侯晓鹏铝合金壳体的金属型铸造工艺及缺陷研究

I毕 业 论 文铝合金壳体的金属型铸造工艺及缺陷研究学生姓名： 学号： 系 部： 专 业： 指导教师： 二零一六年 六 月122018220侯晓鹏机械工程系材料成型及控制工程梁红玉（教授） 白瑞（助教）II诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日III铝合金壳体的金属型铸造工艺及缺陷研究摘要：铸造工艺在加工制造应用广泛，壳体等汽车部件作为要求精密的构件，在加工铸造中质量要求高，有减少缩孔缩松等缺陷的要求。作为构建立体部件的基础，PROE，SOLIDWORK 等三维构图需应用到壳体的设计和完善中。为了获得高品质铸件，在实际生产往往使用重力和压力铸造等工艺。壳体的形状不规则，难以加工，铸造的气密性环境，需要经过多次的修复和尺寸更正。为提升质量，缩短成品周期，论文会将华铸 CAE 作为工艺分析的代替，模拟壳体的充型凝固等过程，并完成铸件的缺陷研究与工艺分析。缺陷的存在由于温度，尺寸，贴合度等产生。进行多次的壳体金属学模具试模，修改结果后，找到最适宜的工艺条件与环境。达到既能减少缺陷，又可以使模拟结果更接近目标，同时节约材料，实现经济性与工艺完善的较好结合。金属型铸造作为一种常用铸造方法，已在众多企业得到应用。无论大型铸钢或者铸铝件，都已在日常生产生活里占据重要地位。汽车配件，航天材料等领域均需铝合金参与，但金属型铸造后的活塞，壳体壁厚差距较大，因此，采用模拟软件，对 ZL113Y 铸造的壳体进行数值模拟分析，通过分析充型压力，铸件色温，缩松缩孔等部分在不同尺寸，不同参数下的变化；更好的把握浇注温度，冷却时间的选择。通过模拟，最终实现模具无缺陷状态，探索出适合金属型铸造的最佳条件配合。关键词：壳体，铝合金，华铸 CAE，工艺分析，缺陷研究，经济性IVThe metal mold casting of aluminium alloy shell process and defectAbstract：Casting technology has been widely applied in processing and anufacturing.Shell and other parts of the car as a precision component,In the processing of casting high quality requirements,In order to reduce shrinkage cavity defects such as shrinkage of the requirements.As the basis of constructing three-dimensional parts,PROE, SOLIDWORK should be applied to the make the shell designed and perfected. In order to obtain high quality castings.In fact,productions often be used as gravity and pressure casting process.Shell are of irregular shape,so it is difficult to machining, in order to casting the tightness of the environment,we also need to correct the num or data.After many times of repair and size in order to promote quality,shorten the product cycle,the paper will use the software as China casting CAE as a instead sustentations of process analysis,simulate the filling of shell solidification process,Research and technology analysis and complete the casting defects.The existence of defects due to temperature, size,joint degree,etc.Multiple metallographic of shell mold test,modify the results,To find the most suitable process conditions and the environment.To achieve both to reduce defects,and can make the simulation results are closer to the goat.at the same time,saving materials,achieve a good combination of economy and technology perfect.As a kind of commonly used metal mold casting foundry method，has been applied in many enterprises. Both large cast steel or cast aluminum，which already has an important role in the daily production process and life. Auto parts，aerospace materials and other fields needs aluminum alloy as necessary factor. But the pistons after the metal mold casting，shell wall thickness difference is bigger than before.Therefore，using the simulation software，numerical simulation analysis of ZL113Y casting shell is right selection，Through the analysis of the filling pressure， casting temperature，shrinkage porosity，and other parts in different