汽車鋁合金變速箱低壓鑄造數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化.pdf

1、我國(guó)汽車工業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,正在經(jīng)歷從一個(gè)汽車工業(yè)大國(guó)向汽車工業(yè)強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變,汽車工業(yè)逐漸成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),得益于汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,鋁合金汽車鑄件產(chǎn)業(yè)也得到大力發(fā)展。目前,絕大多數(shù)的汽車鋁合金鑄件采用低壓鑄造生產(chǎn),低壓鑄造和其他鑄造方式相比屬于特種精密鑄造方式,為了獲得組織致密鑄件,低壓鑄造在金屬溶液上施加了相對(duì)較小的壓力,金屬液進(jìn)入模具后,在這種壓力下進(jìn)行充型和凝固。鋁合金輪轂,鋁合金箱蓋類零件市場(chǎng)需求量越來(lái)越大,低壓鑄造

2、有很多優(yōu)點(diǎn),鑄造出的鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量較好,因此國(guó)內(nèi)外多采用低壓鑄造生產(chǎn)汽車鋁合金鑄件,絕大多數(shù)的鋁合金輪轂,鋁合金缸蓋采用低壓鑄造。本文的汽車鋁合金變速箱也采用低壓鑄造的方法。
　　對(duì)影響鑄件形成因素進(jìn)行有成效的控制,才能夠生產(chǎn)合格的產(chǎn)品。傳統(tǒng)上生產(chǎn)鑄件,只是對(duì)鑄件的形成過(guò)程進(jìn)行了粗糙的控制,而且在控制過(guò)程中只能依靠經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)理論。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的鑄造工藝存在兩點(diǎn)局限性:一是只能簡(jiǎn)單定性分析;二是要確定工藝必須要反復(fù)試制。對(duì)場(chǎng)的變化

3、進(jìn)行精確的分析單靠我們?nèi)肆κ欠浅＠щy的,因此我們要借助計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過(guò)精確的計(jì)算來(lái)獲得鑄件形成過(guò)程中各個(gè)階段場(chǎng)的變化,最終得到生產(chǎn)合格產(chǎn)品的各種控制參數(shù),這些控制參數(shù)包括應(yīng)力場(chǎng)、濃度場(chǎng)、流場(chǎng)以及溫度場(chǎng)等。
　　本文以A356鋁合金變速箱鑄件為例,采用三維繪圖軟件Solidworks對(duì)變速箱進(jìn)行3D造型,運(yùn)用ProCAST對(duì)其原工藝的低壓鑄造充型和凝固過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。根據(jù)鑄件充型過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)原工藝充型過(guò)程中金屬液面充填

4、極不平穩(wěn),且在充型過(guò)程中產(chǎn)生大量的氧化夾雜和卷氣,變速箱并不能順序凝固,造成變速箱澆口位置和變速箱上端厚大部位縮孔縮松比較嚴(yán)重。對(duì)原工藝改變模具溫度進(jìn)行充型凝固數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)模具預(yù)熱溫度過(guò)高,金屬液充型到6.8s時(shí)無(wú)法進(jìn)行下去,模具預(yù)熱溫度過(guò)低,充型過(guò)程中氧化夾雜和卷氣比較嚴(yán)重,變速箱鑄造缺陷也比較嚴(yán)重,因此得出模具預(yù)熱溫度在350℃時(shí),變速箱鑄造質(zhì)量相對(duì)較好。通過(guò)改進(jìn)澆注系統(tǒng),合理設(shè)計(jì)澆口位置后,再次進(jìn)行充型過(guò)程數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)金屬液面

5、充型基本平穩(wěn),沒有出現(xiàn)大的波動(dòng),凝固過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)束后觀察結(jié)果,發(fā)現(xiàn)變速箱縮孔縮松鑄造缺陷有很大改善,對(duì)原工藝模擬結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析后發(fā)現(xiàn),造成缺陷的主要原因在于澆注溫度過(guò)高。進(jìn)行工藝優(yōu)化,降低澆注溫度至700℃,再次進(jìn)行鑄造過(guò)程數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)縮孔縮松缺陷得到有效控制。當(dāng)進(jìn)一步降低澆注速度至0.0016MPa/s時(shí),變速箱鑄造缺陷得到進(jìn)一步改善。綜合分析得出,最佳澆注溫度、加壓速度以及模具預(yù)熱溫度分別是700℃、0.0016MPa/s、3