【正文】 f ProE drawing threedimensional map of the parts .Secondly, the use of HZ CAE software to simulate the die casting filling process. Finally, according to the simulation results ， Analysis of the simulation volume and gas and other reasons for the defects, thus improving the casting program 。 摘要 本文綜述了壓鑄工藝設計的特點、發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢，討論了計算機技術在壓鑄方面的應用，分析鑄件進行計算機數(shù)值模擬的目的和意義。經(jīng)過多次的計算機模擬和方案改進，最大程度的減少缺陷，最后確定最佳的澆注方案 通過對平板生產(chǎn)的計算機數(shù)值模擬，從而實現(xiàn)了科學指導生產(chǎn)，為今后將CAD/CAE 技術進一步應用到實際生產(chǎn)中進行了一些嘗試。 diecasting。壓鑄時常用壓射比壓在幾兆至幾十兆帕的范圍內(nèi)，甚至高達 500Mpa； 充填速度在 ～ 120 m/s 范圍內(nèi)；充填時間很短（與鑄件大小、壁厚有關），一般為 ～ ，最短的僅有千分之幾秒。輕工建材、通訊、電子等部門獲得廣泛的應用。汽車、摩托車工業(yè)始終是壓鑄工業(yè)最大的市場，我國壓鑄工業(yè)受國內(nèi)汽車、摩托車工業(yè)的躍升和拉動而進入一個新的發(fā)展時期。 由于整個壓鑄過程都是 在壓鑄機上完成，因此，隨著對壓鑄件的質(zhì)量、產(chǎn)量和擴 大應用的需求，開始對壓鑄設備提出新的更高的要求，傳統(tǒng)壓鑄機已經(jīng)不能滿足這些要求，因此，新型壓鑄機以及新工藝、新技術應運而生。以下介紹的便是壓鑄行業(yè)中出現(xiàn)的新工藝技術。由于型腔抽氣技術的圓滿解決，真空壓鑄在 20 世紀 50 年代曾盛行一時，但后來應用不多。可減小澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)尺寸。這說明氣泡中部分氧氣與鋁液發(fā)生了氧化反應。這種三氧化二鋁質(zhì)點顆粒細小，約在 1μm 以下，其重量占鑄件總重量的 %～ %,不影響力學性能，并可使鑄件進行熱處理。 （ 4）半固態(tài)壓鑄 半固態(tài)壓鑄是當金屬液在凝固時，進行強烈的攪拌，并在一定的冷卻速率下獲得 50%左右甚至更高的固體組分漿料，并將這種漿料進行壓鑄的方法。冷壓室壓鑄機按其壓室結構和布置方式又分臥式、立式兩種形式。當模具合攏后，具有足夠的能力將模具鎖緊，確保在壓射填充的過程中模具分型面不會脹開。 （ 3） 液壓系統(tǒng)：為壓鑄機的運行提供足夠的動力和能量。 （ 7）輔助裝置：根據(jù)自動化程度配備澆料、噴涂、取件等裝置。 (3)導電導熱性好 : 鋁的導電導熱性能僅次于銀、銅和金。 壓力鑄造的特點 高壓力和高速度是壓鑄中熔融合金充型過程的兩個主要特點?？梢缘玫?薄壁、形狀復雜但輪廓清晰的鑄件。因此，個別壓鑄件不需要經(jīng)過機械加工或僅是個別部位加工即可使用。壓力鑄造的生產(chǎn)周期短，一次操作的循環(huán)時間約為 5s3min，這種方法適應于大批量生產(chǎn)。這是由于加熱溫度高時，氣孔內(nèi)的氣體膨脹，導致壓鑄件表面鼓包，影響質(zhì)量與外觀。 (3)壓鑄的生產(chǎn)準備費用高。其發(fā)展趨勢是輔助設計澆注系統(tǒng)。主要針對鑄件殘余應力和殘余變形進行模擬，而液固共存時應力場數(shù)值模擬是應力模擬的核心，也是整個鑄造過程模擬的難點，主要借助有限元分析技術。近年來各種微觀組織模擬方法紛紛出現(xiàn)，已成為材料 科學的研究熱點之一。 