ADC12铝合金前机匣的低压铸造数值模拟及工艺优化

摘要

本文的研究对象为某汽车发动机前机匣，其材料采用 ADC12铝合金。本文采用ProCAST铸造模拟软件，对铸造工艺进行数值模拟，对其铸造过程进行工艺设计、计算和优化，制定切实可行的铸造工艺方案，并对ADC12铝合金进行热处理实验，确定热处理工艺，解决发动机前机匣铸件的成形问题。
　　本文采用低压砂型铸造工艺，设计了压边浇道+中心直浇道的混合浇注系统，随形顶冒口和排气系统，确定了铸件的分型面、尺寸公差、重量公差等工艺参数。本文根据理论公式和实践经验，确定了低压铸造参数：浇注温度720℃；升液压力为15.6kPa，升液时间为12s；充型压力为25kPa，充型时间为4s；结壳增压压力为33kPa，结壳增压时间2s，结壳保压时间为3s；结晶增压压力为50kPa，结晶增压时间为5s，结晶保压时间240s。模拟结果表明，浇注系统、冒口系统和压力曲线参数优化之后，使铸件的充型过程更加平稳，凝固过程符合自上而下顺序凝固，缩松缩孔缺陷的尺寸和程度均较小。本文根据优化后的铸型，对砂型和砂芯进行设计，并采用3D打印技术直接制备砂型和砂芯。
　　对ADC12铝合金进行熔炼和热处理实验，设计了三组热处理工艺，对热处理前、后的铝锭进行布氏硬度实验，实验结果表明，热处理工艺2处理后的合金硬度为85.87HBS，满足技术要求。对工艺2处理后的ADC12合金进行拉伸测试，抗拉强度为187.33MPa，延伸率为2.19％，均满足铸件的行业标准及质量要求。通过力学性能试验，确定了ADC12铝合金的具体热处理工艺，固溶温度520℃，固溶时间6h，人工时效温度170℃，人工时效时间10h。对热处理后的铸件进行了化学成分分析、XRD分析、金相分析。测试表明，ADC12铝合金化学成分符合铸件技术要求，铝合金内主要存在Al-Si相和Si相，Si相较细且分布均匀，增强了合金的力学性能。
　　本文根据数值模拟结果和热处理实验制定了完整铸造工艺卡片，并根据工艺卡片进行试制，得到了宏观完整，表面质量良好的铸件。荧光、X射线、打压渗漏检测结果显示，该铸件满足相应国家标准和技术指标要求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究对象

1.2 低压铸造的优势、现状和发展趋势

1.3 CAE模拟软件在铸造工业的应用现状

1.4 研究的目的及主要内容

第2章 低压铸造工艺设计

2.1 铸件结构特点

2.2 铸件质量要求

2.3 铸造工艺方案与工艺参数

2.4 浇注系统设计

2.5 排气系统设计

2.6 本章小结

第3章 铸造过程数值模拟及工艺优化

3.1 数值模拟前处理

3.2 数值模拟参数设定

3.3 充型与凝固过程数值模拟

3.4 铸型优化及数值模拟

3.5 本章小结

第4章 砂型、砂芯设计及前机匣的试制

4.1 砂型和砂芯设计

4.2 砂型和砂芯的制备

4.3 ADC12铝合金熔炼、热处理及性能测试

4.4 前机匣铸件试制及检测

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