本文關(guān)鍵詞：鋁合金缸體壓鑄工藝模擬優(yōu)化與模具設(shè)計(jì)

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【摘要】：本文以某發(fā)電裝置上的發(fā)動機(jī)鋁合金缸體壓鑄件為研究對象,對該缸體壓鑄件實(shí)際存在的鑄造缺陷進(jìn)行分析,利用鑄造模擬軟件MAGMA soft對其壓鑄充型和凝固過程進(jìn)行模擬研究,分析現(xiàn)行壓鑄工藝存在的問題,提出相應(yīng)的改進(jìn)方向；通過正交試驗(yàn)?zāi)M方法,對重要的壓鑄工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；將優(yōu)化后的工藝用于實(shí)際生產(chǎn),并與工藝優(yōu)化前鑄件存在的缺陷進(jìn)行對比分析,驗(yàn)證工藝優(yōu)化對鑄件質(zhì)量的影響；利用NX8.0三維造型軟件設(shè)計(jì)該缸體的壓鑄模具。該鋁合金缸體壓鑄件目前存在的主要缺陷是：缸體中軸孔周圍的油道處及距缸套內(nèi)壁一定厚度的鑄件內(nèi)部存在直徑1-2mm的縮孔；缸口密封面加工后有氣孔和氧化夾渣；部分缸體鑄件耐壓性測試(0.52MPa)時中軸孔區(qū)域的油道處出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。采用現(xiàn)行壓鑄工藝對缸體壓鑄件的充型和凝固過程進(jìn)行模擬,結(jié)果顯示：缸體中軸孔處充型過程中存在紊流卷氣現(xiàn)象,凝固過程中補(bǔ)縮通道不暢通,產(chǎn)生縮孔縮松缺陷的傾向大,組織致密度較低,實(shí)際鑄件此位置周圍存在縮孔和縮松缺陷,耐壓性測試時漏氣；缸口兩側(cè)充型過程中排氣不通暢,邊緣部位與空氣接觸時間較長,產(chǎn)生氧化夾渣缺陷的可能性大,實(shí)際缸體鑄件的缸口面在加工后出現(xiàn)氣孔及氧化夾渣缺陷；沖頭慢／快壓射距離點(diǎn)位于內(nèi)澆口之前、內(nèi)澆口處模具有沖蝕現(xiàn)象。通過分析,給出了工藝改進(jìn)建議：(1)增加缸體中軸孔區(qū)域及氣缸附近的冷卻循環(huán)水道的直徑,并適當(dāng)調(diào)整澆注溫度和模具溫度,以提高補(bǔ)縮效果；(2)適度增大缸口外側(cè)7處排氣通道的厚度,改善排氣狀況；(3)適當(dāng)延長缸體在壓鑄過程中的留模時間；(4)適當(dāng)調(diào)整沖頭快壓射速度；(5)調(diào)整沖頭慢／快壓射轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置。通過正交試驗(yàn)?zāi)M方法,對四個重要的壓鑄工藝參數(shù)“沖頭快壓射速度”、“澆注溫度”、“沖頭慢／快壓射轉(zhuǎn)換點(diǎn)”和“模具預(yù)熱溫度”進(jìn)行了模擬優(yōu)化分析,確定了三個考核指標(biāo)：一是缸體中軸孔及其附近油道區(qū)域在充型結(jié)束時的壓力分布可反映壓射壓力的有效傳遞情況,進(jìn)而反映凝固后的組織致密度,壓力越大,表明壓射壓力可有效傳遞到該部位,金屬液補(bǔ)縮效果好,凝固后組織致密度高；二是凝固時間,在保證鑄件質(zhì)量的前提下,凝固時間越短,生產(chǎn)效率越高；三是缺陷得分,對鑄件模擬結(jié)果中縮孔縮松的缺陷程度按照1-10分進(jìn)行評分,分?jǐn)?shù)越高表明鑄件產(chǎn)生縮松縮孔缺陷的傾向越小。結(jié)果顯示：(1)工藝參數(shù)對缸體中軸孔及其附近區(qū)域壓力分布影響從強(qiáng)到弱依次為沖頭快壓射速度、模具預(yù)熱溫度、澆注溫度和沖頭慢／快壓射轉(zhuǎn)換點(diǎn)。隨著沖頭快壓射速度和澆注溫度的增加,該部位壓力值增大；隨著模具預(yù)熱溫度的增加,缸體該部位壓力值先減小后增大；沖頭慢／快壓射轉(zhuǎn)換點(diǎn)對該部位壓力值影響很小。(2)工藝參數(shù)對凝固時間的影響從強(qiáng)到弱依次為模具預(yù)熱溫度、沖頭快壓射速度、沖頭慢／快壓射轉(zhuǎn)換點(diǎn)和澆注溫度。隨著沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點(diǎn)的前移,模具預(yù)熱溫度、澆注溫度和沖頭快壓射速度的降低,凝固時間縮短。(3)工藝參數(shù)對鑄件缺陷的影響程度從強(qiáng)到弱依次為沖頭快壓射速度、澆注溫度、沖頭慢／快壓射轉(zhuǎn)換點(diǎn)、模具預(yù)熱溫度。隨著沖頭快壓射速度的增加,鑄件缺陷得分值先增加后降低,在沖頭快壓射速度為3m/s時缺陷得分最高,鑄件缺陷程度最��；隨著澆注溫度的降低,鑄件缺陷得分逐漸增加,即鑄件缺陷程度��；隨著模具預(yù)熱溫度的增加,鑄件缺陷得分基本保持不變但略有增加；隨著沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置的變化,鑄件缺陷得分總體變化不大。根據(jù)沖頭快壓射速度A、澆注溫度B、沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點(diǎn)C、模具預(yù)熱溫度D四個工藝參數(shù)對三個考核指標(biāo)的影響規(guī)律,以及優(yōu)先考慮鑄件缺陷情況,最終選擇的較優(yōu)試驗(yàn)水平為A281C3D2,即沖頭快壓射速度3m/s,澆注溫度635℃,沖頭壓射高低速轉(zhuǎn)換點(diǎn)為580mm,模具預(yù)熱溫度200℃。采用優(yōu)化工藝,對缸體壓鑄件的充型和凝固過程進(jìn)行模擬,結(jié)果顯示：模具內(nèi)澆口附近沖蝕程度大幅減輕；缸口區(qū)域與空氣接觸時間縮短,產(chǎn)生氧化夾渣的傾向減��；缸體中軸孔區(qū)域無明顯收縮缺陷,氣缸區(qū)域仍存在收縮缺陷,但缺陷程度明顯降低；在壓射壓力相同的情況下,鑄件充型結(jié)束時各部位金屬液壓力明顯增加,說明壓射壓力得到有效傳遞。按照優(yōu)化后的工藝方案實(shí)際試生產(chǎn),缸體中軸孔區(qū)域無縮松、縮孔缺陷,氣缸內(nèi)壁區(qū)域產(chǎn)生的縮松、縮孔缺陷程度明顯減輕；缸口加工面氣孔和氧化夾渣缺陷減少,缸體鑄件打壓測試時未出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。按照改進(jìn)后的缸體壓鑄工藝方案進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括模具成形部分設(shè)計(jì)、模架設(shè)計(jì)、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、頂出復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具厚度核算、動模座板行程校核、最小合模距離與最大開模距離校核、模具最大外形輪廓校核。利用NX8.0三維造型軟件進(jìn)行零件的三維造型和模具裝配。
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG249.2;TG241

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：1274771