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铝合金双重挤压铸造成型工艺研究

作　者: 万志国
导　师: 应富强
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 双重挤压铸造补缩正交试验数值模拟
分类号: TG249.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 87次
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内容摘要

挤压铸造在正常情况下，是能保证做出内部组织致密、表面光洁、力学性能优良的铸件。但是对于一些厚薄不均件，在对液态金属实施挤压的过程中，铸件上一些厚大部位易出现缩松、缩孔。采用双重挤压铸造可以对铸件厚大部位进行补缩，从整体或局部消除铸件缩松、缩孔甚至缩裂和气孔等缺陷。鉴于该成形工艺具有强大适应力，相关理论研究还不够完备而将其列为本文的研究对象。本文首先针对双重挤压铸造横跨液态-半固态-固态的的特点，建立其凝固场数学模型。基于粘弹塑性本构关系建立了凝固过程的基本假设，对压力补缩的力学行为进行分析，确定了凝固场的边界条件、结晶潜热、物性参数等。最后以流体力学为基础建立了铸件补缩模型。本文根据双重挤压铸造的工艺特点，对汽车轮毂模具设计要点进行了分析总结，并对模具型腔进行了结构设计。设计了轮毂模具的分型面、浇注排气和加热冷却系统等非成型零件。重点对成型零件进行设计，运用CAD软件对其进行了几何建模。基于正交试验原理对所设计的汽车轮毂和模具的成形工艺参数进行了科学组合，运用专业铸造分析软件对铝合金汽车轮毂的双重挤压铸造进行了数值模拟。分析了各工艺参数对铸件缺陷的影响程度。通过对模拟结果的分析比较，得出优化后的成型工艺方案并利用全面试验法对其进行了重新试验，最后得出了一个最优的方案，结果表明，铸件质量得到了显著提高。在双重挤压铸造过程中，工序过程复杂,各个工序必须有条不紊的进行。本文从整体上提出了对双重挤压铸造机控制要求，确定以可编程序逻辑控制器(PLC)为主控单元、以触摸屏为人机界面的系统方案，同时对压力机构、液压系统等进行了相关设计。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-20
  1.1 前言  11-13
  1.2 课题研究背景  13-14
  1.3 双重挤压铸造的研究现状  14-17
    1.3.1 挤压铸造装备的发展与应用现状  14-16
    1.3.2 双重挤压铸造工艺参数的研究现状  16-17
  1.4 研究的目的和意义  17-18
  1.5 课题主要研究内容  18-19
  1.6 本章小结  19-20
第二章双重挤压铸造数学模型的建立  20-32
  2.1 双重挤压铸造工艺实质  20
  2.2 凝固过程的基本假设  20-23
    2.2.1 基本假设  21
    2.2.2 粘性流体流动的基本方程  21-23
  2.3 压力补缩的力学分析  23-24
    2.3.1 压力补缩下的塑性变形  23
    2.3.2 压力补缩下凝固体的假设  23-24
    2.3.3 压力补缩下金属的塑性流动  24
  2.4 双重挤压铸造下铸件凝固过程温度场分析  24-27
    2.4.1 边界条件  24-26
    2.4.2 凝固过程结晶潜热处理  26-27
    2.4.3 材料物性参数的确定  27
  2.5 压力补缩机理及模型的建立  27-31
    2.5.1 铸件缺陷产生原因及补缩机理  27-28
    2.5.2 铸件补缩模型的建立  28-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章双重挤压铸造的专用模具设计  32-44
  3.1 双重挤压铸造试验材料  32-33
    3.1.1 双重挤压铸造试验产品的确定  32
    3.1.2 双重挤压铸造试验材料的确定  32-33
  3.2 双重挤压铸造模具材料的选用  33
    3.2.1 模具材料的基本性能  33
    3.2.2 模具材料  33
  3.3 分型面的确定  33-34
    3.3.1 分型面的选择原则  33-34
    3.3.2 轮毂的分型面  34
  3.4 浇注溢流系统及排气系统的设计  34-35
  3.5 加热与冷却系统的设计  35-36
  3.6 推出与复位机构的设计  36
  3.7 成型零件的设计  36-42
    3.7.1 缩松缩孔缺陷形成的机理  37-38
    3.7.2 缩松缩孔缺陷容积的理论分析  38-39
    3.7.3 缩松缩孔缺陷的数值模拟分析  39-41
    3.7.4 成型零件的设计  41-42
  3.8 模具总装图  42-43
  3.9 本章小结  43-44
第四章双重挤压铸造数值模拟及参数优化  44-59
  4.1 ProCAST 模拟软件简介  44-45
  4.2 轮毂双重挤压铸造成型工艺数值模拟  45-52
    4.2.1 轮毂成型工艺试验方法  45-46
    4.2.2 正交实验工艺参数的确定  46-48
    4.2.3 轮毂成型工艺参数方案的确立  48-50
    4.2.4 轮毂双重挤压铸造模拟结果  50-52
  4.3 轮毂双重挤压铸造模拟结果分析  52-58
    4.3.1 工艺参数对铸件缺陷的影响  52-55
    4.3.2 工艺参数方案优化  55-56
    4.3.3 轮毂双重挤压铸造优化方案充型凝固过程分析  56-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章双重挤压铸造控制实现策略  59-70
  5.1 双重挤压铸造系统控制要求  59-60
    5.1.1 总体控制要求  59-60
    5.1.2 工艺方面的控制要求  60
  5.2 P LC 控制系统模块设计  60-62
    5.2.1 定量浇注模块设计  60-61
    5.2.2 双重挤压铸造机控制模块  61-62
    5.2.3 双重挤压铸造机系统设置模块  62
  5.3 系统硬件与人机界面的设计  62-66
    5.3.1 系统的硬件设计  62-64
    5.3.2 人机界面设计  64-65
    5.3.3 触摸屏组态的控制要求及设计流程  65-66
  5.4 与锻造相关的系统设计  66-69
    5.4.1 锻造机构设计  66-67
    5.4.2 压力控制液压装置  67-68
    5.4.3 压力控制原理  68-69
  5.5 本章小结  69-70
第六章结论与展望  70-72
  6.1 结论  70
  6.2 展望  70-72
参考文献  72-75
附录  75-78
致谢  78-79
攻读学位期间发表的学术论文目录  79-80

铝合金双重挤压铸造成型工艺研究

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