【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(shè)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(jī)技術(shù)在壓鑄方面的應(yīng)用，分析鑄件進(jìn)行計算機(jī)數(shù)值模擬的目的和意義。經(jīng)過多次的計算機(jī)模擬和方案改進(jìn)，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(jī)數(shù)值模擬，從而實現(xiàn)了科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)，為今后將CAD/CAE 技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用到實際生產(chǎn)中進(jìn)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(dá) 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(guān)），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(yīng)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(jìn)入一個新的發(fā)展時期。 由于整個壓鑄過程都是 在壓鑄機(jī)上完成，因此，隨著對壓鑄件的質(zhì)量、產(chǎn)量和擴(kuò) 大應(yīng)用的需求，開始對壓鑄設(shè)備提出新的更高的要求，傳統(tǒng)壓鑄機(jī)已經(jīng)不能滿足這些要求，因此，新型壓鑄機(jī)以及新工藝、新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。以下介紹的便是壓鑄行業(yè)中出現(xiàn)的新工藝技術(shù)。由于型腔抽氣技術(shù)的圓滿解決，真空壓鑄在 20 世紀(jì) 50 年代曾盛行一時，但后來應(yīng)用不多?？蓽p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(yīng)。這種三氧化二鋁質(zhì)點顆粒細(xì)小，約在 1μm 以下，其重量占鑄件總重量的 %～ %,不影響力學(xué)性能，并可使鑄件進(jìn)行熱處理。 （ 4）半固態(tài)壓鑄 半固態(tài)壓鑄是當(dāng)金屬液在凝固時，進(jìn)行強(qiáng)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(jìn)行壓鑄的方法。冷壓室壓鑄機(jī)按其壓室結(jié)構(gòu)和布置方式又分臥式、立式兩種形式。當(dāng)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(jī)的運(yùn)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(dǎo)電導(dǎo)熱性好 : 鋁的導(dǎo)電導(dǎo)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(fù)雜但輪廓清晰的鑄件。因此，個別壓鑄件不需要經(jīng)過機(jī)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(yīng)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(dǎo)致壓鑄件表面鼓包，影響質(zhì)量與外觀。 (3)壓鑄的生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)用高。其發(fā)展趨勢是輔助設(shè)計澆注系統(tǒng)。主要針對鑄件殘余應(yīng)力和殘余變形進(jìn)行模擬，而液固共存時應(yīng)力場數(shù)值模擬是應(yīng)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(shù)。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(xué)的研究熱點之一。 目前，國內(nèi)有關(guān)低壓鑄造 CAE 技術(shù)的研究越來越多，關(guān) 于其他壓力鑄造的卻非 常少。 壓鑄工藝設(shè)計的內(nèi)容 本文開展鋁合金平板壓鑄工藝設(shè)計以及充型過程的計算機(jī)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(dá)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(shù)在壓鑄成型中的應(yīng)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(shè)計、集渣包的設(shè)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(jìn)行充型模擬，并根據(jù)模擬結(jié)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(cè)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(jī)的選擇 ************* 本課題設(shè)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(xiàn)《壓鑄模設(shè)計手冊》第 50 頁圖 35 查出， 選擇壓鑄機(jī)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(jī)，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(jié)構(gòu)，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(shè)計直接影響著金屬液在模型中的流動狀態(tài)以及進(jìn)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(fù)雜多樣，涉及的因素很多，設(shè)計時難以完全滿足應(yīng)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(jìn)行內(nèi)澆口設(shè)計時，經(jīng)驗是很重要的因素。 三、內(nèi)澆口設(shè)計的原則： (1)有利于壓力傳遞，一般設(shè)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(shè)置內(nèi)澆道。 六、內(nèi)澆口尺寸設(shè)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(shè)計要點： (1)橫澆道的截面積應(yīng)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(kuò)大的現(xiàn)象，金屬液流過這里時則會出現(xiàn)負(fù)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(yīng)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(shè)計 臥式冷室壓鑄機(jī)直澆道一般由壓鑄機(jī)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(yīng)在熱處理和精磨后，再沿軸線方向進(jìn)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(shè)計 在模型設(shè)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(shè)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(yùn)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(zhuǎn)移縮松、縮孔、渦流裹氣和冷隔部位。一般在模具設(shè)計時，事先在準(zhǔn)備布置 集渣包 處保留一定的余地。隨著Inter/Intra 網(wǎng)絡(luò)和并行、高性能計算及事務(wù)處理的普及，異地、協(xié)同、虛擬設(shè)計及實時仿真也得到廣泛應(yīng)用。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的 CAD/CAM 軟件之一。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)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(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。 CAE 的功能簡介 HZCAE/ Inter CAST—中國鑄造領(lǐng)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(shù)為核心對鑄件進(jìn)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(jìn)行簡單修改。流動場、耦合場分析技術(shù)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(shù)、多媒體技術(shù)，豐富、直觀、生動，任意實時縮放、任意實時旋轉(zhuǎn)、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(biāo)移動，在鼠標(biāo)光標(biāo)的延伸空間，以數(shù)字 方式即時刷新顯示鼠標(biāo)所指單元相應(yīng)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(biāo)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(biāo)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(guān)函數(shù)值在相應(yīng)區(qū)域的極值等； 鼠標(biāo)所指點的尺寸坐標(biāo)、單元坐標(biāo)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(biāo)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(cè)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(fù)雜，難以控制最后充型的地方，對于設(shè)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(jìn)行了數(shù)值模擬及模擬結(jié)果分析研究，探索出了較為理 想的工藝。 總之，將計算機(jī) CAD/CAE技術(shù)應(yīng)用在鑄造工業(yè)中，可以快速、準(zhǔn)確、低成本地研究壓鑄產(chǎn)全過程，采用這項技術(shù)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(shù)進(jìn)步具有舉足輕重的作用。 設(shè)計得以完成，首先要謝謝李萍老師，因為設(shè)計是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。 在此，謹(jǐn)向李老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 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