目前，國內(nèi)有關低壓鑄造 CAE 技術的研究越來越多，關 于其他壓力鑄造的卻非 常少。 壓鑄工藝設計的內(nèi)容 本文開展鋁合金平板壓鑄工藝設計以及充型過程的計算機模擬研究，通過模擬研究優(yōu)化壓鑄工藝方案和主要的工藝參數(shù)，使得鑄件減少卷氣，澆不足或縮孔等缺陷，達到提高質(zhì)量的目的，主要研究以下幾個方面：介紹國內(nèi)鋁合金壓鑄行業(yè)的概況，鋁合金鑄件的成型方法以及 CAE 技術在壓鑄成型中的應用；平板件壓鑄工藝的選擇和確定，主要有分型面的選擇、澆注系統(tǒng)的設計、集渣包的設計以及其他工藝參數(shù)的確定等；利用軟件對不同的壓鑄工藝方案進行充型模擬，并根據(jù)模擬結果分析充型過程對鑄件的質(zhì)量影響；優(yōu)化方案，調(diào)整壓鑄工 藝方案和主要的工藝參數(shù)。諸如形成內(nèi)側凹的活動鑲件、配用真空壓鑄系統(tǒng)等。 鑄件尺寸公差的代號為 CT。 壓鑄機的選擇 ************* 本課題設計的壓鑄件在分型面的投影面積為 ？ cm2 壓鑄件的重量為 ？ kg,鋁 合金一般件的推薦壓射比壓為 30～ 50MPa， 這里我們?nèi)?40MPa，有參考文獻《壓鑄模設計手冊》第 50 頁圖 35 查出， 選擇壓鑄機的主要原則是要考慮鎖模力和壓室的容量 ，我們這里 采用常用的臥式冷室壓鑄機，其型號 選用 J1113G 合理的確定分型面，不但能夠簡化壓鑄型的結構，還能保證鑄件的質(zhì)量。 分型面選擇基本原則 （ 1）選在鑄件最大輪廓尺寸處，以便脫模。 22分型面 澆注系統(tǒng)是金屬液在壓力作用下充填型腔的通道，澆注系統(tǒng)的設計直接影響著金屬液在模型中的流動狀態(tài)以及進入型腔的位置和方向，合理 的澆注系統(tǒng)和集渣包是獲得合格鑄件的重要因素。由于鑄件的形狀復雜多樣，涉及的因素很多，設計時難以完全滿足應遵循的原則，內(nèi)澆口的截面積目前尚無切實可行的精確計算方法，因此進行內(nèi)澆口設計時，經(jīng)驗是很重要的因素。 三、內(nèi)澆口設計的原則： (1)有利于壓力傳遞，一般設在壓鑄件厚壁處，有利于型腔排氣。 (6)壓鑄件上精度、表面粗糙度要求較高且不加工的部位，不宜設置內(nèi)澆道。 六、內(nèi)澆口尺寸設計 內(nèi)澆口厚度尺寸 h計算 注意點： (1)一般 ≤ hg ≤ *相連的壓鑄件壁厚。 一、橫澆道的設計要點： (1)橫澆道的截面積應從直澆道起到內(nèi)澆口止，逐漸縮小，如在橫澆道中出現(xiàn)截面積擴大的現(xiàn)象，金屬液流過這里時則會出現(xiàn)負壓，由此必然會吸收分型面上的空氣，增加金屬液流動過程中的渦流。 (4)模具上橫澆道部分，應順著金屬液的流動方向研磨，其表面粗糙度不大于 m。其剖面圖如圖 26 所示 25橫澆道與內(nèi)澆口連接方式 26 橫澆道與內(nèi)澆口剖面圖 直澆道的設計 臥式冷室壓鑄機直澆道一般由壓鑄機上的壓室和壓鑄模上的澆口套組成，在直澆道上的這一段稱為余料。 （ 4)分流器上形成余料的凹腔其深度等于橫澆道的深度，直徑與澆口套相等，沿圓周的脫模斜度約 5176。 （ 7)壓室和澆口套的內(nèi)孔，應在熱處理和精磨后，再沿軸線方向進行研磨 ，其表面粗糙度不大于 m 二、直澆道尺寸的確定 根據(jù)以上要點可以確定最佳尺寸為： D=60mm， H=30mm 溢流槽的設計 在模型設計中必須將溢流槽和澆注系統(tǒng)作為一個整體來考慮。本設計選擇的是梯形溢 流槽，如圖 27 所示 27梯形溢流槽 一、溢流槽的作用 存儲帶有雜質(zhì)和冷污的金屬，也起到過渡排氣的作用；容納充填中形成的渦流和冷隔的金屬液體；作為鑄件存放、運輸及加工時支撐、吊掛、裝夾或定位的附加部分；對于分別處于動、定模型腔內(nèi)的鑄件，在包緊力接近相等時，為了防止鑄件包緊在定模內(nèi)，在動模上布置溢流槽，增大對型芯的 包緊力，使鑄件在開模時隨動模帶出；作為鑄件出模時推桿推出的位置，防止鑄件變形或在鑄件表面留有推桿痕跡；轉移縮松、縮孔、渦流裹氣和冷隔部位。