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下壳体半固态压铸件数值模拟

作　者: 辛恩承
导　师: 郭广思
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 下壳体半固态压铸铝合金数值模拟半固态浆料
分类号: TG249.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

半固态压铸具有近终成型、高效节能等优点。半固态浆料粘度大、充型平稳、不易卷入气体；固相比例高，可达50%~60%，凝固收缩小，铸件不易有气孔、缩松，力学性能好；半固态浆料被带入压铸模时产生的热量小，对模具热冲击小，可延长模具的使用寿命。半固态压铸解决了高熔点合金压铸模寿命短的问题。发达国家已经达到了商业应用的程度，我国主要应用在汽车行业。但无论在理论上还是实际应用上，都需要进一步完善，尤其在半固态压铸工艺和模具设计的方面。半固态压铸件“下壳体”是非受力件，根据其薄壁深腔的结构，采用缝隙式浇注系统；其上表面用于装配的螺纹孔不直接铸出，后加工，由于压铸件内部有可能存在气孔和缩孔缺陷，这就要求该部位不能有气孔等缺陷，对铸件的质量要求较高。根据“下壳体”的结构特点，进行半固体压铸工艺分析及模具设计。用模拟软件ProCAST对“下壳体”半固态压铸进行数值模拟，根据充型过程、凝固过程温度分布以及缩孔缩松的分析预测，优化出最佳工艺参数：压射速度为5m/s，浇注温度为590C，模具预热温度为220C。半固态浆料在整个充填过程中流动平稳，没有飞溅卷气，逐次充满型腔，温度分布比较均衡，孔隙率最低，铸件钻孔的部位没有缺陷，可以保证铸件质量。电磁搅拌制备浆料，通过金相组织的观察、分析、对比，得出浆料温度和搅拌时间等工艺参数：在搅拌电流428A，频率6Hz的条件下，浆料温度为590C，搅拌时间25min时，大部分晶粒转变为球状，边界圆整，得到较为理想的铝合金浆料。机械搅拌条件下：搅拌10分钟，浆料温度为590C时，为最佳工艺参数。机械搅拌和电磁搅拌，在浆料温度相同的情况下，电磁搅拌效果较好。采用优化的工艺参数：充型温度为590C，压射速度为5m/s，压铸模具预热温度为220C，应用成型模具对“下壳体”进行试验验证，生产出的铸件符合技术要求，加工螺纹孔的部位无气孔等缺陷，生产出合格铸件。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-21
  1.1 课题背景及意义  12-13
  1.2 半固态金属成型技术发展概况  13-20
    1.2.1 半固态金属压铸技术  13-17
    1.2.2 半固态成型技术的特点  17-18
    1.2.3 国内外应用现状  18-19
    1.2.4 现存问题  19-20
  1.3 论文主要研究内容  20-21
第2章 ProCAST 软件及数值模拟方法介绍  21-31
  2.1 ProCAST 软件介绍  21-27
    2.1.1 ProCAST 的基本组成模块  21-22
    2.1.2 ProCAST 软件的特点  22-23
    2.1.3 ProCAST 软件的适用范围  23
    2.1.4 铸件充型过程的数学模型  23-25
    2.1.5 铸件凝固过程的数学模型  25-26
    2.1.6 ProCAST 模拟分析能力  26-27
  2.2 半固态金属成型过程数值模拟方法  27-30
    2.2.1 欧拉法  27-28
    2.2.2 有限差分法  28-29
    2.2.3 拉格朗日法  29
    2.2.4 有限元法  29-30
  2.3 本章小节  30-31
第3章下壳体半固态压铸模具设计  31-46
  3.1 下壳体的结构形状  31-33
  3.2 下壳体压铸工艺分析  33-35
  3.3 压铸机的选择  35-38
  3.4 半固态压铸模具结构设计  38-45
    3.4.1 分型面的设计  38-39
    3.4.2 成型零件的结构设计  39
    3.4.3 浇注系统的设计  39-40
    3.4.4 排溢系统的设计  40-41
    3.4.5 推出机构的设计  41
    3.4.6 半固态压铸模材料选择  41-42
    3.4.7 半固态压铸模具结构  42-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章下壳体充型与凝固过程的数值模拟  46-68
  4.1 ProCAST 与 UG NX4.0 的图形数据交换实验  46-47
    4.1.1 两种接口的图形数据交换  46
    4.1.2 两种数据交换方式的实验对比  46-47
  4.2 面网格的划分  47-48
  4.3 体网格的划分  48-50
  4.4 半固态压铸工艺参数分析  50-52
  4.5 半固态压铸成型工艺  52-54
    4.5.1 压射比压  52-53
    4.5.2 压射速度  53
    4.5.3 半固态浆料浇注温度  53
    4.5.4 模具预热温度  53
    4.5.5 保压时间  53-54
  4.6 模拟前处理  54
  4.7 半固态压铸过程数值模拟结果及分析  54-67
    4.7.1 浇注温度的研究  54-61
    4.7.2 压射速度的研究  61-63
    4.7.3 模具预热温度的研究  63-67
  4.8 本章小结  67-68
第5章半固态浆料的制备  68-81
  5.1 半固态浆料组织结构及制备  68-69
  5.2 合金的熔炼  69-71
  5.3 试样制备  71-72
  5.4 电磁搅拌制备半固态浆料  72-77
  5.5 机械搅拌制备半固态浆料  77-80
  5.6 电磁搅拌和机械搅拌组织对比  80
  5.7 本章小结  80-81
第6章生产实验验证  81-83
结论  83-85
参考文献  85-89
在攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  89-90
致谢  90-91

下壳体半固态压铸件数值模拟

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