鋁合金缸體壓鑄工藝模擬優(yōu)化與模具設計.pdf

1、本文以某發(fā)電裝置上的發(fā)動機鋁合金缸體壓鑄件為研究對象，對該缸體壓鑄件實際存在的鑄造缺陷進行分析，利用鑄造模擬軟件MAGMA soft對其壓鑄充型和凝固過程進行模擬研究，分析現(xiàn)行壓鑄工藝存在的問題，提出相應的改進方向;通過正交試驗模擬方法，對重要的壓鑄工藝參數(shù)進行優(yōu)化;將優(yōu)化后的工藝用于實際生產(chǎn)，并與工藝優(yōu)化前鑄件存在的缺陷進行對比分析，驗證工藝優(yōu)化對鑄件質(zhì)量的影響;利用NX8.0三維造型軟件設計該缸體的壓鑄模具。
　　該鋁合金缸體

2、壓鑄件目前存在的主要缺陷是:缸體中軸孔周圍的油道處及距缸套內(nèi)壁一定厚度的鑄件內(nèi)部存在直徑1-2mm的縮孔;缸口密封面加工后有氣孔和氧化夾渣;部分缸體鑄件耐壓性測試(0.52MPa)時中軸孔區(qū)域的油道處出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。
　　采用現(xiàn)行壓鑄工藝對缸體壓鑄件的充型和凝固過程進行模擬，結(jié)果顯示:缸體中軸孔處充型過程中存在紊流卷氣現(xiàn)象，凝固過程中補縮通道不暢通，產(chǎn)生縮孔縮松缺陷的傾向大，組織致密度較低，實際鑄件此位置周圍存在縮孔和縮松缺陷，耐壓

3、性測試時漏氣;缸口兩側(cè)充型過程中排氣不通暢，邊緣部位與空氣接觸時間較長，產(chǎn)生氧化夾渣缺陷的可能性大，實際缸體鑄件的缸口面在加工后出現(xiàn)氣孔及氧化夾渣缺陷;沖頭慢/快壓射距離點位于內(nèi)澆口之前、內(nèi)澆口處模具有沖蝕現(xiàn)象。通過分析，給出了工藝改進建議:(1)增加缸體中軸孔區(qū)域及氣缸附近的冷卻循環(huán)水道的直徑，并適當調(diào)整澆注溫度和模具溫度，以提高補縮效果;(2)適度增大缸口外側(cè)7處排氣通道的厚度，改善排氣狀況;(3)適當延長缸體在壓鑄過程中的留模時間

4、;(4)適當調(diào)整沖頭快壓射速度;(5)調(diào)整沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點位置。
　　通過正交試驗模擬方法，對四個重要的壓鑄工藝參數(shù)“沖頭快壓射速度”、“澆注溫度”、“沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點”和“模具預熱溫度”進行了模擬優(yōu)化分析，確定了三個考核指標:一是缸體中軸孔及其附近油道區(qū)域在充型結(jié)束時的壓力分布可反映壓射壓力的有效傳遞情況，進而反映凝固后的組織致密度，壓力越大，表明壓射壓力可有效傳遞到該部位，金屬液補縮效果好，凝固后組織致密度高;二是凝固

5、時間，在保證鑄件質(zhì)量的前提下，凝固時間越短，生產(chǎn)效率越高;三是缺陷得分，對鑄件模擬結(jié)果中縮孔縮松的缺陷程度按照1～10分進行評分，分數(shù)越高表明鑄件產(chǎn)生縮松縮孔缺陷的傾向越小。結(jié)果顯示:
　　(1)工藝參數(shù)對缸體中軸孔及其附近區(qū)域壓力分布影響從強到弱依次為沖頭快壓射速度、模具預熱溫度、澆注溫度和沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點。隨著沖頭快壓射速度和澆注溫度的增加，該部位壓力值增大;隨著模具預熱溫度的增加，缸體該部位壓力值先減小后增大;沖頭慢/快

6、壓射轉(zhuǎn)換點對該部位壓力值影響很小。
　　(2)工藝參數(shù)對凝固時間的影響從強到弱依次為模具預熱溫度、沖頭快壓射速度、沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點和澆注溫度。隨著沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點的前移，模具預熱溫度、澆注溫度和沖頭快壓射速度的降低，凝固時間縮短。
　　(3)工藝參數(shù)對鑄件缺陷的影響程度從強到弱依次為沖頭快壓射速度、澆注溫度、沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點、模具預熱溫度。隨著沖頭快壓射速度的增加，鑄件缺陷得分值先增加后降低，在沖頭快壓射速度為3

7、m/s時缺陷得分最高，鑄件缺陷程度最小;隨著澆注溫度的降低，鑄件缺陷得分逐漸增加，即鑄件缺陷程度小;隨著模具預熱溫度的增加，鑄件缺陷得分基本保持不變但略有增加;隨著沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點位置的變化，鑄件缺陷得分總體變化不大。
　　根據(jù)沖頭快壓射速度A、澆注溫度B、沖頭慢/快壓射轉(zhuǎn)換點C、模具預熱溫度D四個工藝參數(shù)對三個考核指標的影響規(guī)律，以及優(yōu)先考慮鑄件缺陷情況，最終選擇的較優(yōu)試驗水平為A2B1C3D2，即沖頭快壓射速度3m/s，澆

8、注溫度635℃，沖頭壓射高低速轉(zhuǎn)換點為580mm，模具預熱溫度200℃。
　　采用優(yōu)化工藝，對缸體壓鑄件的充型和凝固過程進行模擬，結(jié)果顯示:模具內(nèi)澆口附近沖蝕程度大幅減輕;缸口區(qū)域與空氣接觸時間縮短，產(chǎn)生氧化夾渣的傾向減小;缸體中軸孔區(qū)域無明顯收縮缺陷，氣缸區(qū)域仍存在收縮缺陷，但缺陷程度明顯降低;在壓射壓力相同的情況下，鑄件充型結(jié)束時各部位金屬液壓力明顯增加，說明壓射壓力得到有效傳遞。按照優(yōu)化后的工藝方案實際試生產(chǎn)，缸體中軸孔區(qū)域