压铸与液态模锻复合成形车用空调头盖技术的研究

摘要

车用空调头盖是汽车空调内部的一个关键部件，其结构复杂，且对其中间圆筒形部位有较高的气密性要求，传统的压力铸造生产出来的产品由于常存在缩孔缩松等缺陷，导致产品合格率不高。近年来，随着计算机数值模拟技术的快速发展，使得通过模拟软件对整个压铸过程进行仿真模拟，将整个铸造过程清晰的呈现出来进而指导实际生产成为可能。　　通过Anycasting铸造模拟软件对原始方案压铸件的充型过程的流场、凝固过程的温度场进行模拟仿真，发现原始方案充型不稳，存在大量的涡流和卷气现象，凝固过程温度场不平衡，中间圆筒形部位和尾部厚大部位产生缩孔缩松的可能性很大；通过对原始方案压铸件中间圆筒形部位剖开发现存在大量的缩孔缩松缺陷，进而验证了数值模拟的准确性。　　针对原始方案压铸件存在大量的缩孔缩松缺陷的问题，对浇注系统和模具结构进行了重新设计。将两支内浇口进料改为一支浇口进料，加大两型腔的距离，采用交叉排布的模具型腔以及圆弧形横浇道，在此基础上通过Anycasting进行模拟发现：新方案下的压铸件充型过程更加平稳，涡流和卷气现象得到了很大改善，凝固过程的温度场也更加合理。进而设计了正交试验，选取影响压铸件质量的三个重要因素：浇注温度、压射速度、模具预热温度，做了三因素三水平的正交试验优化工艺参数；通过极差分析得出影响压铸件的三个关键因素由主到次依次为：浇注温度、模具预热温度、压射速度；进一步对试验结果分析得出最优方案为：浇注温度为650℃，模具预热温度为200℃，压射速度为2.5m·s-1。对每一个因素分别添加两个水平研究各因素对压铸件质量的影响规律得出了各因素对压铸件质量的影响规律。　　借鉴液态模锻的成形工艺特点，设计了挤压装置，对新方案压铸充型完成之后采用挤压中间圆筒形部位的液态金属，使其在压力下结晶凝固并产生少量的塑性变形，以期得到质量更好的压铸件；通过Deform有限元软件对压铸充型结束凝固过程中液态模锻塑形变形阶段进行模拟，获得了液锻成形过程中金属的流动规律，得到了液锻成形的等效应力场、等效应变场及温度场；液态模锻过程中金属的流动有利于减少缩孔缩松缺陷。　　根据改进后的方案进行了实际的压铸件生产试验，剖开中间圆筒形部位进行宏微观观察发现：缩孔缩松缺陷减少了很多，体现出了压铸与液态模锻复合成形的优势。

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1.绪论

1.1压铸概述

1.2液态模锻概述

1.3 本课题的来源及研究意义

1.4 本课题研究的主要内容

2. 压铸数值模拟技术及液态模锻的研究

2.1 压铸模CAE的原理

2.2压铸模CAE数学模型

2.3 压铸数值模拟技术的发展及模拟软件

2.4 压铸件温度场、应力场数值模拟研究现状

2.5 液态模锻技术的研究现状

2.6 缩孔缩松缺陷的预测

2.7 本章小结

3.车用空调头盖压铸成形数值模拟及缺陷预测

3.1车用空调头盖简介及原始方案的模具结构

3.2 铸造模拟软件Anycasting简介

3.3 原始方案的铸件充型和凝固过程数值模拟

3.4充型过程中的缺陷预测

3.5凝固过程中的缺陷预测

3.6 Anycasting缺陷预测实验验证

3.7 缺陷解决的办法

3.8 本章小结

4.浇排系统和挤压装置的设计

4.1 浇注系统的设计

4.2排溢系统的设计

4.3新的浇注系统和排溢系统结构

4.4 挤压装置的设计

4.5 本章小结

5.压铸与液态模锻复合成形车用空调头盖及缺陷预测

5.1 新方案压铸成形数值模拟

5.2 压铸工艺参数优化

5.3 各因素对压铸件质量的影响规律

5.4 Deform模拟液态模锻塑性变形阶段对压铸件的影响

5.5 本章小结

6.压铸与液态模锻复合成形件的生产试验及质量检验

6.1 生产试验

6.2 金相显微镜下缺陷观察

6.3 本章小结

7.结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果