汽车铝合金变速箱低压铸造数值模拟及工艺优化

摘要

我国汽车工业经过几十年的发展,正在经历从一个汽车工业大国向汽车工业强国的转变,汽车工业逐渐成为我国国民经济的支柱产业,得益于汽车产业的迅猛发展,铝合金汽车铸件产业也得到大力发展。目前,绝大多数的汽车铝合金铸件采用低压铸造生产,低压铸造和其他铸造方式相比属于特种精密铸造方式,为了获得组织致密铸件,低压铸造在金属溶液上施加了相对较小的压力,金属液进入模具后,在这种压力下进行充型和凝固。铝合金轮毂,铝合金箱盖类零件市场需求量越来越大,低压铸造有很多优点,铸造出的铝合金产品质量较好,因此国内外多采用低压铸造生产汽车铝合金铸件,绝大多数的铝合金轮毂,铝合金缸盖采用低压铸造。本文的汽车铝合金变速箱也采用低压铸造的方法。
　　对影响铸件形成因素进行有成效的控制,才能够生产合格的产品。传统上生产铸件,只是对铸件的形成过程进行了粗糙的控制,而且在控制过程中只能依靠经验和常规理论。传统的控制系统的铸造工艺存在两点局限性:一是只能简单定性分析;二是要确定工艺必须要反复试制。对场的变化进行精确的分析单靠我们人力是非常困难的,因此我们要借助计算机。计算机通过精确的计算来获得铸件形成过程中各个阶段场的变化,最终得到生产合格产品的各种控制参数,这些控制参数包括应力场、浓度场、流场以及温度场等。
　　本文以A356铝合金变速箱铸件为例,采用三维绘图软件Solidworks对变速箱进行3D造型,运用ProCAST对其原工艺的低压铸造充型和凝固过程进行数值模拟。根据铸件充型过程数值模拟结果,发现原工艺充型过程中金属液面充填极不平稳,且在充型过程中产生大量的氧化夹杂和卷气,变速箱并不能顺序凝固,造成变速箱浇口位置和变速箱上端厚大部位缩孔缩松比较严重。对原工艺改变模具温度进行充型凝固数值模拟,发现模具预热温度过高,金属液充型到6.8s时无法进行下去,模具预热温度过低,充型过程中氧化夹杂和卷气比较严重,变速箱铸造缺陷也比较严重,因此得出模具预热温度在350℃时,变速箱铸造质量相对较好。通过改进浇注系统,合理设计浇口位置后,再次进行充型过程数值模拟,发现金属液面充型基本平稳,没有出现大的波动,凝固过程数值模拟结束后观察结果,发现变速箱缩孔缩松铸造缺陷有很大改善,对原工艺模拟结果进行系统分析后发现,造成缺陷的主要原因在于浇注温度过高。进行工艺优化,降低浇注温度至700℃,再次进行铸造过程数值模拟,发现缩孔缩松缺陷得到有效控制。当进一步降低浇注速度至0.0016MPa/s时,变速箱铸造缺陷得到进一步改善。综合分析得出,最佳浇注温度、加压速度以及模具预热温度分别是700℃、0.0016MPa/s、350℃,最终在此工艺下得到的铸造铸件的质量最好。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 选题依据和意义

1.3 低压铸造概述

1.4 模拟软件介绍

1.5 低压铸造汽车铝合金铸件现状

1.6 本论文的主要研究内容

1.7 本章小结

第2章 国内外铸造数值模拟技术研究

2.1 铸造过程数值模拟技术概论

2.2 铸件充型过程数值模拟技术

2.3 铸件凝固过程数值模拟技术

2.4 应力场数值模拟

2.5 微观组织数值模拟

2.6 本章小结

第3章 铝合金变速箱低压铸造数值模拟前处理

3.1 铝合金变速箱三维实体造型

3.2 铝合金变速箱低压铸造浇注工艺参数的选择

3.3 使用Geomesh Environment对模型进行前处理

3.4 网格划分

3.5 初始条件及边界条件设置

3.6 本章小结

第4章 铝合金变速箱充型凝固过程数值模拟

4.1 原工艺方案铝合金变速箱充型凝固过程数值模拟

4.2 原工艺方案下模具温度改变对充型凝固过程的影响及分析

4.3 原工艺方案下改进浇口位置后铸件充型凝固过程数值模拟

4.4 本章小结

第5章 铝合金变速箱低压铸造工艺优化

5.1 铝合金变速箱工艺优化实验设计

5.2 铝合金变速箱工艺优化结果及分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果