【正文】 汽車差速器結(jié)構(gòu)有限元分析摘要隨著社會發(fā)展，鋁合金壓鑄件的應(yīng)用越來越廣泛。但是由于各種因素，鋁合金壓鑄件存在著諸多缺陷，如縮孔、縮松、氣孔、裂紋、氧化夾雜等。這些缺陷制約了壓鑄件工業(yè)的發(fā)展，影響壓鑄件的力學(xué)性能，安全性能。壓鑄過程數(shù)值模擬是現(xiàn)代鑄造工業(yè)的重要手段，通過對工藝參數(shù)的分析研究，可以優(yōu)化方案，從而確保鑄件質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。這也為鑄造工程師提供新的途徑來研究壓鑄過程。本文主要是運(yùn)用 ANSYS 分析軟件，對汽車鋁合金差速器支架和發(fā)動機(jī)懸置隔墊進(jìn)行分析，觀察其缺陷，然后針對這些缺陷進(jìn)行工藝優(yōu)化、改進(jìn)。優(yōu)化后再模擬。本文進(jìn)行的受力分析，為優(yōu)化壓鑄工藝提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)值模擬的意義。關(guān)鍵詞?。簤鸿T ADC12鋁合金 支架隔墊 有限元分析The automobile differential structure finite element analysisAbstractWith the development of the society, there is an increasingly wide use of aluminum die casting. However, due to various factors, many defects exist in the aluminum die casting, such as shrinkage cavity, shrinkage porosity, pores, cracks and oxide inclusion, etc. These defects restrict the development of casting industry and influence the mechanical properties and safety performance of die casting.Numerical simulation of die casting process in an important way in modern casting industry. Forecasting the quality of aluminum gear housing by simulating can reduse the blindness of the development of die casting process。 through the analysis of process paraments, the program can be optimized so as to ensure the quality of casting and improve production efficiency . This also provides a new way for foundry engineers to study diecasting process.This paper mainly uses ANSYS to stress analysis on differential stents and the engine mount the pad,then to optimize and improve these defects. And simulation again.In this paper , the simulation analysis provides theoretical basis and guidance for optimizing the die casting process to realize the significance of the numerical simulation.Key words: die casting adc12aluminum alloy stents septa finite element analysis目錄目錄 III第1章 緒論 1 課題背景 1 鋁合金及adc12型鋁合金的性能特點(diǎn) 1 晶體特性 1 理化性能 2 理化性能 2 鋁及鋁合金熱軋組織與性能變化 3 鋁合金的分類及應(yīng)用 4 鋁合金的分類 4 鋁及ADC12合金的應(yīng)用 5 本文研究內(nèi)容 5第2章 壓鑄工藝形成的ADC12鋁合金力學(xué)性能的研究 6 鑄造鋁合金的介紹 6 ADCl2．1R 合金成分設(shè)計(jì) 6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 7 討論 9 本章總結(jié) 10第3章 鑄造鋁合金縮孔形成理論 12 鑄造分類及特點(diǎn) 12 鑄造的缺陷 12 鋁合金鑄件縮孔形成機(jī)理 13 鋁合金鑄件中影響縮孔形成的因素 13 原始狀態(tài)鑄件性能與擠壓鑄造性能對比 14 本章小結(jié) 15第4章 有限元法與ANSYS 16 有限元分析方法概述 16 有限元分析的基本思想 16 ANSYS的主要功能 17 ANSYS提供的分析類型 18 本章總結(jié) 19第5章 豐田422aRAV4差速器支架及發(fā)動機(jī)懸置隔墊有限元分析 20 零件模型 20 網(wǎng)格劃分 22 各零件在不同工況的受力情況及其分析 24 本章總結(jié) 38致謝 40參考文獻(xiàn) 41附錄 42第1章 緒論節(jié)約資源和能源、改善各種建筑機(jī)械的結(jié)構(gòu)已成為人類生產(chǎn)生活中所追求的重要目的，材料的輕量化顯然是有效的發(fā)展途徑之一，其中鋁合金密度低和力學(xué)性能好而且易于加工成型，因此成為輕量化首選的金屬材料。