汽车发动机铝合金缸体压铸工艺及数值模拟

摘要

随着目前环保意识的不断增强，以及石油能源的不可再生，为了应对环境污染、燃油供求矛盾和降低燃料消耗等一系列问题，要求汽车铸件不仅要有很强的韧性，而且要有较轻的质量，以及绿色环保等特性。缸体是发动机的核心部件，在生产时使用铝合金，可以减轻其重量，最终达到减轻整辆车重量的目的。对于发动机缸体的生产，目前有主要的三种铸造工艺：重力铸造、低压铸造以及压力铸造。而在这三种工艺中，相比低压及重力铸造，压力铸造技术不仅生产率较高，而且能生产出各种形状复杂的铝镁合金产品，铸件的精度、强度和表面硬度都比较高，已经广泛应用到汽车、航空航天、电子及其他行业当中。因此，本课题采用压力铸造技术进行研究。
　　发动机缸体的工艺特点是：形状结构复杂；加工的平面、孔较多；加工精度要求高而且壁厚不均，属于非常典型的箱体类加工零件。本文结合压力铸造与缸体自身的特点，对发动机缸体进行结构分析、铸造工艺设计、压力铸造参数设置以及对其工艺验证进行研究。主要包括：对铸件的浇注系统、、凝固过程进行数值模拟，预测可能产生的铸造缺陷，从而确定合理的工艺方案等内容。
　　本课题依据压力铸造充型过程与凝固过程的基本理论，首先将缸体模型导入铸造模拟软件中，然后设计正交实验的方法对铸件进行压力铸造工艺优化设计。在对铸件进行模拟时，先对铸件模型进行网格划分，设计不同内浇口截面积，研究对铸件缩孔缩松产生的影响，确定最佳的内浇口截面积，再设计正交实验对铸件模拟分析，并对可能产生铸造缺陷的位置进行预测，之后对所得结果进行数学极差分析与方差分析，通过相应的计算分析，获得最佳的压铸工艺参数，最终确定发动机缸体成型工艺的模拟优化方案，即：内浇口面积为6.5x103mm2，压射速度为6m／s，金属液浇注温度为680℃，模具预热温度为240℃。

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1 绪论

1.1压铸技术概论

1.2发动机铝合金缸体国内外的发展状况

1.3数值模拟在压铸中的应用

1.4课题来源及目的

1.5课题的主要研究内容

2 高强韧铸造铝合金性能研究

2.1确定合理的熔炼工艺

2.2合金化方案及结果

2.3铝合金的熔体处理

2.4铝合金的热处理工艺

2.5本章小结

3 压铸数值模拟技术的理论基础

3.1铸件充型过程数值模拟理论基础

3.2铸件凝固过程数值模拟理论基础

3.3 MAGMAsoft软件简介

4 铝合金缸体数值模拟工艺参数的选择

4.1发动机缸体的几何模型简介

4.2压铸机的选择

4.3速度参数及其选择[44-45]

4.4充填时间参数及其选择

4.5温度参数及其选择

4.6内浇口设计

4.7本章小结

5 铝合金缸体压铸方案的数值模拟

5.1模拟前处理

5.2不同内浇口截面积对模拟结果的影响

5.3模拟实验设计方案

5.4实验结果及数据分析

5.5本章小结

总结

展望

参考文献

攻读硕士期间取得学术成果

致谢