学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

摩托车用铝合金轮毂的金属型铸造过程数值模拟与工艺优化

作　者: 汪煦
导　师: 赵玉涛
学　校: 江苏大学
专　业: 材料学
关键词: 摩托车轮毂金属型重力铸造数值模拟 ProCAST 浇冒口系统热平衡金属基复合材料颗粒增强
分类号: U483
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 239次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文针对摩托车铝合金轮毂铸件易产生缩孔、疏松等铸造缺陷,导致成品率低,性能不高等问题,以铸造模拟软件ProCAST为工具,模拟了摩托车轮毂金属型重力铸造过程,并进行了工艺优化,以达到消除铸造缺陷、缩短产品开发周期及降低成本的目的。主要研究结果如下:1.根据浇冒口设计理论、铸件补缩原理和生产实践经验,采用计算机数值模拟技术对金属型重力铸造过程进行分析,研究了铸件收缩缺陷的位置、大小、形状的分布规律,确定了浇冒口参数并讨论了浇冒口与收缩缺陷位置的关系。2.对LMC499-2型号摩托车轮毂进行了金属型重力铸造充型及凝固过程的数值模拟,得到了其流场、温度场、以及凝固过程各部位固相率的变化规律,预测了收缩缺陷,并通过试生产进行验证。根据模拟结果及实际生产情况,针对轮毂铸件的“热节”部位进行分析,采用保温型涂料与局部冷却模具相结合及同时修改下模模具的方法,对铸造过程中的模具温度场进行调节,成功消除了铸件的“热节”部位,实现了顺序凝固。3.对金属型重力铸造过程中模具温度场进行了连续铸造过程的热分析,研究了自然冷却条件和强制冷却条件对模具温度场的影响。结果表明,多周期循环浇注时,随着循环浇注次数的增加,温度是不断变化的,当循环浇注7次后,模具内部建立了相对稳定的温度梯度,模具逐渐达到了热平衡状态。4.研究了增强颗粒的添加对复合材料铸造性能的影响,根据体积分数与各热物性参数之间的函数关系式对ProCAST的数据库进行二次开发,建立了金属基复合材料的物性参数数据库,从而得到增强颗粒的体积分数与合金成分之间对金属基复合材料的铸造性能的影响关系。研究了体积分数为5%的Al₂O₃颗粒增强ZL101铝基复合材料摩托车轮毂的铸造性能。结果表明,加入颗粒后熔体粘度明显增加,导致复合材料流动性降低,轮辐、轮辋薄壁处均出现了缩松缺陷。通过提高Si的含量和使用优化后的铸造工艺方案,提高了熔体的流动性,并增加了其自身的补缩能力,使轮辐、轮辋薄壁位置的缩松、缩孔明显减少或消失。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-28
  1.1 选题意义  12-13
  1.2 国内外铸造数值模拟技术研究进展  13-18
    1.2.1 国外铸造数值模拟技术发展状况  14-17
    1.2.2 国内铸造数值模拟技术发展状况  17-18
  1.3 金属基复合材料铸造数值模拟研究进展  18-19
  1.4 金属型模具热平衡及其内部温度分布数值模拟研究进展  19-20
  1.5 ProCAST软件概况  20-26
    1.5.1 主流铸造CAE软件的特点  20-22
    1.5.2 ProCAST软件的主要模块  22-24
    1.5.3 ProCAST软件结构及应用领域  24-26
  1.6 本课题主要研究内容  26-28
第二章铸造数值模拟的理论基础及前处理  28-48
  2.1 引言  28
  2.2 铸造数值模拟的理论基础  28-40
    2.2.1 充型过程数值模拟的数学模型  28-32
    2.2.2 凝固过程数值模拟的数学模型  32-35
    2.2.3 凝固过程缩孔与缩松的预测方法  35-40
  2.3 金属型重力铸造LMC499-2轮毂模拟前处理  40-47
    2.3.1 LMC499-2三维实体造型及网格剖分  40-42
    2.3.2 模拟初始条件的确定  42-44
    2.3.3 传热问题的确定及物性参数的选择  44-47
  2.4 本章小结  47-48
第三章铝合金摩托车轮毂金属型重力铸造模拟及工艺优化  48-74
  3.1 引言  48
  3.2 LMC499-2浇冒口设计方案的模拟计算及结果分析  48-58
    3.2.1 浇冒口的补缩原理及设计原则  49-52
    3.2.2 浇冒口的工艺设计方案  52-57
    3.2.3 工艺改进方案小结  57-58
  3.3 LMCA99-2原铸造工艺方案的模拟计算及结果分析  58-63
    3.3.1 充型温度场的模拟计算及结果分析  58-59
    3.3.2 凝固过程的模拟计算及结果分析  59-63
    3.3.3 铸造收缩缺陷的模拟计算及结果分析  63
  3.4 改进方案及实际效果分析  63-73
    3.4.1 改进方案一—冷铁工艺  63-66
    3.4.2 改进方案二—冷铁+保温型涂料工艺  66-69
    3.4.3 改进方案三—修改下模模具  69-72
    3.4.4 实际生产效果  72
    3.4.5 修改方案小结  72-73
  3.5 本章小结  73-74
第四章铝合金摩托车轮毂金属型重力铸造模具温度场的模拟及分析  74-88
  4.1 引言  74
  4.2 金属型模具温度场的理论基础  74-77
    4.2.1 影响金属型模具寿命的因素  74-75
    4.2.2 金属型模具温度场对铸件成型的影响  75-76
    4.2.3 金属型模具的热平衡  76
    4.2.4 LMC499-2轮毂模具的冷却系统  76-77
  4.3 多循环铸造数值模拟原理及模拟准备  77-80
    4.3.1 多循环铸造数值模拟原理  77-79
    4.3.2 多循环铸造数值模拟准备  79-80
  4.4 自然散热冷却工艺方案的模拟计算及结果分析  80-84
    4.4.1 自然冷却工艺方案的确定  80-81
    4.4.2 工艺方案模拟计算及结果分析  81-84
  4.5 强制换热冷却工艺方案的模拟计算及结果分析  84-86
    4.5.1 强制冷却工艺方案的确定  84-85
    4.5.2 工艺方案模拟计算及结果分析  85-86
  4.6 本章小结  86-88
第五章颗粒增强铝基复合材料摩托车轮毂金属型重力铸造模拟及工艺优化  88-108
  5.1 引言  88-89
  5.2 Al_O_(3(p))/ZL101复合材料  89-92
    5.2.1 增强相的选择  89-90
    5.2.2 基体的选择  90
    5.2.3 反应物的选择  90-92
  5.3 金属基复合材料物性参数计算程序的开发  92-97
    5.3.1 金属基复合材料物性参数的确定  93-94
    5.3.2 金属基复合材料性能计算程序的开发  94-97
  5.4 两种材料原铸造工艺方案的模拟计算及结果对比  97-102
    5.4.1 充型温度场的模拟计算及结果对比  97-99
    5.4.2 凝固过程的模拟计算及结果对比  99-101
    5.4.3 铸造收缩缺陷模拟计算及结果对比  101-102
  5.5 改进方案及实际效果分析  102-106
    5.5.1 合金成分调整方案  102-103
    5.5.2 铸造工艺方案  103
    5.5.3 工艺修改前后模拟计算及结果对比  103-106
    5.5.4 修改方案小结  106
  5.6 本章小结  106-108
第六章主要结论  108-110
参考文献  110-120
致谢  120-121
攻读硕士学位期间发表论文  121

摩托车用铝合金轮毂的金属型铸造过程数值模拟与工艺优化

内容摘要

全文目录

相似论文