進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界鋁及鋁加工業(yè)獲得了迅猛的發(fā)展，我國的鋁及鋁加工業(yè)也掀起了第三次發(fā)展高潮。2007年，世界原鋁產(chǎn)量達(dá)3880萬噸（其中廢鋁產(chǎn)量1700萬噸），鋁材消費(fèi)總量達(dá)4275萬噸；鋁加工材年產(chǎn)量達(dá)3200萬噸，并仍以5%~6%的年增長率增長；我國原鋁產(chǎn)量達(dá)1260萬噸（其中廢鋁產(chǎn)量250萬噸），連續(xù)五年居世界首位；鋁加工材年產(chǎn)量達(dá)1176萬噸，一舉超過美國為世界加工材產(chǎn)量最大的國家[1]。但是我們應(yīng)該清楚的看到，我國鋁加工材在品種、質(zhì)量以及綜合經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國際先進(jìn)水平仍有一定差距。鋁合金保持了質(zhì)輕的特點(diǎn)，且機(jī)械性能明顯提高。成本低，而且使用一種加工工藝可以大量生產(chǎn)同樣的零部件，這也是他的特點(diǎn)之一。它的材料特性是輕、容易加工、以及在可耐強(qiáng)度方面不象碳素纖維有一個(gè)最大受力范圍。還有就是鋁合金容易加工和具有高度的散熱性。特別是車輛引擎部分特別適合使用鋁合金材料。這里幾乎完全是鋁合金的一家天下。此外，鋁合金的加工工藝多種多樣。通用性較強(qiáng)。 課題背景不久前哈爾濱吉星機(jī)械有限公司為了給豐田422a RAV4車型生產(chǎn)汽車差速器支架及發(fā)動機(jī)懸置隔墊，由于是鑄造工藝，鋁合金毛坯件的氣孔問題無法避免，所以分析這些零件的受力分析以便在鑄造過程中在危險(xiǎn)區(qū)域注意加工，使氣孔率分布在不危險(xiǎn)的區(qū)域 ，使零件擁有更長的壽命，此課題由此產(chǎn)生，其結(jié)果對提高該鋁合金生產(chǎn)效益有重大意義。本文通過受力分析預(yù)測危險(xiǎn)點(diǎn)，并與實(shí)際對比，檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。最終以此為依據(jù)指導(dǎo)下一批鑄造的生產(chǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。 鋁合金及adc12型鋁合金的性能特點(diǎn) 晶體特性鋁是元素周期表中第三周期主族元素，具有面心立方點(diǎn)陣，1010。對于5083鋁合金，它屬于AlMg二元體系，大致有四種相：β（復(fù)雜面心立方）、β`（復(fù)雜菱形六面體）、γ（體心立方）、γ`（尚未確定），其中相的表達(dá)式為：βAl3MgεAl30Mg2γAl12Mg17。[2] 理化性能鋁是元素周期表中第三周期主族元素，具有面心立方點(diǎn)陣，1010。對于5083鋁合金，它屬于AlMg二元體系，大致有四種相：β（復(fù)雜面心立方）、β`（復(fù)雜菱形六面體）、γ（體心立方）、γ`（尚未確定），其中相的表達(dá)式為：βAl3MgεAl30Mg2γAl12Mg17。[2] 理化性能，約為鐵的1/3，故鋁基合金的密度都比較小，~，但比強(qiáng)度高(等重量時(shí)的強(qiáng)度)，可與合金鋼相比。比剛度高(等重量時(shí)的剛度)，可與鎂合金材料及鋼材相當(dāng)，但遠(yuǎn)高于工程塑料。詳細(xì)的熱學(xué)性能、電學(xué)性能及膨脹系數(shù)等數(shù)據(jù)如表11所示[2]。表11物理性能性能高純鋁（%）工業(yè)純鋁（%）晶格常數(shù)（20%）,1010密度（20℃）,kgm3（700℃）,kgm326982710—熔點(diǎn),℃約650沸點(diǎn),℃2060—溶解熱,（105J/kg）燃燒熱,（107J/kg）凝固體積收縮率/%—比熱容（100℃）,J（kgK）1導(dǎo)熱率（25℃）,W（mK）1（O狀態(tài)）線膨脹系數(shù)（20~100℃）,μm（mK）1（100~300℃）,μm（mK）1彈性模量,MPa—70000電導(dǎo)率,Sm159（O狀態(tài)）—57（H狀態(tài)）電阻率（20℃）,μΩm（O狀態(tài)）（O狀態(tài)）—（H狀態(tài)）電阻溫度系數(shù),μΩm/K體積磁化率,107磁導(dǎo)率,（H/m）反射率(λ=2500 1010),%—87(λ=5000 1010),%—90(λ=200001010),%—97折光率（白光）—~吸收率（白光）—~輻射能（25℃，大氣中）,W/m2—~注：O狀態(tài)：退火狀態(tài)，H狀態(tài)：加工硬化狀態(tài)鋁還具有比其它有色金屬、鋼鐵、塑料和木材等更優(yōu)良的特性，如良好的耐蝕性和耐候性；良好的塑性和加工能力；良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；良好的耐低溫性能，對光熱電波的反射率高，表面性能好；無磁性；基本無毒；有吸引音性；耐酸性好；抗輻射性能好；彈性系數(shù)小；良好的理想性能；優(yōu)良的鑄造性能和焊接性能；良好的撞擊性、此為，鋁材的高溫性能、成型性能、切削加工性能、鉚接性能、膠合性能及表面處理性能等也很好。