轿车铝合金缸体新型低压铸造工艺

摘要

在节能减排、绿色发展的大背景下，轻量化成为当今汽车产业发展的主要方向，而铝合金发动机缸体因其质量轻，散热好，受到了越来越广泛的关注。目前来说，因为低压铸造有充型平稳、铸件组织性能优异、易于形成机械化生产等优点，是生产轿车铝合金发动机缸体最先进的工艺方法之一。但是传统低压铸造，铸件充型结束之后要在浇注工位经历增压以及长时间的保压凝固阶段，严重降低铸件的生产效率。针对低压铸造的这一局限性，本文设计了一种轿车铝合金发动机缸体砂型低压铸造的新型工艺，并对该工艺的关键工装、设备和参数进行了数值模拟分析和优化。
　　新型低压铸造工艺，主要是通过将铸件的充型工位和凝固工位分离，将传统低压铸造过程中的保压凝固阶段移至凝固工位，来提高工艺生产效率。首先利用低压铸造控制加压的方式实现金属液的可控充型，待铸件充型结束后，移动浇口处设置的封口钢板将铸型封口，最后利用砂型翻转机构将铸型提起，翻转180°，移送至凝固工位进行铸件凝固，浇注工位则放置新的砂型进行低压充型。之后针对工艺中翻转过程是否会造成砂型破损，本文利用有限元分析软件ANSYS对含金属液铸型进行了流固耦合分析;针对该工艺能否生产出合格的铸件，本文首先对发动机缸体进行了浇注系统以及工艺参数设计，之后利用凝固模拟软件MAGMA对该工艺进行了仿真。文章最后得出结论如下:
　　(1)受旋转速度及旋转加速度载荷的影响，型腔内壁应力集中位置多处于缸体缸筒内表面，水套芯出入水口附近，曲轴箱及缸体两侧砂芯等部位，等效应力最大值约为0.45MPa，远小于目前树脂砂的许用强度，即砂型旋转时，金属液对型腔内壁的作用力不会造成型腔破损，新的低压铸造方法中的旋转工艺可行。
　　(2)对文中工艺进行设计并得到了相关工艺参数:铸件充型时间25s，其中升液阶段0～4s，升液压力5650Pa，充型阶段4～25s，充型压力14400Pa;金属液浇注温度取680℃，缸套经过预热，初始温度取300℃，砂芯初始温度20℃。
　　(3)利用MAGMA对文中工艺进行数值模拟，分析结果表明:充型阶段，金属液流动平稳，无紊流及飞溅等现象;POROSITY判据下显示缩松主要集中在缸体缸筒侧表层，可通过后期机加工方式去除。综上所述，应用文中新的低压铸造工艺可以生产出合格的铸件。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 发动机缸体铸造工艺概况

1．2．1 发动机缸体简介

1．2．2 发动机缸体铸造工艺发展现状

1．3 低压铸造概况

1．3．1 低压铸造

1．3．2 低压铸造发展趋势

1．4 流同耦合力学研究

1．5 铸件充型凝固过程数值模拟发展概况

1．6 课题研究意义及主要内容

第二章 技术路线、研究方法及模拟软件

2．1 技术路线

2．2 研究方法

2．3 软件介绍

2．3．1 ANSYS软件介绍

2．3．2 MAGMA软件介绍

第三章 砂型翻转时蛐受力分析

3．1 流固耦合理论基础

3．1．1 流体控制方程

3．1．2 固体控制方程

3．1．3 流固耦合方程

3．2 ANSYS流固耦合分析

3．2．1 单向流同耦合分析

3．2．2 双向流固耦合分析

3．2．3 耦合面的网格映射以及数据交换类型

3．3 型腔内壁受力分析三维模型

3．4 型腔内壁受力分析模拟方案

3．5 流场域分析设置

3．5．1 分析类型选择

3．5．2 流场域相关参数设置

3．6 结构场分析设置

3．7 模拟结果

3．7．1 强度理论选择

3．7．2 结果分析

第四章 轿车铝合金缸体新型低压铸造工艺设计

4．1 浇注系统设计

4．1．1 浇注系统形式

4．1．2 浇注位置选择

4．1．3 浇注系统尺寸设计

4．2 充型工艺参数

4．2．1 升液阶段

4．2．2 充型阶段

第五章 铝合金缸体低压铸造工艺数值模拟

5．1 铸件充型及凝固过程数值模拟理论基础

5．1．2 铸件充型过程数值模拟基本理论

5．1．2 铸件凝固过程数值模拟基本理论

5．2 分析软件

5．3 数值模拟前处理

5．3．1 三维几何模型建立

5．3．2 合金成分及其热物性刳良

5．3．3 初始边界条件设定

5．4 数值模拟结果分析

5．4．1 充型结果

5．4．2 凝固结果

第六章 结论

参考文献

致谢