摩托车曲轴箱盖压铸工艺优化与模具设计--开题报告 - 图文

毕业设计（论文）开题报告

材料科学与工程 学院 材料成型及控制工程 专业

设计（论文）题目 摩托车曲轴箱盖压铸工艺优化与模具设计 学生姓名 学号

报告提交日期 2013年3月5日 设计地点 指导教师

2013年 3 月 5 日

一、文献综述 目前汽车、摩托车都在向着轻量化方向的发展，高强度、好性能的铝硅合金就在这样的历史背景下应运而生，汽车、摩托车工业已成为我国铝硅合金压铸行业最大的需求市场。这些行业越来越多的采用了铝合金作为其零件制造材料。在国内主要采用两种铸造工艺来生产铝合金缸盖，一种是重力铸造，另一种是低压铸造。而目前更多的是采用低压铸造方法，因为产品的不规则部分的成型都需要安放砂芯，而低压铸造的生产方式既能较好的排气、冲型，又可以避免像高压铸造那样出现铝液冲崩砂芯的问题[1]。 本次课题为摩托车曲轴箱盖（如图1、２所示）的压铸模具工艺优化和模具设计，整个零件在压铸后，除了定位孔、装配配合面外，其他部分原则上不需要机械加工和喷涂，故还需要较高的形状、位置及尺寸精度。在进行模具设计的时候，由于压铸件结构需要，零件上有两处需要采用抽芯机构，一处采用液压抽芯，另一处采用动模机械抽芯。该模具设计及制造难度较大，在模具设计与制造过程中要充分考虑各方面因素的影响。 图1 图２ 压铸是通过压射凸模，在高压作用下将液态或者半液态合金以很高的速度压射进入模具型腔，并在高压下使铸件凝固和成形，是近代金属成形工艺中发展较快的一种高效率、少无切削和高精密的金属成形精密铸造方法。压铸成形的主要特点是高压、高速和充填时间极短，并在高压状态下凝固成形[2-4]。因而也就决定了压铸工艺的主要优点有压铸件的尺寸精度高、表面质量好；可以生产出形状复杂、轮廓清晰、深腔薄壁的压铸件；压铸件组织致密，具有较高的强度和硬度；材料利用率高；生产效率高，易实现机械化和自动化生产；经济效益好。其成形缺陷主要有缩松、缩孔、热裂纹、飞边、粘模和表面气泡等。压铸模具浇注系统和排气系统的设计直接关系产品缺陷的行成，同时进一步影响到零件的成形质量。 在压铸生产的凝固过程中，特别容易产生缩孔、卷气、浇不足、冷隔等这些铸造缺陷，不仅容易对模具造成冲蚀，而且大大 减少了模具的使用寿命。因此，很有必要对充填过程中一些流动和换热的规律进行研究，并设计出合理的压铸型、压铸件结构和浇注系统，选择合适的压铸工艺参数，最终减少压铸件缺陷，实现压铸工艺的最优化。这样既提高了压铸件的质量和压铸的生产率，又降低了压铸件废品率，同时也增加了模具的使用寿命。 压铸件凝固计算机数值模拟技术始于20世纪60年代。对压铸过程的计算机数值模

拟研究，主要可以分为以下三个部分：模具和压铸件的温度场模拟，型腔充填过程中的温度场、流场模拟，模具和压铸件的力学场模拟。就现在情况而言，模具和压铸件的温度场模拟技术已经趋于成熟，而型腔充填过程是当前压铸数值模拟的热门和难点。20世纪60年代，在美国铸造协会的资助下，美国哥伦比亚大学的Pehlke教授首次用大型计算机对凝固模式、浇铸系统设计、浇包中的热损失、铸型中热流流动等方面进行了研究。1962年，丹麦的学者Forsund第一次使用有限差分法对凝固过程进行传热计算。20 世纪60年代中期，美国开始进行铸件温度场的数值模拟研究。1965 年，美国通用电气公司的Henzel和Keverian对重达9 t的大型钢件汽 轮机内缸应用了瞬态传热通用程序，进行了数值模拟，计算温度场与实际测得地温度场基本吻合。1970年，美国密歇根大学的Marrone等 人应用交替方向隐式差分法 （IADM）和显示差分法模拟了低碳钢 “T” 形和“L”形试样的凝固过程。在日本，大阪大学的大中逸雄在研究 中提出了直接差分法，直接差分法的计算时间是传统计算方法的2~3 倍。1990年，日本东北大学的安斋浩一等人成功地应用准三维流动解析方法对压铸平板件的充型过程进行了数值模拟。台湾国立成功大学的黄文星采用SOLA—VOF法对压铸充型三维流场进行了模拟，并预测其缺陷。韩国HONG Jun-Ho等分别利用SOLA-PLIC-VOF法和 SOLA-VOF法进行了高压压铸过程的多相的数值模拟，并得到：SOLA-VOF法更是非新产品开发。大众应用MAGMMASoft软件对奥 迪5倍镁合金变速箱体的压铸过程进行了数值模拟，优化了结构和模具[5]。 压铸过程常见的数值模拟的基本方法有：有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）、边界元法（BEM）和直接差分法（DFDM）等。压铸过程的数值模拟研究进展的特例：哈尔滨工业大学的高小荣运用FLOW3D软件对AZ91D镁合金摩托车发动机壳体（如图3所示）液态压铸充填过程进行温度场、缺陷分布和流场的正交试验模拟分析。通过分析关于表面缺陷分布状况的模拟结果来优化浇注系统，设计溢流槽和排气槽的形状和位置，从多组正交试验参数中找出最优压铸工艺参数。由模拟结果可知：金属液最低温度出现在最后充填的部位和较远处的模壁端，较高温度出现在浇口附近；表面缺陷主要集中在溢流槽和排气槽附近。通过分析模拟结果得到最佳工艺参数：浇注温度635℃、冲头压射速度3 m/s、模具温度 210℃，此时铸造缺陷最少。用最佳工艺参数进行实际试验，得到的性能和模拟结果基本吻合[6-7]。 图3 壳体的充填过程 参考文献

