基于ProCAST的板栅压铸工艺与模具结构优化研究

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本文以武汉某电源公司正在生产的蓄电池主要部件,含锑量为4.2%的铅锑合金板栅为研究对象。针对板栅存在的粘模,断筋,裂纹等缺陷导致产品的合格率较低。经过对模具抛光处理基本上解决了粘模,断筋和铸件变形的问题。但板栅横梁部位的裂纹缺陷仍是影响产品质量的核心问题。  本文分析了压铸生产工艺中模具结构形式,合金的成型性质以及生产工艺参数等对铸件缺陷的影响。在不改变合金成分的前提下,研究并提出了在合理的范围内微调工艺参数和改变模具冷却系统结构来降低合金热裂纹倾向的建议。通过ProCAST进行工艺模拟分析,调整、确定相关参数和模具冷却系统结构,提出了压铸工艺过程中各种因素综合控制方法,以此确定最佳的工艺条件,降低铸件热裂纹倾向,提高铸件质量和生产效率。  在简要阐述铸造数值模拟技术的基本原理基础上,介绍了ProCAST软件通过有限元方法建立的充型和凝固数学、物理模型,进行有限元离散求解,以及热裂纹缺陷的判定问题。  为了解决ProCAST与三维设计软件UG接口问题,引入了Geomesh。通过Geomesh在网格划分前进行CAD几何模型交叉面、裂口、重叠面、小边等自动清理,不仅节省了在MeshCADT中修改模型的时间,而且使后期面网格模型的装配也变得简单快捷。有效的解决了复杂几何模型到有限元模型的数据传递问题。  热物性参数对数值模拟起到至关重要的作用,由于ProCAST材料参数数据库中没有铅锑合金的资料,本文通过查阅相关手册和资料建立了符合锑含量为4.2%的铅锑合金的热物性参数数据库,铸件与铸型换热系数数据库。  在原有工艺参数的基础上,通过对板栅铸件数值模拟结果分析,预测充型模拟过程中产生热裂纹的部位。实际浇注与模拟结果基本吻合,证实了ProCAST在进行板栅数值模拟的可靠性,为模具结构的优化和工艺参数的调整提供了科学的指导。  根据铸件凝固规律,提出工艺改进意见,优化冷却系统的结构形式,再次进行计算机数值模拟分析。分析讨论模拟结果,提出质量综合控制管理方案,在实际生产中检验结果的正确性。经生产实践验证,本研究极大地缩短了工艺调整时间,降低了铸件产生裂纹的可能性。使板栅产品的合格率由原来的80%提升到98%,显著地降低了生产成本。
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