因此鋁材在航空、航天、交通運(yùn)輸、電子電器、冶金化工、機(jī)械制造、包裝防腐、電器家具、等領(lǐng)域都獲得了廣泛應(yīng)用。其中5系合金中的主要合金元素是鎂。鎂在鋁中的溶解度很大，在共晶溫度451℃%（質(zhì)量），隨溫度降低，溶解度很快下降，%，但過飽和的固溶體分解慢，不用特別處理。一般商用5%~%（質(zhì)量）。另外還含微量的Mn和Cr，以提高合金強(qiáng)度和耐腐蝕性，但錳含量過高是會顯著降低合金塑性，特別是含微量鈉是容易在熱軋過程中發(fā)生鈉脆；Cr可以提高合金耐蝕性，還能抑制晶核形成和晶粒長大。ADC12型合金各成分具體含量見表12[3]。鋁銅（Cu）硅（Si）鎂（Mg）鋅（Zn）鐵（Fe）錳（Mn）鎳（Ni）錫（Sn）余量~~.《《《《《《 鋁及鋁合金熱軋組織與性能變化鋁合金在高溫下塑性高、抗力小，加之原子擴(kuò)散過程加劇，伴隨有再結(jié)晶，有利于組織的改善。在三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)占優(yōu)勢的情況下，熱變形能最有效的改變鋁及鋁合金的鑄態(tài)組織，給予適當(dāng)?shù)淖冃瘟肯?，可以使鑄態(tài)組織發(fā)生以下四點(diǎn)有利變化[4]：一般熱變形是通過多道次的反復(fù)變形來完成的。由于在每一道次中硬化和軟化過程是同事發(fā)生的，變形破碎了粗大的柱狀晶粒，反復(fù)的變形，是材料的組織成為較均勻細(xì)小的等軸晶粒，同時(shí)，還能使某些微小的裂紋得以愈合。由于應(yīng)力狀態(tài)中靜水壓力的作用，可促進(jìn)鑄態(tài)組織中存在的氣泡焊合，縮孔壓實(shí)，疏松壓密，變?yōu)檩^致密的組織結(jié)構(gòu)。由于高溫原子熱運(yùn)動能力加強(qiáng)，在應(yīng)力作用下，借助原子的自由擴(kuò)散和奇異擴(kuò)散，有利于鑄錠化學(xué)成分的不均勻性相對減少。通過熱變形，鑄錠組織改變成了變形組織（或加工組織），并具有較高的密度、均勻細(xì)小的等軸晶粒及比較均勻的化學(xué)成分，因而塑性和強(qiáng)度指標(biāo)都有明顯的提高。鋁合金顯微組織主要受到以下幾個(gè)因素的影響[5]，(a)鑄錠均勻化處理鑄錠均勻化處理通過改變鑄態(tài)組織中第二相粒子大小和分布，從而影響到熱軋過程的回復(fù)與再結(jié)晶溫度。粗大的非固溶第二相粒子，作為再結(jié)晶形核位置，有利于再結(jié)晶的發(fā)生，而細(xì)小均勻分布的第二相粒子將阻礙再結(jié)晶的發(fā)生。(b)合金化學(xué)成分合金元素的加入，一方面增加了鋁合金高溫強(qiáng)度，由此增加再結(jié)晶驅(qū)動力。另一方面固溶元素也會阻礙晶界的遷移速度。因此，合金元素對再結(jié)晶的影響取決于以上兩個(gè)方面的作用情況，既可能加速再結(jié)晶也可能阻礙再結(jié)晶[6]。大量研究表明，Mg、Zn等元素的加入會降低再結(jié)晶的溫度，在含這類元素的鋁合金熱軋過程中容易得到再結(jié)晶組織，Mn、Cr、Zr、Fe等元素的加入會提高再結(jié)晶溫度，這類鋁合金熱軋過程中容易得到回復(fù)的亞結(jié)構(gòu)組織。但是，多種合金元素加入的作用極為復(fù)雜，取決于這些合金元素所形成的相結(jié)構(gòu)、大小及分布等。(c)軋制工藝參數(shù)軋制工藝參數(shù)包括各道次軋制溫度、軋制速度、道次壓下率以及道次間停留時(shí)間等。(5056)熱軋輥縫內(nèi)顯微組織的演變規(guī)律進(jìn)行了研究[7]，發(fā)現(xiàn)只有亞結(jié)構(gòu)只在出輥口附近才達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，軋制溫度和道次壓下率對亞結(jié)構(gòu)與再結(jié)晶有著較大的影響。軋制溫度越高，回復(fù)程度越高，在較小的道次壓下率時(shí)，亞結(jié)構(gòu)不會完善地形成，道次壓下率較高時(shí)，再結(jié)晶的可能性增加。因此，軋制出口溫度對決定熱軋顯示微觀組織是極為重要的。材料經(jīng)過軋制，鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸そM織，這大幅度提高了材料的塑性。這種軋制方式的特性決定了軋制后板材性能存在著各項(xiàng)異性，一是材料的縱向、橫向和高向有著明顯的性能差異，二是存在著變形織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)，在軋制性能上存在明顯的方向性。 鋁合金的分類及應(yīng)用 鋁合金的分類鋁合金的分類方法很多，目前使用最廣泛的有三種分類方法：按合金狀態(tài)及熱處理特點(diǎn)、按合金性能及用途、按合金所含主要成分。我國采用按合金所含主要成分命名即4位數(shù)碼法，具體分類見圖13。熱處理鋁及鋁合金純鋁—1系A(chǔ)lMn系合金—3系A(chǔ)lSi系合金—4系A(chǔ)lMg—5