汽车壳体类铸件的压铸工艺优化及模具设计

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在汽车零部件轻量化技术中,铝合金零件的选用一直占据着重要的地位。本课题以铝合金壳体铸件为研究对象,采用压力铸造的成型方式。利用仿真软件对压铸工艺参数作可视化模拟,并将模拟的结果与实际生产实验进行对比调校,从而达到对压铸实际生产的指导作用。本文通过以具体铝合金壳体压铸件为研究对象,揭示了壳体类铸件的压铸工艺及模具的设计方法。首先,根据铸件壁厚特征及结构形状,设计出初始的浇注及排溢系统方案。运用ProCAST软件对初始设计方案进行热力学及流体力学仿真,仿真结果发现:初始设计方案充型时铸件存在一处严重的内部卷气现象。为消除该处的卷气缺陷,在铸件的顶部添加联通四壁的溢流槽,达到了增强内部气体流通的效果。对优化后的设计方案作进一步的ProCAST仿真实验,结果显示原先严重的内部卷气缺陷已得到消除。然后,结合铸件形状及浇注方案设计了壳体的压铸模具。为了解决两处难分模区域的脱模问题,分别计算所需的抽芯力及抽芯距,并根据计算结果设计出相应的抽芯机构。通过添加模仁镶块与抽芯机构进行配合,实现了模具型腔的造型。此外,本文还研究了模具的凝固温度场,通过点冷式水道的设计,实现了对模具热平衡的改善。模具设计完成后,对上述优化后的铸造方案进行试模生产检验。将试模试验得到的铸件进行X射线探伤检测,检测结果显示有一处明显的缩松。通过对铸件缩松缺陷进行分析,发现原先的“流量法”模拟存在与实际生产不贴切的情况。“流量法”虽然能够对型腔内的金属液流动状态起到有效模拟,但是忽略了金属液从压室进入浇道前的状态,使得模拟与实际产生了误差。压铸工艺参数中的一级压射速度正是对应着金属液填充压室的阶段,由此可见“流量法”模拟存在局限性。为解决该问题,采用压室内冲头推动金属液的方法进行仿真建模,使得模拟与实际生产过程高度吻合。最后,运用改进后的仿真模型,通过ProCAST仿真软件对具体的压铸工艺参数进行正交实验。结合仿真结果对压铸工艺参数进行可视化分析,优选出的压铸工艺参数为:浇注温度650℃、一级压射速度0.2m/s、高低速切换位置320mm(冲头行程)及二级压射速度2m/s。将上述参数应用于生产试验,新的X射线探伤结果显示原缩松缺陷得到有效消除。
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