sizes，different parameters change.we have better selected the pouring Vtemperature， cooling time of choice.Through simulation，and ultimately achieve zero defect status.To explore the best conditions for metal mold casting.Key words：Shell，aluminium ，alloy ，China casting CAE ，process analysis ，Defect researVI目 录第一章 绪论 .11.1 课题的来源及其意义 .11.2 国内外的研究现状 .11.2.1 国内研究现状 .11.2.2 国外研究现状 .21.3 课题的研究内容 .3第二章 基于 PROE 的铝合金壳体设计与装配成型 .42.1 各部分零件，浇注系统的设计 .42.1.1 零件结构的铸造工艺性 .42.1.2 形成装配图及工艺方案 .52.2 本次设计与模拟总过程概述 .7第三章 充型与凝固过程的数值模拟 .83.1 进行华铸 CAE 的铸造模拟过程 .83.1.1 铸造方法介绍 .83.1.2 具体研究方法及内容 .83.2 铸件凝固数值模拟的简化 .83.2.1 对 STL 文件的模拟导入处理 .83.2.2 模拟前置处理 .83.2.3 模拟计算分析 .83.3 本章小结 .8第四章 铸造工艺与缺陷分析(后置处理) .84.1 缺陷分析及了解铸造具体性能的实施步骤 .84.1.1 缩孔的产生机理 .84.1.2 浇注与冒口系统优化 .84.2 模拟数值图相关分析 .84.2.2 充型过程对卷气夹杂的模拟结果分析 .84.2.3 针对缺陷的改进工艺 .84.2.4 对以上改进浇冒口的工艺总结 .84.3 对于浇注温度的优化 .8VII4.4 本章总结 .8第五章 课题总结 .8致谢 .8参考文献 .81第一章 绪论1.1 课题的来源及其意义模具行业身为机械制造业的基础工艺装备第一步，被称为“工业之母”。铸造工业作为一个传统行业，是支撑着国家经济的基础行业。伴随科技革命的推进与信息化时代的到来，铸造使用材料更广泛，工艺方法更加多样化，常见有熔模铸造，金属铸造，低压，离心铸造等；工作方式也从手工制图，人工计算到计算机辅助设计与处理，技术创新更加频繁，极大提升产品设计与开发的速度与效率，总体上处于本行业仍处于黄金发展期。1.2 国内外的研究现状铝合金铸件在国际化工与冶炼制造等方面有着广泛的应用，其中铸铝在加工过造的过程中，以两类金属铝硅合金和铝铁合金的使用最广泛，铸件如果能圆满解决缺陷的问题，可以极大的提升社会经济利益。其中，铝硅合金的温度区间因为选择范围比较大，实际中容易产生裂纹，皱缩等现象。形成缩孔缩松。铝硅合金的铸造工艺特点，合金种类与铸造方法在追踪应用中有代表性。由于铸造工艺的复杂与制造温度等因素的影响，不可避免会产生各种铸造的缺陷。因此，对废品铸件进行修复使之成为合格品具有重大的实用意义和显著的经济效益。 1近年随着航天军工业的发展，铝合金因其具有的良好的导电与抗腐蚀特性，同时成本与延展性也较占优势，在工业上应用仅次于钢。铝合金类型多样，固然可以使用多种方式铸造，例如金属型，压力，砂型铸造。相对应的不同铸造有不同弱点。产生缺陷容易对组织的结构性能，产品寿命有不利影响。严重造成报废，而工业化过程对缺陷控制，首先以理论预测，并通过实验模拟或者验证。因而，不论国内外，通过计算机技术模拟生产铸造情况。在了解金属充型的先后顺序及步骤的变化下，预测出产品在一定条件下的缺陷，从而优化工艺，降低实验成本。切实降低缺席率。21.2.1 国内研究现状铝合金壳体铸件的金属型铸造工艺与缺陷研究自从发展以来就一直受到世界机械行业及综合行业的关注。目前，世界的各国都面临着能量危机与环境危机，一方面，传统的汽车制造业的变革发展对铝合金等铸件的完善与缺陷研究提出了新的要求，也就是重量变轻、铸件壁更薄、铸件的形状更复杂、比强度更高。然而长期以来，我国大多采用传统的灰铸铁材料。铸件的比例中汽车发动机铝缸体以及壳体构件已超过 80%。金属型铸造工艺是铝合金缸体缸盖铸造的传统工艺。该铸造方法也具有铸件冷却速度快、组织形成细密、物理材料的力学性能高等优点，并且其铸件质量明显高于铸造。在生产实际中，产品的模型和模具本身在尺寸，精度，材料选取上都是有差别的，一方面，是收缩特性引起的模型尺寸，公差要求的不同，使用的数值差别也很大，采用了简单比例系统的尺寸进行单一缩放，有可能是不对的。金属型模具的设计，涉及到单一设计出的铸件的铸造工艺方案，包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道、冒口等。这些往往需要经过复杂的比例尺寸，转化成模具铸造的生产实践予以验证，通过提升铸造体的合金良好性能，来保证生产出合格的壳体铸造件及其他部件。1.2.2 国外研究现状国际多年研究表明。铝合金无良好的透气性、延展性适中，容易产生裂纹、以及缩口、缩孔等缺陷。因此，在生产中，时常会应用金属型铸造时须应当合理的设计浇注系统，通过完善构件来规避缺陷的发生。这一工艺目前应用于简单的汽车缸体缸盖的加工铸造。一般缸体缸盖的外形采用金属型，而内腔采用砂芯，这样使得金属型铸造缸体缸盖简单便利且工艺灵活。德国奔驰汽车公司委托铸铝厂制造的 12 工位金属型铸造机，年产量也很可观。其次，金属型制造成本高、周期长，因而不适合单件、小批量生产。而相对应的在国内，中国天津市汽车发动机制造厂早在 20 年前就已经自行设计并完成了铝合金汽缸盖自动金属型铸造机组的设计并进入投产期。此外如一汽和上海大众等企业也采用金属型重力铸造大量生产缸盖。 3综合以上国际国内研究现状而言，为了加速铝合金的铸造技术尤其是金属型的延续推广，同时探索在模具制造上的新方法，改善模具模拟时不能直观了解的内部缺陷及浇注过程等因素，使用 CAE 工程模拟也就有其必要性与可行性。采用铸造过程计算机模拟，不仅可以减少取消新产品的工艺试验，而且避免有可能出现的铸造缺陷；保证工艺可靠性，并缩短产品的试验周期。本课题选择华铸模拟软件，对铝合金壳体的铸造过程进行数值模拟，对其工艺完善优化，直到铸造工艺趋向合理，实现可以批量生产的目的为止。 2合金铸件的生产实际中，常常会发生气孔，针眼孔，缩孔，缩松，砂型的夹砂缺陷等等。先前的科学研究针对各种缺陷产生的机理已经有了比较详细的研究成果。 但是同时，为了解决缺陷，需要采用无余量的制造加工技术，重力铸造形成比较复杂，修模的过程工作量比较大，产品开发的实际比较先进，在重力影响下，铸造的熔点比较低，性能优越，以金属液的形式注