涪陵桂承国—摩托车铝合金汽缸盖压铸成型的研究(学生初稿)

1、涪陵广播电视大学毕业设计 摩托车铝合金汽缸盖压铸成型的研究 广播电视大学人才培养模式改革和开放教育试点毕 业 论 文题 目 摩托车铝合金汽缸盖压铸成型的研究 学生姓名 桂 承 国 学号 0951201260805 入学时间 2009年9月 专业 机械设计制造及其自动化 指导教师 李 应 祥 试点单位 涪陵广播电视大学 重 庆 广 播 电 视 大 学 2013年4月29日- 36 -材 料目录1指导任务书（ 1 ）2指导记录表（ 2 ）3写作提纲（ 3 ） 4设计摘要（ 4 ）5设计正文（ 5 ）6参考文献（ 32 ）7指导教师情况及评语（ 33 ）8答辩记录表（ 34 ）9审查意见（ 35 ）

2、毕业设计(论文)指导任务书毕业论文题目 摩托车铝合金汽缸盖压铸成型的研究 学生姓名 桂 承 国 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师 李 应 祥 职 称 讲 师 毕业论文研究的内容：摩托车铝合金汽缸盖压铸成型的研究。毕业论文研究的要求：本文采用铸造仿真软件Prcast，对摩托车铝合金汽缸盖铸件的铸造过程进行数值仿真，模拟以不同形态的铝合金材料，铝合金的充型与凝固过程；分别分析了铝合金半固态和铝合金固态对充型过程、充型时间及完成时刻铸件的温度场和压力场对缩孔缩松等缺陷形成的影响,通过对比分析得出最优的压铸工艺方案。毕业论文写作进度计划：1、期限：自 2013 年 1 月 15 日起至 201

3、3 年 4 月 29 日2、具体进度安排：时 间完 成 内 容2013.1.15至2013.1.31搜集相关资料，确定写作提纲。2013.2.1至2013.3.1进行论文初稿写作，形成论文初稿。2013.3. 2至2013.4.1绘制相关图纸。2013.4.2至2013.4.29整理毕业论文并定稿。涪陵广播电视大学毕业设计 摩托车铝合金汽缸盖压铸成型的研究毕业设计(论文)教师指导记录表重庆广播电视大学 试点单位 涪陵 广播电视大学 指导教师 李 应 祥 学生姓名桂承国学号0951201260805专业机械设计制造及其自动化第一次指导指导时间：2013年1月16日指导内容：指导学生根据自己的工作

4、实际选择设计题目，查找相关的参考资料。确定写作提纲。第二次指导指导时间：2013年2月3日指导内容：指导学生进行毕业论文初稿的纂写。第三次指导指导时间：2013年3月4日指导内容：指导学生画出设计图纸，并修改毕业论文初稿。第四次指导指导时间：2013年4月14日指导内容：指导学生进一步修改论文和图纸。第五次指导指导时间：2013年4月20日指导内容：完善各种表格，认真排版，毕业论文和图纸定稿。写 作 提 纲不要有提纲，论文目录。一、绪论（一）本课题的研究意义（二）课题研究说明（三）本课题的研究现状（四）本课题的研究内容和方法（五）小结二、Solidworks、UG与PROCAST数据交换总体的

5、设计方案（一）理论基础（二）设计依据（三）模型设计（四）小结三、压铸成形数值模拟（一）浇注系统及工艺参数确定（二）三维几何造型（三）网格剖分1、划分有限元网格2、体网格划分3、虚拟模具设定（四）初始条件和参数设定1、导入PRECAST2、选择摩托车铝合金汽缸盖材料3、边界条件设定（五）小结（六）运算结果及分析1、填充过程2、凝固过程3、缺陷预测及分析四、结论与展望（一）设计结论（二）展望参考文献设计摘要本文采用铸造仿真软件Prcast，对摩托车铝合金汽缸盖铸件的铸造过程进行数值仿真，模拟以不同形态的铝合金材料，铝合金的充型与凝固过程；分别分析了铝合金半固态和铝合金固态对充型过程、充型时间及完成

6、时刻铸件的温度场和压力场对缩孔缩松等缺陷形成的影响,通过对比分析得出最优的压铸工艺方案。通过铸造软件Prcast对摩托车铝合金汽缸盖的压铸成型的仿真模拟分析可以得出结论:铝合金半固态压铸成型可以明显的减少铸件的缩孔缩松等缺陷。依据数值仿真的工艺，对照数值仿真的分析结果，对不同工艺下的压铸件进行力学性能分析和显微组织分析，得出半固态铝合金在相同条件下压铸成形的铸件与液体铝合金压铸成形相比，所形成的铸件缩孔、缩松、涡流孔、裂纹等缺陷较少。但是在实际生产中，由于半固态压铸成形技术的欠缺，所以暂时不能应用于实际生产中。 关键词：压力铸造，铝合金，摩托车汽缸盖，网格，充型一、绪论（一）本课题的研究意义传

