摩托车镁合金曲轴箱右盖的工艺研究

发布时间：2017-09-29 15:39

  本文关键词：摩托车镁合金曲轴箱右盖的工艺研究

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【摘要】：镁合金是目前工业应用中最轻的商用金属结构材料,具有比强度高、阻尼减振性和铸造工艺性好等特点,是当前最具潜力的轻量化材料之一。摩托车作为低廉便利的交通工具,轻量化和节能减排是其技术进步的重要方向。曲轴箱是摩托车传动系统的重要部件,一般为铝合金压铸件,用镁合金替代之不仅可以减重约1/3,而且可以利用镁合金优良的阻尼减振性能减少振动和噪声,从而提高摩托车的驾乘舒适性。本研究结合某企业镁合金曲轴箱产品开发的工程需求,以开发AZ91-1.5Si-0.4Ca镁合金材料的曲轴箱右盖压铸工艺为目标,重点开展了如下两方面的研究工作:首先,设计并制备不同壁厚的板状压铸试样,通过数值模拟获得不同壁厚板的凝固速率,采用XRF、XRD、OM、SEM/EDS、万能材料试验机等手段对其显微组织、常温及中温力学性能和断口形貌进行对比研究,探明凝固速率对压铸态AZ91-1.5Si-0.4Ca组织和性能的影响,为通过控制压铸件壁厚及凝固速率来调控其组织性能提供理论依据;然后,在对曲轴箱右盖进行工艺结构分析的基础上,根据实际生产情况并结合上述研究结果,采用正交实验和数值模拟方法,对零件的压铸工艺进行了设计和优化,并通过样件生产验证了优化后的工艺参数。主要研究结果及结论如下:(1)在压铸态AZ91-1.5Si-0.4Ca合金中,Si主要以Mg2Si的形式存在,且存在先共晶初生Mg2Si相和共晶Mg2Si两种形态;Ca主要以固溶形式存在。(2)随着压铸试样壁厚减小,凝固速率增加,两种合金的均呈现出一定的晶粒细化趋势,AZ91-1.5Si-0.4Ca中的Mg2Si相由粗大的多边形及汉字状向细小的多边形颗粒状短棒状转变。(3)当壁厚低于2.5mm时,AZ91-1.5Si-0.4Ca的中温强度高于AZ91;当壁厚低于3mm时,AZ91-1.5Si-0.4Ca的常温强度高于AZ91。(4)随着压铸试样壁厚减小,凝固速率增加,两种合金试样的常温和180oC力学性能增加,AZ91-1.5Si-0.4Ca常温和高温强度受凝固速率影响大于AZ91,伸长率受凝固速率影响则小于AZ91;而且在等凝固速率条件下,AZ91-1.5Si-0.4Ca的常温和中温伸长率低于AZ91,断裂形式更倾向于与脆性断裂。(5)当凝固速率大于等于29.2741时,可保证Mg2Si相以细小的多边形颗粒状短棒状分布,提高合金的常温和高温力学性能。(6)在曲轴箱右盖的压铸工艺数值模拟中,慢射速度越大,充型时间越短,金属液越不平稳,易造成卷气、夹杂等缺陷;模具温度越高,凝固时间越长;慢压射速度越大,凝固速率越大。慢、快压射速度,浇注温度和模具温度四个因素对压铸缺陷的影响程度相近,缺陷出现在薄厚壁相连的厚壁处。(7)通过调控压铸工艺参数难以获得需要的凝固速率,对曲轴箱右盖螺纹孔处添加水冷管道,能够提高螺纹孔及其附近壳体的凝固速率,达到改善该处凝固组织,提高产品质量的目的。
【关键词】：AZ91-1.5Si-0.4Ca 压铸 凝固速率 曲轴箱右盖 数值模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U483
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 引言9-10
• 1.2 镁合金的特点10-11
• 1.3 镁合金件的应用与发展11-14
• 1.4 摩托车用镁合金曲轴箱盖研究现状14-15
• 1.5 中温镁合金研究与进展15-18
• 1.5.1 镁合金强化途径15
• 1.5.2 添加元素对镁合金中温性能的影响15-18
• 1.6 压铸过程数值模拟研究现状及发展18-19
• 1.6.1 压铸模拟主要内容18
• 1.6.2 压铸数值模拟研究与应用现状18-19
• 1.7 课题研究内容、目的及意义19-22
• 2.实验方法与分析测试手段22-30
• 2.1 实验方案22-23
• 2.2 实验合金23-24
• 2.3 合金的制备24-27
• 2.3.1 压铸试样及其数值模拟24-25
• 2.3.2 合金原材料25
• 2.3.3 合金熔炼及压铸25-27
• 2.4 性能测试27-28
• 2.5 微观分析28-29
• 2.5.1 合金成分分析28
• 2.5.2 显微组织分析28
• 2.5.3 X射线衍射分析28
• 2.5.4 拉伸断口分析28-29
• 2.6 曲轴箱右盖数值模拟及优化29
• 2.7 样件试生产29
• 2.8 本章小结29-30
• 3 凝固速率对合金组织和性能的影响30-43
• 3.1 数值模拟结果30
• 3.2 合金成分30-31
• 3.3 显微组织31-36
• 3.3.1 光学显微组织31-32
• 3.3.2 XRD结果32-33
• 3.3.3 SEM和EDS结果33-36
• 3.4 拉伸试验结果与分析36-39
• 3.5 结果及讨论39-41
• 3.6 本章小结41-43
• 4 曲轴箱右盖数值模拟及优化43-59
• 4.1 曲轴箱右盖结构分析43-44
• 4.2 数学模型建立44-46
• 4.2.1 压铸充型过程的数值模拟44-45
• 4.2.2 压铸凝固过程的数值模拟45
• 4.2.3 压铸凝固过程的缩孔缩松预测45-46
• 4.3 模拟前处理和工艺参数设置46-47
• 4.3.1 模拟前处理46
• 4.3.2 工艺参数设置46-47
• 4.4 模拟计算47
• 4.5 数值模拟及结果分析47-54
• 4.5.1 充型过程数值模拟48-50
• 4.5.2 凝固过程数值模拟50-53
• 4.5.3 正交实验结果处理53-54
• 4.6 优化方案54-57
• 4.7 本章小结57-59
• 5 样件试生产59-61
• 6 结论61-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-70
• 附录 A. 作者在攻读硕士期间发表的论文目录70

【参考文献】

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本文编号：942844