[1] 黄展进．摩托车缸盖铸造工艺分析[J]．铸造纵横．2008，1：44-44． [2] 郑金星，梁卫抗，赵磊．基于模具多种优化方法控制压铸缺陷工艺分析[J]．2011，2． [3] 骆枏生，许琳．金属压铸工艺与模具设计[M]．北京：清华大学出版社．2006，7． [4] 赖华清．压铸工艺及模具[M]．北京：机械工业出版社．2004，6． [5] 王君卿．国内外铸造工艺过程计算数值模拟技术和铸造工艺CAD发展概况［G］．第八届全国铸造会议论文集．1992：96-107． [6] 赵健，张毅．铸件凝固电子计算机数值模拟发展概况［J］．1985，5：1-6． [7] K.Anzai,T.Uchaida,K. Kataaoka.Mold Filling Simulation of Plate Die Casting by Quasi Three Dimensional Model［J］.IMONO,1990,62（2）,90-95.

二、研究任务 1、研究对象 所用压铸件为摩托车曲柄箱盖，进行Pro/E造型后，为了利用FLOW3D进行模流分析，设置如图2-1所示的排气系统和浇注系统。该箱盖的材料为ADC12，其外形尺寸是：248mm×210mm×130mm，平均壁厚约为4mm，该压铸件形状复杂，筋多壁薄，要求壁厚均匀，组织致密，表面完整、平滑富有光泽，不允许有花斑，并且有较高的力学性能要求。 2-1 箱盖的排气系统和浇注系统设置图 2、设计步骤 1) Pro/E造型：根据产品的零件图应用Pro/E对所给零件进行造型，计算制件体积和重量； 2) 初步确定模具结构型式：对制件几何形状、尺寸精度、表面粗糙度、批量、材质进行分析，考虑模具结构型式； 3) 压铸成型工艺分析：分型面的选择和型腔数目的确定； 4) 用3D软件进行分模确定型芯和型腔； 5) 浇注系统的设计以及采用Flow 3D软件确定浇注系统和排气系统； 6) 抽芯机构的选用和计算； 7) 成型零件的设计：确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，对关键的成型零件进行强度和刚度校核； 8) 顶出机构的设计和顶杆的分布； 9) 冷却系统的设计：采用Flow 3D软件通过分析压铸模具的冷却系统对模具和制品温度场的影响，切定冷却系统； 10) 选用相应的模架； 11) 画模具装配图及零件图：用AutoCAD2007绘图软件绘出二维图，并打印出完整的装配图和零件图； 12) 编写设计说明书：应包括所有的说明、分析和计算。

3、课题的难点 难点1：课题产品形状复杂，很多较小的圆角倒不出； 解决方案：可采用曲面造型的方法建模。 难点2：产品的材料为ADC12，这种材料的流动性差，不易成型，且形状较为复杂，分型面的选择与浇口位置的选择较为困难； 解决方案：可以采用Flow 3D软件辅助，多做种方案做比较。 难点3：零件比较复杂，三维转二维图的时候，仅主视图、俯视图、左视图三个视图不能清楚的表达零件的结构； 解决方案：采用局部剖，多加右视图、仰视图进行表达零件。 难点4：零件各处的壁厚不均，压铸过程中，容易产生卷气、浇注不均、缩松等缺陷。 解决难点：设计多种不同的浇口位置，利用Flow 3D 软件进行模流分析。 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计（论文）结果的 预测）： 指导教师___________ 年 月 日 系意见： 分管领导： 年 月 日 说明：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一， 此报告应在导师指导下，由学生填写，经导师签署意见及系审查后生效。

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