7、统的摩托车发动机铝合金箱气缸盖的压铸有很多缺陷，如气孔、涡流孔、缩孔、缩松、裂纹等。本课题利用PROCAST铸造数值模拟软件，以C100型摩托车发动机铝合金箱体的压铸成形过程的模拟为例，提出浇注方式和工艺参数的优化方案，进而采取恰当的优化措施，这对于优化箱体压铸工艺和模具设计提高铸件质量降低生产成本具有重要意义。 对于我自己而言，通过对这个课题的研究我熟悉的掌握了solidworks、NX6.0、PROCAST等软件的应用，了解并熟悉了铝合金的压铸工艺及流程，对其他的合金压铸工艺也有一定的了解，通过这次设计让我知道要办好一件事情不仅仅需要对知识的了解，还需要恒心、耐心等。（二）课题研究说明随着

8、信息技术的推广应用，各企业都在积极使用CAD/CAM软件来缩短产品的开发和制造周期。然而各种CAD/CAM软件的侧重点不同，不同企业不一定选择统一的软件，因此在不同厂商和不同类型的软件之间进行产品数据传递时，由于不同的内部数据记录方式和不同的处理方式，导致数据缺乏一致性和完整性，这成为数据交换和共享必须要解决的问题。本文着重研究摩托车铝合金气缸盖的压铸成型问题，对于solidworks软件，它的特点和优点包括：（1） 软件功能强大，组件繁多（2）功能强大、易学易用（3）技术创新正是由于Solidworks具有如上的优点，并且针对摩托车铝合金气缸在实际生产中所面临的研发效率低、生产效率低、成品率

9、低的情况，改进生产工艺生产。先运用solidworks软件对摩托车气缸盖进行几何造型；再通过UG转换成procast所需要的格式，然后应用PROCAST铸造模拟软件，对摩托车汽缸盖的压铸充型过程进行模拟。通过对模拟结果的分析，预测了铝合金压铸件中缺陷的产生位置，分析了这些缺陷的形成原因；进而在生产中改进工艺参数，并通过实际生产对仿真结果进行进一步的验证。（三）本课题的研究现状 目前，国内外压铸铸造发展迅速，应用广泛。 在压铸材料方面，压铸合金不仅仅局限于锌、铝、镁和铜，而且也逐渐扩大用来在压铸铸铁和铸钢件。 在1746年，波特（J. H. Pott）首先发现了氧化铝，1855年，一件稀世之宝银

10、光闪闪的铝标本呈现在巴黎博览会上。它无穷的魅力立即引起了全世界的巨大反响。美英德等国相继建厂生产珍贵的铝。铝自问世即得到显贵们的宠爱。随着电解铝的方法的出现，铝合金更多的被利用于生活，生产，军事等领域。然而由于铝合金传统压铸容易产生缩孔、夹杂等缺陷，且成形温度高，充型不平稳，大大的降低了产品的质量与模具的寿命。 20世纪90年代以来，中国有色金属压铸工业在取得令人惊叹发展的同时，已成为一个新兴的产业，现全国共有有色金属压铸企业3000家左右，压铸件产量从1995年的26.6万t上升到2005年的87万t。其中铝合金压铸件占所有压铸件产量的3/4以上。国内外主要铝合金压铸技术有真空压铸技术、充氧

11、压铸技术、半固态压铸技术、挤压压铸技术、电磁泵低压铸造。其中半固态压铸技术需要解决；（1）具有自适性、灵活性的棒料运输；（2）精密的压铸润滑及维护了；（3）可控的铸件冷却系统；（4）等离子除气处理技术等。（四）本课题的研究内容和方法在文献调研、网络调研等基础上，采用类比和实验等方法，通过两类产品solidworks软件完成零件图，再应用PROCAST铸造模拟软件，对摩托车铝合金气缸盖的压铸成型进行模拟。1、摩托车铝合金汽缸盖三维几何造型；2、Solidworks文件转换成UG文件；3、UG文件导入PROCAST文件；4、在PROCAST中对摩托车铝合金气缸盖进行有限元网格剖分；5、压铸模型边界

12、条件确定；6、运算结果，缺陷预测及分析；7、撰写论文，毕业设计说明书。（五）小结通过对本课题的初步研究，了解了本课题的任务及其要求，并通过相关的国内外研究现状的比较，提出了自己能力知识以内的设计方案，并通过试验、仿真模拟比较，最终完成本次课题研究。二、Solidworks、UG与PROCAST数据交换总体的设计方案（一）理论基础在大学四年中，我学习了Solidworks、UG等三维软件，并进行了有针对性的强化训练，对软件的熟练程度和使用技巧都有一定的提高，再通过开题报告期间学习了PROCAST铸造仿真软件，为本课题的研究提供了坚实的理论基础。（二）设计依据本课题依据UG与PROCAST之间通过

