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原文传递汽车铝合金变速箱低压铸造数值模拟及工艺优化

论文题名：	汽车铝合金变速箱低压铸造数值模拟及工艺优化
关键词：	铝合金变速箱;低压铸造;数值模拟;工艺优化
摘要：	我国汽车工业经过几十年的发展,正在经历从一个汽车工业大国向汽车工业强国的转变,汽车工业逐渐成为我国国民经济的支柱产业,得益于汽车产业的迅猛发展,铝合金汽车铸件产业也得到大力发展。目前,绝大多数的汽车铝合金铸件采用低压铸造生产,低压铸造和其他铸造方式相比属于特种精密铸造方式,为了获得组织致密铸件,低压铸造在金属溶液上施加了相对较小的压力,金属液进入模具后,在这种压力下进行充型和凝固。铝合金轮毂,铝合金箱盖类零件市场需求量越来越大,低压铸造有很多优点,铸造出的铝合金产品质量较好,因此国内外多采用低压铸造生产汽车铝合金铸件,绝大多数的铝合金轮毂,铝合金缸盖采用低压铸造。本文的汽车铝合金变速箱也采用低压铸造的方法。　　对影响铸件形成因素进行有成效的控制,才能够生产合格的产品。传统上生产铸件,只是对铸件的形成过程进行了粗糙的控制,而且在控制过程中只能依靠经验和常规理论。传统的控制系统的铸造工艺存在两点局限性:一是只能简单定性分析;二是要确定工艺必须要反复试制。对场的变化进行精确的分析单靠我们人力是非常困难的,因此我们要借助计算机。计算机通过精确的计算来获得铸件形成过程中各个阶段场的变化,最终得到生产合格产品的各种控制参数,这些控制参数包括应力场、浓度场、流场以及温度场等。　　本文以A356铝合金变速箱铸件为例,采用三维绘图软件Solidworks对变速箱进行3D造型,运用ProCAST对其原工艺的低压铸造充型和凝固过程进行数值模拟。根据铸件充型过程数值模拟结果,发现原工艺充型过程中金属液面充填极不平稳,且在充型过程中产生大量的氧化夹杂和卷气,变速箱并不能顺序凝固,造成变速箱浇口位置和变速箱上端厚大部位缩孔缩松比较严重。对原工艺改变模具温度进行充型凝固数值模拟,发现模具预热温度过高,金属液充型到6.8s时无法进行下去,模具预热温度过低,充型过程中氧化夹杂和卷气比较严重,变速箱铸造缺陷也比较严重,因此得出模具预热温度在350℃时,变速箱铸造质量相对较好。通过改进浇注系统,合理设计浇口位置后,再次进行充型过程数值模拟,发现金属液面充型基本平稳,没有出现大的波动,凝固过程数值模拟结束后观察结果,发现变速箱缩孔缩松铸造缺陷有很大改善,对原工艺模拟结果进行系统分析后发现,造成缺陷的主要原因在于浇注温度过高。进行工艺优化,降低浇注温度至700℃,再次进行铸造过程数值模拟,发现缩孔缩松缺陷得到有效控制。当进一步降低浇注速度至0.0016MPa/s时,变速箱铸造缺陷得到进一步改善。综合分析得出,最佳浇注温度、加压速度以及模具预热温度分别是700℃、0.0016MPa/s、350℃,最终在此工艺下得到的铸造铸件的质量最好。
作者：	肖飞
专业：	车辆工程
导师：	谢世坤
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南昌大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文