大型复杂铝合金压铸件成形数值模拟及工艺优化

摘要

压铸是一种高效率、高质量、高精度的金属成型方法。铸造数值模拟技术可以模拟压铸过程中液流的充型、凝固过程以及预测铸件可能产生的缺陷。铸造数值模拟技术能够广泛应用到压铸生产中以指导生产,提高产品质量、生产效率。然而,随着汽车等工业的发展,压铸生产的零件越来越多并且越来越复杂,从而对压铸工艺设计及数值模拟技术提出了更高的要求。本文主要针对大型复杂压铸件的工艺设计、数值模拟技术及孔隙率分析技术进行研究。以某汽车变速箱壳体为对象,通过数值模拟结合试生产压铸的方法确定了最优化的压铸工艺,从而提出了优化大型复杂铝合金壳体件压铸工艺的方法。
　　本文根据某汽车变速箱壳体的尺寸大、结构复杂的特点,完成了压铸件浇注系统、排溢系统及其他初始压铸方案设计。并对压铸过程进行数值模拟分析,预测了铸件可能出现缺陷的位置及类型,依照初始方案进行压铸试生产,验证了数值模拟分析缺陷的准确性,即缺陷主要集中在铸件远端的圆筒结构处,此处存在卷气类气孔、缩气孔以及冷隔等严重缺陷。
　　根据模拟结果及与实体零件的对照分析,对压铸方案提出了两种优化设计,并通过模拟对比分析得到了优化的压铸生产方案:(1)改进了内浇口设计,使得合金液通过各个内浇口的时间尽量保持一致,并保证顺序平稳充型;(2)在充型末端和易卷气部位增设溢流槽;(3)建议适当减小零件的某些大断面壁厚;(4)在熔炼阶段控制铝液的含气量以帮助减小孔隙率;(5)在压铸工艺参数方面,慢压射速度为0.58 m/s,高速阶段速度为5 m/s;浇注温度保持在670℃以实现低温浇注工艺,减少液态收缩,提高铸件致密度。最后按照优化后的压铸方案进行压铸生产获得了健全的高质量铸件。
　　此外,还完善了压铸件或金属材料断面的孔隙率分析软件的功能,提高了软件分析孔隙率以及形状系数的精度,通过修正周长计算公式的方法,将计算误差控制在了5％以内。利用此软件,可以准确的检测铸件的孔隙率和孔洞分布情况等,评判铸件的成型质量。

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1 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 铝合金压力铸造技术

1.3 压铸过程数值模拟分析技术

1.4 孔隙率分析技术

1.5 本文主要研究内容及目的

2 铝合金变速箱壳体件压铸过程的模拟仿真

2.1 变速箱壳体压铸数值模拟的技术路线

2.2 变速箱壳体压铸件的结构特点及几何造型

2.3 初始压铸方案的确定

2.4 压铸数值模拟分析

2.5 本章小结

3 压铸工艺方案的优化

3.1 铸件工艺结构及参数优化方案

3.2 优化方案的模拟分析

3.3 本章小结

4 孔隙率分析软件的优化

4.1 软件SolidVF 简介

4.2 软件SolidVF数据排布功能的改善

4.3 软件SolidVF3.2晶粒的形状系数误差修正

4.4 软件SolidVF3.3测试

4.5 孔隙率分析软件的实际应用

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录