13、一种中间格式-Parasolids(*.xmt_txt)，来实现UG文件与PROCAST文件之间的相互转化，减少了研发周期。（三）模型设计本次设计以摩托车铝合金汽缸盖为模型，主要完成solidworks的建模，并与UG文件之间的相互转换，最后加工摩托车铝合金汽缸盖的外形，具体模型如图1、图2所示。 图1 摩托车铝合金汽缸盖soliwork模型图2 摩托车铝合金汽缸盖UG模型（四）小结 通过对UG与solidworks两个软件的了解和熟悉，并参照毕业设计任务书的要求，通过运用solidworks软件绘制加工模型，再通过中间文件，最终导入到UG中并通过转换进行仿真加工，得到课题计要求的相关资料。三

14、、压铸成形数值模拟（一）浇注系统及工艺参数确定针对T形件的外形，选择环形浇道，让铝合金液从上端环形注入，顺着型芯方向填充，在末端设置溢流槽，此系统充型顺利，排气状况良好，有利于提高摩托车铝合金汽缸盖的质量。摩托车铝合金汽缸盖材料为：硅 Si ：6.57.5 镁 Mg：0.250.45 铝 Al ：余量 铁(砂型铸造)： 0.000 0.500 铁(金属型铸造)： 0.000 0.900 铜 Cu ：0.2(在海洋中使用时0.1)(杂质) 锰 Mn：0.35(杂质) 锌 Zn：0.3(杂质) 钛+稀土 Ti+Zr：0.25(杂质) 铍 Be ：0.1(杂质) 锡 Sn ：0.01(杂质) 铅 P

15、b：0.05(杂质) 钇 Y：为提高力学性能,可含0.080.20,但Fe0.3 注：杂质总和:(砂型铸造)1.1;(金属型铸造)1.5浇注系统的设定，如图3所示。 图3 浇注系统（二）三维几何造型在三维CAD软件UG6.0中所转换的模型。如图4所示。图4 Solidworks模型在UG软件中以parasolid格式文件*.xmt_txt导，如图5所示。图5 *.xmt_txt格式模型的导入（三）网格剖分1、划分有限元网格采用拟软件PROCAST 2009中的MESHCAST对摩托车铝合金汽缸盖进行有限元网格，划分完成后共有39424个节点，173953个有限元网格单元，如图6所示。图6 面网

16、格的划分2、体网格划分采用拟软件PROCAST 2009中的MESHCAST进行体网格划分，如图7所示。图7 体网格的划分3、虚拟模具设定虚拟模具设计如图8所示。图8 虚拟模具的设定保存退出，生成*.mesh格式文件。（四）初始条件和参数设定1、导入PRECAST打开PROCAST软件中的PRECAST。导入体网格格式文件*.mesh开始设定，如图9所示。 图9 *.mesh文件的导入2、选择摩托车铝合金汽缸盖材料选择Assign进行材料选择，如图10所示。图10 汽缸盖的选材图这里选择了ZL101铝合金作为摩托车铝合金汽缸盖材料。3、边界条件设定在Boundary conditions菜单的

17、Assign surface设定边界条件，如图11所示。图11 边界条件设定图1）浇注温度Add添加temperature代表温度的选项设定半固态浇注温度为660，选取浇注口为顶端的圆。设定半固态浇注温度为680，选取浇注口为顶端的圆。2）冷却方法Add添加heat代表冷却方法选项，设定冷却方法水冷.3）浇注速度浇注速度Veiocity为1kg/s。选取浇铸口面积1966.4mm，如图12、图13所示。图12 半固态入口条件图图13 液态入口条件图4）重力参数设定在压铸模拟中必须考虑重力的影响，在本文中根据浇注口的位置，在process菜单中gravity中选取重力方向为Z轴负方向，如图14所

18、示。图14 重力参数的设定5）模具的初始温度在Initial Conditions菜单中constant设置初始温度分别为660、680，如图15、图16所示。图15 半固态模具初始温度图16 液态模具初始温度6）运行参数设定根据本次研究的现状，在run parameters菜单中preference中设置运行参数，如图17所示。图17 运行参数设定经过以上参数设置以后，就可以保存出td.dat和tp.dat两个文件。（五）小结本章主要是基于有限元的理论基础，按照数值模拟的操作顺序，描述压铸过程的数值模拟各个阶段存在的部分关键技术。在有限元模型的建立，材料性能参数选择，工艺条件处理边界条件处理

