铝合金气缸盖低压铸造模具的优化设计

本文分析了低压整体式铝合金轮毂的低压铸造工艺性,并从铸型分型面、铸型型腔尺寸和铸型壁厚的确定,铸型排气系统、浇注系统、冷却系统的设计等几方面介绍了该产品模具结构设计要点。

针对铝合金箱体接头零件的结构特点,进行了低压铸造模具设计及工艺研究。从模具分型面、型腔尺寸和模具壁厚、排气系统及抽芯方式等方面进行了模拟分析。结果表明,金属液充型平稳,可实现顺序凝固,并具有良好的补缩效果。验证了低压铸造工艺方案和模具结构的合理性。

采用ug三维建模软件完成铝合金连杆的建模,分析了铝合金连杆的结构特点和技术要求。综合不同挤压铸造加工工艺的特点,采用双重挤压铸造工艺成形零件。介绍了两种不同的挤压铸造模具结构及其工作过程,并对两种结构方案进行了比较。

基于低压铸造的基础理论,在总结低压铸造浇注系统的设计计算方法基础上,推导出了带砂芯的汽车缸盖金属型低压铸造内浇道截面积的计算方法。并通过anycasting软件对利用该计算方法设计的汽车缸盖低压铸造内浇道进行数值模拟,验证了该计算方法的实用性和正确性。

利用铸件凝固过程数值分析方法研究了铝合金汽缸盖的低压铸造凝固过程,预测了缸盖铸件内部可能产生的缺陷。模拟显示,内浇口到零件厚壁之间的通道易形成缩孔缺陷。根据模拟结果及理论,对低压铸造工艺进行了优化设计,分别采用增设冷却系统、控制模具的预热温度、对浇口进行保温处理三种工艺措施。同时采用上述三种工艺措施,对消除缸盖铸件热节点的缩孔、缩松缺陷效果最好。

针对大型铝合金轮毂低压铸造过程中在热节处产生的缩松、缩孔问题,提出改变模具温度和模具厚度的方法消除缺陷,但对＂孤立熔池＂现象影响较小。为此在以上两种优化工艺的基础上,又在对应产生缺陷部位的模具上加设水冷管。结果表明,该方法不仅使轮毂实现顺序凝固,消除了轮毂厚大部位的缺陷,还提高了轮毂的冷却速度,缩短了生产周期。

制造过程实质上是信息采集、传输、处理及应用的过程。将制造信息数字化,用数字信息驱动制造系统完成造物的过程称为数字制造。数字制造不仅能提高制造效率而且能显著降低制造成本。本文以汽车制动系阀盖为例介绍了基于pro/e的压力铸造模具的开发过程,分析了压力铸造模具数字设计与制造的特点。

针对某缸盖件的形状特点,采用改变低压铸造充型斜率的方法,对低压铸造充型进行了优化。实践证明该方案是可行的。

通过改善合金充型及凝固条件,对铝合金盘类铸件低压铸造工艺方案进行优化,消除了铸件表面类似“折叠”缺陷,获得了品质优良的铸件。

以汽车轮毂为例,运用anycasting铸造模拟软件开展低压铸造数值模拟研究。模拟结果显示,铸造模拟软件能有效模拟铸件充型和凝固产生的过程,并准确预测铝合金低压铸造充型和凝固过程中汽车轮辐和轮毂产生缺陷的位置。针对凝固过程中缩松缩孔缺陷,设计了汽车轮毂风冷系统,消除了轮毂的缩松缩孔现象,提高了铸造铝合金轮毂的质量。

铝合金缸盖是轿车发动机的重要部件,它在发动机工作过程中始终处于高温状态(当燃气在燃烧室内爆燃时,气体温度瞬间高达1100℃以上),承受较大的热冲击并产生应力集中,工作条件较为恶劣。其质量优劣直接影响发动机的性能。

低压铸造工艺已用于生产汽车发动机铝合金缸体缸盖。论文对国家智能制造装备发展专项《年产45万件汽车发动机铝合金缸盖缸体低压铸造数字化车间》实施的任务、车间总体布局、主要工艺方案及相关节能、环保措施进行分析总结,以供相似项目设计参考。

本文采用模块化的思想,研究和设计了铝合金低压铸造kbe(knowledge-basedengineering)系统的知识数据库的结构,将其分为三个模块:显性知识子模块、三维实体子模块、规则知识子模块。阐述了知识的表示形式。

