-86
• 7.2 展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 胡红军;杨明波;罗静;王春欢;陈康;;ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用[J];材料科学与工艺;2006年03期

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本文编号：726266