19、以及模拟参数处理等方面，进行了具体的描述。（六）运算结果及分析在PROCAST 环境中运行DATACAST , 生成计算模块进入PROCAST 进行运算, 可以得出摩托车铝合金汽缸盖的凝固时间分布图和各个时间点充型过程速度场分布图，如图18所示。半固态：液态：图18 凝固时间图1、填充过程摩托车铝合金汽缸盖的整个填充过程在0.7395s，半固态0.5762s，液态 内完成,即金属液充满整个型腔的时间t=0.8，如图19所示。半固态填充时间图：液态填充时间图：图19 填充时间图2、凝固过程充型过程结束后, 凝固过程开始, 并在一定时间内完成凝固过程, 其时间分布如图 。在开始凝固阶段, 先从底端

20、开始凝固, 也即是从中部分别向两端开始凝固，如图20、图21所示。图20 半固态充型过程速度场分布图图21 液态充型过程速度场分布图3、缺陷预测及分析从模拟过程可看出, 在摩托车铝合金汽缸盖的压铸充型过程中, 可能会产生的缺陷有冷隔、气孔和缩孔，形成冷隔的原因是金属液在薄片处提前凝固，完全充满型腔.可以适当的提高金属液的浇注温度和模具温度来消除。形成气孔的原因是金属液在圆角处充过程中, 产生局部漩涡, 而卷入气体, 形成了内表面光滑、形状规则的孔洞。模拟时可以适当的降低浇入速度,在实际生产时优化排气槽, 都可以减少气孔的产生。在汽缸盖的表明的凝固过程中, 由于缺少有效的金属液补偿, 形成了表面

21、粗糙、形状不规则的空洞, 也即缩孔。在实际生产时, 可以提高比压, 增加保压时间来减少缩孔缺陷，如图22、图23所示。图22 半固态缺陷预测图图23 液态缺陷预测图四、结论与展望（一）设计结论通过对摩托车铝合金汽缸盖的压铸成型及凝固的数值模拟，可以确定半固态铝合金和液态铝合金在对摩托车汽缸盖的压铸成型的工艺参数和预防缺陷产生，如表1所示。在实际生产中可以知道半固态铝合金压铸摩托车汽缸盖还存在着一些技术缺陷和技术忙点，但是通过对液态铝合金压铸成型可以相爱在实际生产生活中可以预知可能出现的一些问题，让我们提前改进生产方案，从而降低了开发成本，降低了产品的废品率，提高了铸件品质等。表1 摩托车汽缸盖

22、的压铸成型的工艺参数表材料ZL101半固态铝合金液态铝合金节点3942439424有限元网格单元173953173953浇注温度660680浇注速度1kg/s1kg/s模具初始温度150150重力方向Z轴负方向Z轴负方向计算停止温度TSTOP=200TSTOP=200热传导Thermal=1Thermal=1热循环Cycle=0Cycle=0热辐射Radiation=0Radiation=0热流动Flow=1Flow=1紊流流动TURbulence=1；Stress=1TURbulence=1；Stress=1缺陷（缩孔、缩松等）较少较多依据数值仿真的工艺，对照数值仿真的分析结果，对不同工艺下

23、的压铸件进行力学性能分析和显微组织分析，得出半固态铝合金在相同条件下压铸成形的铸件与液体铝合金压铸成形相比，所形成的铸件缩孔、缩松、涡流孔、裂纹等缺陷较少。但是在实际生产中，由于半固态压铸成形技术还不太成熟，所以暂时不能应用于实际生产中。（二）展望通过本次课题的设计，我发现了自己有很多的不足之处，学习了很多软件，但不能融会贯通在一起应用，不过我也提高了自己独立解决问题的能力，了解了半固态PROCAST铸造软件的应用，而且半固态压铸成型应用不是很广泛，需要加强研究和开发。半固态压铸成型，一直都是备受关注的研究对象，我国正处于与发达国家接轨的关键时期，要想取得这个时期的胜利，必须不能忽视这一方面的

24、研究和开发。而CAD/CAM软件模拟是这一领域正在不断完善，我国在这方面的研究与开发与发达国家还有一定差距，所以要想赶上或者超过发达国家一定要加强半固态以及CAD/CAM软件的研究和开发。参考文献1江政， 薛克敏.铝合金压铸工艺数值模拟分析J.精密成形工程，2012年， 02期：41-45.2赵建华，张恒，曾礼.CAE技术在摩托车箱体压铸工艺优化中的应用J.热加工工艺，2010年，03期：53-58.3何煜琛.SolidWorks2008基础教程与上机指导M.清华大学出版社.2008-5.4胡志，明北方，闫洪，周国华.半固态铝合金压铸充型凝固过程数值模拟研究J.铸造，2011年，10期：76-

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