铝合金支架的压铸模具设计及工艺仿真

摘要

随着全球工业的进步，汽车轻量化已成为社会发展的必然趋势，越来越多的铝制零件取代了传统钢铁零件的地位。压铸技术作为生产铝合金零件的一种重要工艺，具有较高的成型精度、生产效率以及优良的表面质量，适合大批量自动化生产，在铸造产业中占据越来越高的地位。传统压铸的模具设计和工艺控制通常依赖于经验公式以及不断试模修改，开发周期长、成本费用高，已无法满足现代工业发展的需求。基于计算机模拟的铸造仿真技术使这一难题得到解决，并且随着计算机技术的快速发展其功能也将变得更加完善。
　　本文以汽车副机组支架为研究对象，其材料为AlSi12Cu1(Fe)合金。如何使支架具有较好的内部质量以及机械性能，确保铸件能满足工艺质量要求是本文需要解决的问题。本文采用CAD/CAE一体化集成技术，从压铸模具设计到压铸件试制全过程施行跟踪优化，实现了压铸工艺与计算机模拟仿真技术的有机结合，在缩短压铸模具开发周期的同时提高了压铸件的成品率，优化了压铸生产的整个工艺流程。
　　(1)确定了合理的压铸模具以及浇注系统结构。结合压铸充填凝固原理和支架本身的结构特点，利用UG NX软件对支架进行详细的压铸模具设计。针对合金液压力难以传递以及铸件排气效果较差的问题，确定合理的浇注系统方案;结合工厂现有设备以及支架结构特点进行压铸机型号的选择，并对压室容量和成型尺寸等参数进行校核;设置斜导柱抽芯机构，保证通孔的成型及铸件的顺利取出;设计合理的排气系统、冷却系统、顶出机构及导向机构等，并进行整体模具的装配。
　　(2)根据压铸工艺参数的计算方法和支架结构特点，确定合理的压射速度、浇注温度和铸型温度等。将支架浇注系统模型导入MAGMA铸造仿真软件中，以二级压射速度、浇注温度和连续生产时的铸型温度作为考察参数，以缩松缩孔、卷气度等作为判据，采用单因素实验法对模拟计算结果进行分析，得到优化的工艺参数:二级压射速度4m/s，浇注温度670℃，连续生产时的铸型温度220℃。针对支架内存在卷气、缩松等问题，在初始工艺的基础上进行改进，在模具中设置排气通道和冷却水道，最终确定合适的工艺方案。
　　(3)按照优化后的工艺方案进行试制生产，分析铝液熔炼、压铸模准备、浇注、铸件检验及清整等环节需要注意的问题，规范车间生产操作，制定压铸流程控制计划。观察发现支架表面质量良好，X射线检测无明显缩松缩孔等缺陷，金相组织致密均匀。同时对支架本体试棒进行拉伸实验，测试结果表明试样的屈服强度及延伸率均满足支架的性能要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究对象

1．1．1 铝合金支槊

1．1．2 支架质量要求

1．2 课题的研究背景和意义

1．2．1 压铸简述及特点

1．2．2 汽车轻量化

1．3 课题研究现状

1．3．1 压铸现状和发展趋势

1．3．2 压铸CAD／CAE／CAM

1．4 课题内容和研究目标

第二章 压铸模具的整体设计

2．1 铸件工艺性分析

2．2 模具分型面的确定

2．3 收缩率及拔模斜度的确定

2．4 浇注系统的确定

2．4．1 内浇口的设计

2．4．2 横浇道的设计

2．4．3 浇口套的设计

2．4．4 浇注系统的改进

2．5 溢流、排气和冷却系统的设计

2．6 压铸机型号的选择

2．6．1 确定压铸机的种类

2．6．2 计算压铸机锁模力

2．6．3 核算压室容量

2．6．4 参数的计算与校核

2．7 抽芯机构的设计

2．7．1 计算抽芯力

2．7．2 计算抽芯距离

2．7．3 斜导柱抽芯机构

2．8 其他机构设计

2．8．1 推出机构设计

2．8．2 模架的设计

2．8．3 导向机构的设计

2．9 模具整体装配

2．10 小结

第三章 支架压铸过程数值模拟

3．1 压铸数值模拟理论

3．2 压铸工艺参数优化

3．2．1 制定优化方案

3．2．2 压射压力

3．2．3 压射速度

3．2．4 浇注温度

3．2．5 铸型温度

3．2．6 保压时间

3．2．7 留模时间

3．2．8 设计实验方案

3．3 压铸模拟步骤

3．3．1 导入CAD数据

3．3．2 网格划分

3．3．3 设置参数

3．3．4 HPDC模拟计算

3．4 分析横拟结果

3．4．1 流场分析

3．4．2 二级压射速度的影响

3．4．3 浇注温度的影响

3．4．4 铸型温度的影响

3．5 工艺改进

3．5．1 初抬工艺方案模拟分析

3．5．2 改进方案模拟分析

3．6 小结

第四章 压铸试制检验

4．1 压铸试制过程

4．1．1 铝合金熔炼

4．1．2 模具准备

4．1．3 浇注

4．1．4 铸件清理

4．2 铸件组织与性能检验

4．2．1 内部质量检验

4．2．2 显微组织观察

4．2．3 力学性能测试

4．3 小结

第五章 结论

参考文献

致谢