福特3S4G發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋低壓鑄造模擬分析及模具熱平衡研究.pdf

1、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋作為車(chē)輛系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其質(zhì)量的好壞直接影響到汽車(chē)的性能和生產(chǎn)成本。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋的制造水平是衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一，它們?cè)诤艽蟪潭壬洗砹艘粋€(gè)國(guó)家汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展水平。面臨著市場(chǎng)要求的提高對(duì)缸蓋鑄造所帶來(lái)的巨大壓力，國(guó)內(nèi)外的企業(yè)紛紛采用不同的鑄造方法及鑄造工藝來(lái)改善缸蓋件的質(zhì)量，并利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來(lái)修改及優(yōu)化鑄造工藝，以求得到高質(zhì)量低投入的鑄件。
　　 本文應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬對(duì)3S4G發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋

2、的低壓鑄造工藝進(jìn)行了研究。根據(jù)低壓鑄造凝固原理，利用Anycasting數(shù)值模擬研究，針對(duì)3S4G缸蓋的低壓鑄造的充型和凝固過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并對(duì)缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，完成最終工藝優(yōu)化的目的。通過(guò)模擬試驗(yàn)，找出了利用現(xiàn)行鑄造工藝方案生產(chǎn)3S4G發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋鑄件存在的問(wèn)題，然后針對(duì)這些問(wèn)題采取具體的工藝優(yōu)化方案進(jìn)行模擬對(duì)比。通過(guò)模擬研究，得出獲得高質(zhì)量的缸蓋件的最優(yōu)工藝，具體如下：
　　 ①充型階段，將升液時(shí)間延長(zhǎng)至12s，使升液

3、平緩，保證了金屬液體進(jìn)入澆口時(shí)不再出現(xiàn)噴射現(xiàn)象：將保壓壓力增至1.5×105Pa，使補(bǔ)縮效果增強(qiáng)，保證所得鑄件的內(nèi)部組織更加致密。
　　 ②在上模設(shè)置10根水冷管，側(cè)模設(shè)置3根水冷管，下模設(shè)置2根風(fēng)冷管，保證了鑄件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)從上而下金屬液冷卻速度由大變小，溫度梯度表現(xiàn)為上部溫度低下部溫度高，有效的實(shí)現(xiàn)了金屬液的順序凝固，保證最后凝固區(qū)域逐漸像澆口處推移。
　　 ③將上模預(yù)熱至250℃，下模預(yù)熱至390℃，使下模預(yù)熱溫度高于

4、上模預(yù)熱溫度，建立合理的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)順序凝固。
　　 ④在澆口處加保溫套，使?jié)部诔蔀樽詈竽虆^(qū)域，保證鑄件內(nèi)部無(wú)縮孔縮松缺陷。
　　 同時(shí)，本文還重點(diǎn)探討模具熱平衡對(duì)鑄件質(zhì)量的影響。文章以AC4B鋁合金在不同壁厚下產(chǎn)生的熱節(jié)為研究對(duì)象，利用Anycasting鑄造分析軟件進(jìn)行多循環(huán)凝固模擬，尋求實(shí)現(xiàn)凝固平衡的具體措施。研究結(jié)果表明：
　　 ①單循環(huán)時(shí)，在鑄件壁厚一定的條件下，隨著模具壁厚(3mm～18mm)

5、的增加，溫度差值逐漸減小，模具局部冷卻能力上升，可以通過(guò)增大模具壁厚的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)凝固平衡。
　　 ②多循環(huán)時(shí)，在鑄件壁厚一定的條件下，隨著循環(huán)次數(shù)及模具壁厚(3mm～18mm)的增加，溫度差值逐漸增大，模具的局部冷卻能力下降，可以通過(guò)減小模具壁厚的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)凝固平衡。
　　 ③循環(huán)澆注時(shí)，當(dāng)循環(huán)澆注7次后，模具內(nèi)部建立了相對(duì)穩(wěn)定的溫度梯度，說(shuō)明模具已達(dá)到了熱平衡，此時(shí)參考樣模具的熱平衡溫度為182℃。
　　 關(guān)鍵