一般在模具設計時，事先在準備布置 集渣包 處保留一定的余地。隨著Inter/Intra 網(wǎng)絡和并行、高性能計算及事務處理的普及，異地、協(xié)同、虛擬設計及實時仿真也得到廣泛應用。在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械 CAD/CAE/CAM 領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM 軟件之一。它不但可以應用于工作站，而且也可以應用到單機上。 2． 單一數(shù)據(jù)庫 Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。這種獨特的數(shù)據(jù)結構與工程設計的完整的結合，使得一件產(chǎn)品的設計結合起來。 CAE 的功能簡介 HZCAE/ Inter CAST—中國鑄造領域最著名的模擬分析系統(tǒng)，是分析和優(yōu)化鑄件鑄造工藝的重要工具，它以鑄件充型過程、凝固過程數(shù)值模擬技術為核心對鑄件進行鑄造工藝分析。另外，還可以通過 HZCAE 提供的 CAD功能對實體造型進行簡單修改。流動場、耦合場分析技術在國內(nèi)首屈一指； 三、 后置處理： (1)后處理采用最新可視化技術、多媒體技術，豐富、直觀、生動，任意實時縮放、任意實時旋轉、任意實時剖切。在各種函數(shù)三維分布圖形畫面上，伴隨鼠標移動，在鼠標光標的延伸空間，以數(shù)字 方式即時刷新顯示鼠標所指單元相應的幾何、物理函數(shù)值，或區(qū)域極值，或區(qū)域統(tǒng)計值，包括： 鼠標所指單元的溫度、壓力、速度、凝固時間、 Niyama 函數(shù)、縮松孔隙率等函數(shù)值； 鼠標所指點所在的每個液相連通區(qū)域，每個縮孔連通孔腔，每個縮松連續(xù)區(qū)域等的體積，以及相關函數(shù)值在相應區(qū)域的極值等； 鼠標所指點的尺寸坐標、單元坐標位置、單元尺寸大小，也包括 STL圖形上任意點的三維尺寸坐標位置。在壓鑄過程中，壓鑄工藝參數(shù)有壓力、充填速度、金屬液充填特性和合金的溫度等，這些參數(shù)影響到金屬液填充和最終鑄件質(zhì)量。 由速度充型過程分析，由圖 38 可以看出在內(nèi)澆口之間容易出現(xiàn)集氣的缺陷，根據(jù)圖 39 分析得到在零件的右側由于其他部位已經(jīng)充滿，留有一部分最后充型，這樣會形成集氣，卷氣等缺陷；圖 310 到圖 313 充型過程相對穩(wěn)定；由圖 312可以確定最后充型的過程。 方案評估 相比較 5個內(nèi)澆口的方案與優(yōu)化后的方案：優(yōu)化后采用 2個內(nèi)澆口，這樣避免了在內(nèi)澆口之間存在集氣的缺陷，同時也避免了由于內(nèi)澆口過多，使得金屬液 流向復雜，難以控制最后充型的地方，對于設置溢流槽存在較大困難，同樣也避免了由于流向不同的金屬液相互沖擊造成的卷氣等缺陷。利用 Pro/E和華鑄 CAE對鋁合金平板充型的整個過程進行了數(shù)值模擬及模擬結果分析研究，探索出了較為理 想的工藝。 總之，將計算機 CAD/CAE技術應用在鑄造工業(yè)中，可以快速、準確、低成本地研究壓鑄產(chǎn)全過程，采用這項技術對于徹底改變壓鑄藝方案制訂中的盲目性、確保鑄件質(zhì)量、提高鑄造生產(chǎn)率乃至推動鑄造技術進步具有舉足輕重的作用。 設計得以完成，首先要謝謝李萍老師，因為設計是在老師的悉心指導下完成的。 在此，謹向李老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。 QA9wkxFyeQ^! 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