铝合金盖体挤铸成型后,铸件留在上模,而通用液压机无上顶件机构。给出了挤压铸铝合金盖体的工艺参数和带上顶件装置的实用模具结构。该模具在上模设一个用于顶件的小型活塞式副油缸,油缸活塞杆同上模的顶出机构相连。油缸的上、下油孔分别通过高压软管与液压机的常压管路和控制管路连通,从而组成一个完整的上顶出装置,解决了通用液压机上挤压铸造铝合金盖体的上顶料问题。

德国专利de19925666缸体、缸盖可采用本专利提出的含ni、cu、mn和fe的铝硅合金来制造,其化学成分是（wt%）：6.80~7.20si,0.35~0.45fe,0.30~0.40cu,0.25~0.30mn,0.35~0.45mg,0.45~0.55ni,0.10~0.15zn,0.11~0.15ti,其余是al和微量杂质,浇注温度为720~740℃,冷速0.1~10k/s,采用530℃×5h固溶处理,80℃水淬和160~200℃×6h人工时效处理。

针对细辐条铝合金汽车轮毂的低压铸造过程中,辐条根部容易产生的缩孔缺陷问题,设计了一种点冷却的温度控制方法,并用试验证明了该方法的控制能力。通过辐条处的局部温度有效监测和控制,实现铝合金液由轮毂边缘到中心的顺序凝固,消除了辐条根部缩松、缩孔,在生产中取得了良好的效果。

德国专利de19925666缸体、缸盖可采用本专利提出的含ni、cu、mn和fe的铝硅合金来制造,其化学成分是（wt%）：6.80~7.20si,0.35~0.45fe,0.30~0.40cu,0.25~0.30mn,0.35~0.45mg,0.45~0.55ni,0.10~0.15zn,0.11~0.15ti,其余是al和微量杂质,浇注温度为720~740℃,冷速0.1~10k/s,采用530℃×5h固溶处理,80℃水淬和160~200℃×6h人工时效处理。

铝合金涡轮是铁路机车上的重要配件,其零件如图1所示。铸件重为42kg,结构复杂,要求在0.5mpa压力下进行水压试验,保压5min不许有任何泄漏。此铸件壁厚不均匀,薄壁处的叶片3.4mm,厚壁处70～90mm,叶片不能有冷隔、缺肉、相互串通等缺陷,增加了铸造生产的难度。对这种高气密性的要求,决定了铸件内部不得有任何影响气密性的砂眼、气孔、缩孔和缩松等铸造缺陷。铝合金涡轮铸件是采用树脂砂砂芯、金属型低压铸造工艺生产的,以往在生产过程中由于工艺

针对变速箱箱体的结构及其成形工艺进行了分析,制定了间接挤压铸造工艺方案。在用立式挤压铸造机scv-2000生产的铸件上发现冷夹层和缩孔、缩松缺陷。经过模具优化设计,采用带有集渣腔的浇口套和局部加强型芯,消除了内浇口附近箱壁上的冷夹层和缩孔、缩松等缺陷。微观组织和力学性能检测得知,其抗拉强度为317mpa,伸长率为6.1%,硬度(hbs)为99,满足使用要求。x射线探伤结果表明,铸件组织致密,无气孔、缩孔、缩松等缺陷。

利用专业铸造模拟仿真有限元分析软件procast对某出水器本体初始低压铸造工艺过程进行模拟仿真分析,模拟结果显示,出水器本体内部型腔多处出现孤岛现象,产生严重的缩孔、缩松缺陷。对出水器本体及其模具结构进行改进,并对改进方案进行模拟分析,结果表明改进后工艺方案明显减少了孤岛效应。将改进后的工艺方案投入试生产,产品抽检结果与模拟结果基本吻合。

为探讨低压铸造在铝合金减震筒铸造中的应用,以铝合金摩托车减震筒为例,对低压铸造实施过程和铸造结果进行分析。结果表明:低压铸造用于铝合金减震筒铸造,能够减少减震筒铸件的质量缺陷,有助于提高铝合金减震器铸造质量。

本文作者结合工作经验，从铸造工艺的重要性说起，主要探讨了铝合金箱体实际铸造工艺方面，具有一定的借鉴意义。