基于数值模拟的转向器阀壳体压铸模具结构及工艺优化

摘要

转向器阀壳体是汽车转向系统中的一个关键部件，对产品表面质量和力学强度有很高的要求。本课题针对某公司生产的阀壳体存在较多的缩孔、缩松、气孔等缺陷，成品合格率低的问题，通过铸造模拟软件AnyCasting对压铸充型和凝固过程的模拟来辅助优化模具结构和压铸工艺参数，以达到改善阀壳体铸件的质量，提高产品合格率的目的。　　对原始方案下压铸件的充型过程中的流场和凝固过程中的温度场进行数值模拟，发现原始方案充型不平稳，存在大量的卷气和涡流现象，凝固过程温度场分布不均衡，最后凝固部位和壁厚处出现缩孔缩松的概率大，通过对原始方案生产出来的铸件的典型截面进行观察，发现存在大量的缩孔缩松缺陷，验证了数值模拟的准确性。　　以数值模拟结果为依据，对原始模具结构进行了优化，主要通过改进进料方式和流道尺寸来改善充型过程中的涡流现象；通过增设排气槽，增大内浇口的厚度来改善充型过程中的卷气现象；通过增设冷却水道和局部冷却装置改善模具内部的温度场分布，降低凝固所需时间，提高实际生产效率。　　设计了以浇注温度、压射速度、模具预热温度为影响铸件质量的因素的正交试验，并通过分析模拟结果，得出最佳压铸工艺参数为浇注温度610℃，压射速度1.2m/s，模具预热温度170℃。分析极差得出对铸件质量的影响程度由大到小为：浇注温度、模具预热温度、压射速度。针对每个影响因素增加两组水平模拟试验，得出3个工艺参数对铸件质量的影响规律。　　对优化模具结构和工艺参数后的铸件进行实际生产，并与原始方案生产出的铸件典型截面进行对比观察，结果表明新方案下，铸件内部的缩孔缩松缺陷和卷气现象有了很大的改善，提高了阀壳体铸件的质量，从而将模拟理论研究用于指导铸造的实际生产过程中，可以为类似铝合金压铸产品的生产提供参考。

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1 绪论

1.1 压铸的特点及发展

1.2铝合金应用现状

1.3 压力铸造数值模拟理论的发展

1.4 本课题的研究内容和工程意义

2 数值模拟理论介绍

2.1 数值模拟方法

2.2铸造过程中的数值模拟理论基础

2.3 缩孔缩松缺陷预测理论

2.4小结

3.铸造模拟软件Anycasting介绍

3.1 Anycasting软件简介

3.2 Anycasting软件特点

3.3 Anycasting的组成模块及介绍

3.4 Anycasting模拟仿真基本路线

3.5小结

4 转向器阀壳体的缺陷分析及数值模拟验证

4.1阀壳体铸件简介

4.2铸件的缺陷分析

4.3原始方案铸件成型的数值模拟

4.4缺陷预测

4.5 缺陷解决的办法

4.6 本章小结

5模具结构的优化

5.1浇注系统的优化

5.2排溢系统的设计

5.3新方案的浇注系统和排溢系统结构

5.4冷却系统的优化

5.5 新方案的压铸成型数值模拟

5.6总结

6铝合金阀壳体压铸工艺参数的优化

6.1主要压铸工艺参数的介绍

6.2正交试验设计

6.3模拟结果分析

6.4 各工艺参数对阀壳体铸件质量的影响规律

6.5对最佳工艺参数下铸件的模拟分析

6.6总结

7压铸件生产试验验证

7.1 压铸件生产验证

7.2金相显微镜下缺陷观察

7.3 硬度试验

7.4 小结

8 结论与展望

8.1 结论

8.2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