铝合金箱体接头低压铸造模具设计及工艺优化研究

摘要

低压铸造作为一种近无余量的先进液态成型技术，相比于其铸造方法具有充型平稳，铸件组织致密，无需设计冒口、工艺出品率高等优点而广泛应用于汽车、航空航天、军工、机电等铝合金的铸件生产，尤其是复杂薄壁铝合金铸件。本课题研究对象属于复杂结构薄壁铸件，液态金属在型腔中降温快，在冷却过程中很难形成至上而下的顺序凝固，导致铸件容易出现浇不足、冷隔，缩松缩孔等铸造缺陷，因此，铸造工艺设计和优化很重要。
　　本文采用计算机数值模拟方法研究了铝合金箱体接头件的低压铸造成型过程，设计了低压铸造金属型模具和工艺方案，分析了工艺参数对铸件成型质量的影响规律，优化出较为合理的浇注系统方案和工艺参数，预测铸造缺陷并提出改进工艺方案，为该零件的实际生产提供理论指导和技术支持。
　　本文的主要研究工作和结论如下：
　　（1）有限元网格的划分。研究了三种不同的有限元网格划分方法，对比表明：UG高级仿真模块划分有限元网格的质量比Meshing和UG-Meshing划分方法更高，剖分速度更快，能有效提高铸件的充型、凝固模拟和缺陷预测耦合运算的精度和效率。
　　（2）箱体接头的低压铸造模具及工艺设计。用UG8.0进行三维实体造型，根据零件结构及低压铸造的工艺要求，设计了三种不同方案的低压铸造方案，通过理论分析结合模拟验证确定浇注方案 III（b），即以大端面为浇注位置，采用中心浇口式浇注系统方案更为合理。
　　（3）模拟前处理。建立有限元模型，选择铸件材质和模具材料，确定初始条件和边界条件以及运行参数。
　　（4）工艺参数的模拟优化。根据工艺模拟结果，分析工艺参数对铸件成型质量的影响规律。优化出较为合理工艺参数：浇注温度为690℃，上模预热温度350℃，下模预热温度300℃，充型压力为5000Pa，充型时间为2s，保压压力为10000Pa，保压时间为40s。
　　（5）工艺的改进。针对优化工艺参数不能有效进一步消除或减小铸造缺陷，设计了三种改进工艺方案，模拟结果表明，改进方案III,即上模换成冷铁材质同时设计两个升液管更为合理。

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第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2低压铸造技术概述

1.3铸造过程数值模拟技术

1.4铸造过程数值模拟研究现状及发展方向

1.5本课题研究的目的和内容

第2章 低压铸造模拟数学模型

2.1低压铸造数学模型的建立[57-59]

2.2低压铸造缩松缩孔产生机理与预测数学模型

2.3有限元网格划分

第3章 箱体接头低压铸造模具及工艺设计

3.1零件的工艺性分析

3.2材料化学成分及力学性能

3.3零件的浇注系统设计

3.4箱体接头低压铸造模具设计

第4章 箱体接头低压铸造模拟前处理

4.1有限元模型的建立

4.2材料热物性参数

4.3初始条件的选择

4.4边界条件的选择

4.5模拟运行参数的设置

第5章 箱体接头低压铸造工艺模拟优化

5.1充型工艺参数的优化

5.2充型和凝固耦合工艺参数优化

5.3工艺方案的改进和优化

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和获得的科研成果

致谢