基于数值模拟的转向器阀壳体压铸模具结构及工艺优化

发布时间：2017-08-18 04:26

  本文关键词：基于数值模拟的转向器阀壳体压铸模具结构及工艺优化

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【摘要】：转向器阀壳体是汽车转向系统中的一个关键部件,对产品表面质量和力学强度有很高的要求。本课题针对某公司生产的阀壳体存在较多的缩孔、缩松、气孔等缺陷,成品合格率低的问题,通过铸造模拟软件AnyCasting对压铸充型和凝固过程的模拟来辅助优化模具结构和压铸工艺参数,以达到改善阀壳体铸件的质量,提高产品合格率的目的。对原始方案下压铸件的充型过程中的流场和凝固过程中的温度场进行数值模拟,发现原始方案充型不平稳,存在大量的卷气和涡流现象,凝固过程温度场分布不均衡,最后凝固部位和壁厚处出现缩孔缩松的概率大,通过对原始方案生产出来的铸件的典型截面进行观察,发现存在大量的缩孔缩松缺陷,验证了数值模拟的准确性。以数值模拟结果为依据,对原始模具结构进行了优化,主要通过改进进料方式和流道尺寸来改善充型过程中的涡流现象;通过增设排气槽,增大内浇口的厚度来改善充型过程中的卷气现象;通过增设冷却水道和局部冷却装置改善模具内部的温度场分布,降低凝固所需时间,提高实际生产效率。设计了以浇注温度、压射速度、模具预热温度为影响铸件质量的因素的正交试验,并通过分析模拟结果,得出最佳压铸工艺参数为浇注温度610℃,压射速度1.2m/s,模具预热温度170℃。分析极差得出对铸件质量的影响程度由大到小为:浇注温度、模具预热温度、压射速度。针对每个影响因素增加两组水平模拟试验,得出3个工艺参数对铸件质量的影响规律。对优化模具结构和工艺参数后的铸件进行实际生产,并与原始方案生产出的铸件典型截面进行对比观察,结果表明新方案下,铸件内部的缩孔缩松缺陷和卷气现象有了很大的改善,提高了阀壳体铸件的质量,从而将模拟理论研究用于指导铸造的实际生产过程中,可以为类似铝合金压铸产品的生产提供参考。
【关键词】：转向器阀壳体 压铸 数值模拟 模具结构优化 工艺参数优化
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.43;TG249.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 压铸的特点及发展10-11
• 1.1.1 压铸概述10-11
• 1.2 铝合金应用现状11-13
• 1.2.1 压铸铝合金的特性11-12
• 1.2.2 在汽车工业领域的应用现状12-13
• 1.3 压力铸造数值模拟理论的发展13-17
• 1.3.1 压铸充型凝固过程数值模拟发展现状13-15
• 1.3.2 压铸模拟仿真发展趋势15-16
• 1.3.3 铸件模拟软件的发展16-17
• 1.4 本课题的研究内容和工程意义17-20
• 1.4.1 本课题的研究内容17
• 1.4.2 课题研究背景及工程意义17-20
• 2 数值模拟理论介绍20-28
• 2.1 数值模拟方法20-21
• 2.1.1 有限差分法（FDM）20
• 2.1.2 有限元法（FEM）20-21
• 2.2 铸造过程中的数值模拟理论基础21-25
• 2.2.1 铸造充型过程的数值模拟理论基础21-24
• 2.2.2 铸造凝固过程的数值模拟理论基础24-25
• 2.3 缩孔缩松缺陷预测理论25-26
• 2.3.1 缩孔、缩松形成机理25
• 2.3.2 缩孔、缩松预测的判据25-26
• 2.4 小结26-28
• 3.铸造模拟软件Anycasting介绍28-32
• 3.1 Anycasting软件简介28
• 3.2 Anycasting软件特点28
• 3.3 Anycasting的组成模块及介绍28-30
• 3.4 Anycasting模拟仿真基本路线30-31
• 3.5 小结31-32
• 4 转向器阀壳体的缺陷分析及数值模拟验证32-54
• 4.1 阀壳体铸件简介32-36
• 4.1.1 阀壳体介绍及技术要求32
• 4.1.2 阀壳体结构和工艺分析32-33
• 4.1.3 阀壳体材质分析33-36
• 4.2 铸件的缺陷分析36-37
• 4.3 原始方案铸件成型的数值模拟37-46
• 4.3.1 压铸工艺参数的设定38-40
• 4.3.2 模拟前处理及运算40-42
• 4.3.3 压铸件充型过程中的数值模拟42-44
• 4.3.4 压铸件凝固过程中的数值模拟44-46
• 4.4 缺陷预测46-52
• 4.4.1 缺陷预测的方法46-47
• 4.4.2 充型过程中的缺陷预测47-49
• 4.4.3 凝固过程中的缺陷预测49-50
• 4.4.4 缩孔缩松的预测50-52
• 4.5 缺陷解决的办法52
• 4.6 本章小结52-54
• 5 模具结构的优化54-72
• 5.1 浇注系统的优化54-58
• 5.1.1 直浇道的优化设计54-55
• 5.1.2 横浇道的优化设计55-56
• 5.1.3 内浇口的优化设计56-57
• 5.1.4 优化后的浇注系统结构57-58
• 5.2 排溢系统的设计58-59
• 5.2.1 排溢系统的组成及作用58
• 5.2.2 溢流槽的设计要点58-59
• 5.2.3 排气槽的设计要点59
• 5.2.4 重新设计的溢流槽和排气槽59
• 5.3 新方案的浇注系统和排溢系统结构59-60
• 5.4 冷却系统的优化60-63
• 5.4.1 模具冷却的方法及特点60-61
• 5.4.2 冷却水道设计的注意事项61-62
• 5.4.3 冷却水道的参数设置62
• 5.4.4 模具中间接冷却的设计62-63
• 5.5 新方案的压铸成型数值模拟63-70
• 5.5.1 模拟前处理及运算63
• 5.5.2 新方案充型过程的流场模拟63-65
• 5.5.3 新方案凝固过程中的温度场模拟65-66
• 5.5.4 新方案充型过程中的缺陷预测66-68
• 5.5.5 新方案凝固过程中的缺陷预测68-69
• 5.5.6 应用Anycasting对缩孔缩松缺陷的预测69-70
• 5.6 总结70-72
• 6 铝合金阀壳体压铸工艺参数的优化72-86
• 6.1 主要压铸工艺参数的介绍72-74
• 6.2 正交试验设计74-77
• 6.3 模拟结果分析77-79
• 6.4 各工艺参数对阀壳体铸件质量的影响规律79-81
• 6.4.1 浇注温度对阀壳体铸件质量的影响规律79
• 6.4.2 压射速度对阀壳体铸件质量的影响规律79-80
• 6.4.3 模具预热温度对阀壳体铸件质量的影响规律80-81
• 6.5 对最佳工艺参数下铸件的模拟分析81-85
• 6.6 总结85-86
• 7 压铸件生产试验验证86-94
• 7.1 压铸件生产验证86-88
• 7.2 金相显微镜下缺陷观察88-91
• 7.3 硬度试验91-92
• 7.4 小结92-94
• 8 结论与展望94-96
• 8.1 结论94
• 8.2 展望94-96
• 致谢96-98
• 参考文献98-102
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果102

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本文编号：692691