摩托车缸体用铝液净化及压铸工艺参数优化

摘要

摩托车汽缸体作为发动机的核心部件，其产品质量要求很高。目前应用于摩托车的汽缸体通常采用铝合金缸体镶铸铸铁缸套来制造。相比于全合金铸铁汽缸体，质量减轻，发动机推重比增加，油耗减少，散热性增强。铝合金缸体铸件因采用压力铸造，显著提高生产效率。但因为铝合金熔体中常存有气体和夹杂物等，压力铸造过程中，合金液流动充型速度快，铸件凝固速度快，如果精炼工艺选择不合理，压铸工艺参数设置不当，容易导致铸件中产生气孔、缩孔缩松、夹渣等铸造缺陷。这些缺陷常造成缸体渗漏和缸体端面孔洞问题，严重影响产品质量或使产品报废。本文通过分析缸体渗漏和缸体端面孔洞产生的原因，分别研究了精炼工艺和压铸工艺参数对缸体孔洞缺陷的影响。
　　本文在原始精炼工艺（无毒精炼剂+熔剂联合精炼）的基础上，对精炼吹气装置做了改进，将钟罩装置(孔径12～13mm)改为多孔喷头吹气装置(孔径为4.2mm)，并设计了两种新的精炼工艺方案:氮气+熔剂联合精炼和氮气喷粉精炼。通过分析对比三种精炼方案精炼前后试样表面光洁度和试样针孔度等级，研究了不同精炼工艺对缸体针孔缺陷的影响，并探讨了不同精炼工艺对熔体的净化机理。结果表明:氮气喷粉精炼方案最优，精炼后试样针孔度等级由四级降低到一级;氮气+熔剂联合精炼方案次之，精炼后试样针孔度等级由四级降低到二级;无毒精炼剂+熔剂联合精炼方案最次，精炼后试样针孔度等级由四级降低到三级。利用氮气喷粉精炼方案精炼后，铸件常渗漏部位针孔度等级由三级降低到一级;铸件渗漏废品率由28％降低到4％。
　　利用AnyCasting铸造数值模拟分析软件，基于正交试验的方法，采用数值模拟试验同现场实际试验相结合的方式，通过数值模拟观察分析现场试验所得不到的金属液流动和凝固的过程，并预测铸件成型缺陷。试验中借助ImageJ软件统计铸件的孔洞面积（缩孔缩松或气孔）。实际试验中通过测量铸件热处理前后的密度及密度变化率的方法，对数值模拟结果的可靠性进行了验证。通过模拟试验和实际试验系统研究了压铸工艺参数:快压射速度、快压射切换点位置、模具温度及增压比压对摩托车铝合金缸体孔洞缺陷的影响规律。结果表明，铸件内的孔洞缺陷随着快压射速度的增加而增加，随着快压射切换点位置、模具预热温度和增压比压的增加而减小。综合分析，最终确定的最优工艺参数为:快压射速度2.0m/s、快压射切换位置280mm、模具温度240℃、增压比压75Mpa。采用该组参数，使铸件致密度增大，上、下端面孔洞所占面积百分比减少分别为21％和68％，并将铸件废品率从14％降低到了5％。

目录

声明

摘要

图和附表清单

1 绪论

1．1 汽缸体结构特点

1．2 铝合金熔体净化技术概述

1．2．1 铝合金熔体中的气体和夹杂物

1．2．2 铝合金熔体净化技术的分类

1．2．3 铝合金熔体净化技术研究现状及存在的问题

1．3 压力铸造基础理论

1．3．1 压力铸造过程

1．3．2 压力铸造工艺参数

1．3．3 压力铸造的特点

1．4 缸体压铸件缺陷种类及分布

1．4．1 缸体渗漏

1．4．2 缸体端面孔洞

1．5 课题研究意义、目的及主要研究内容

1．5．1 研究意义及目的

1．5．2 主要研究内容

2 实验方案及分析手段

2．1 合金熔体精炼

2．1．1 精炼方案的设计

2．1．2 实验设备

2．2 压铸工艺参数优化

2．2．1 Anycasting数值模拟软件介绍

2．2．2 数值模拟基本步骤及主要离散方法

2．2．3 流体控制方程

2．2．4 自由表面处理

2．2．5 紊流模型的建立

2．2．6 初始条件及边界条件

2．2．7 充型过程的卷气预测

2．2．8 凝固过程的传热学基础及温度场计算

2．2．9 凝固过程缩孔缩松的预测

2．2．10 实验方案设计

2．3 分析方法

3 精炼工艺对缸体针孔缺陷的影响

3．1 不同精炼工艺对缸体针孔缺陷的影响

3．1．1 无毒精炼剂+熔剂联合精炼对缸体针孔缺陷的影响

3．1．2 氮气+熔剂联合精炼对缸体针孔缺陷的影响

3．1．3 氮气喷粉精炼对缸体针孔缺陷的影响

3．2 优选精炼工艺方案的验证

3．2．1 铸件常渗漏部位针孔分析

3．2．2 铸件渗漏废品率检测

3．3 本章小结

4 工艺参数对缸体孔洞缺陷的影响

4．1 结果分析与讨论

4．1．1 快压射速度对铸件成型质量的影响

4．1．2 快压射切换点位置对铸件成型质量的影响

4．1．3 模具温度对铸件成型质量的影响

4．1．4 增压比压对铸件成型质量的影响

4．2 优选工艺方案的验证

4．2．2 铸件的密度及密度变化率

4．2．3 铸件端面的微观孔洞分析

4．2．4 铸件废品率检测

4．3 本章小结

5 结论

参考文献

个人简历及在学期间的研究成果

致谢