工藝參數(shù)ADC12鋁合金連桿端蓋擠壓鑄造過程的影響

根據(jù)鋁合金連桿的結(jié)構(gòu)特點,分析了鋁合金連桿的間接擠壓鑄造工藝,對模具進行了設(shè)計,采用ug進行了制件造型并使用procast軟件完成了鋁合金液充型、凝固過程的數(shù)值模擬。通過模擬研究了工藝參數(shù)對制件質(zhì)量的影響,最終得出在澆注溫度700℃、模具溫度200℃、比壓80mpa、保壓40s工藝下制件質(zhì)量最佳。

以某adc12鋁合金端蓋為例,運用procast軟件對該零件的壓鑄過程進行了數(shù)值模擬,并結(jié)合taguchi穩(wěn)健設(shè)計法研究了充型速度、模具溫度及澆注溫度對壓鑄件縮孔縮松缺陷的影響。通過計算各虛擬試驗所得縮孔縮松缺陷體積的信噪比,求解了各因素不同水平下的信噪比的均值及極差,得出充型速度40m/s、模具溫度280℃和澆注溫度650℃時該壓鑄件質(zhì)量穩(wěn)健性最好。同時得到影響壓鑄件縮孔縮松缺陷穩(wěn)定程度的最重要因素為模具溫度,其次是充型速度,澆注溫度對其影響程度最小。

采用ug三維建模軟件完成鋁合金連桿的建模,分析了鋁合金連桿的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求。綜合不同擠壓鑄造加工工藝的特點,采用雙重擠壓鑄造工藝成形零件。介紹了兩種不同的擠壓鑄造模具結(jié)構(gòu)及其工作過程,并對兩種結(jié)構(gòu)方案進行了比較。

簡要介紹了adc12鋁合金薄壁箱體件的質(zhì)量改進措施。

針對壓鑄鋁合金殼體件存在氣孔等鑄造缺陷,分析了其產(chǎn)生的原因,并用間接擠壓鑄造工藝取代壓鑄工藝。采用的間接擠壓鑄造工藝參數(shù):充型速度為0.03～0.05m/s,充型時間為0.2s,模具溫度為250～300℃,澆注溫度為720～740℃,加壓壓力為150mpa。工藝改進后,成功地制造出了耐1.5mpa氣密性要求的產(chǎn)品,其力學(xué)性能高于壓鑄產(chǎn)品,且內(nèi)部無鑄造缺陷。

壓鑄是制造行業(yè)中的一種加工工藝,能夠制造復(fù)雜的成型產(chǎn)品,廣泛用于汽車制造、機械制造等?，F(xiàn)主要分析鋁合金左端蓋的壓鑄工藝,并從澆注系統(tǒng)、成型零部件、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等方面進行設(shè)計分析,同時介紹了模具的設(shè)計。

鋁合金蓋體擠鑄成型后,鑄件留在上模,而通用液壓機無上頂件機構(gòu)。給出了擠壓鑄鋁合金蓋體的工藝參數(shù)和帶上頂件裝置的實用模具結(jié)構(gòu)。該模具在上模設(shè)一個用于頂件的小型活塞式副油缸,油缸活塞桿同上模的頂出機構(gòu)相連。油缸的上、下油孔分別通過高壓軟管與液壓機的常壓管路和控制管路連通,從而組成一個完整的上頂出裝置,解決了通用液壓機上擠壓鑄造鋁合金蓋體的上頂料問題。

本文主要探討擠壓鑄造替代壓鑄制造的鋁合金殼體工藝改進方法.由于在實際產(chǎn)品加工、生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)某壓鑄鋁合金殼體件在鑄造過程中存在氣孔等瑕疵.因此,本文通過對該鋁合金殼體件存在氣孔鑄造缺點的具體成因進行分析,最終決定采用擠壓鑄造方法取代壓鑄制造方法,對鋁合金殼體加工生產(chǎn)技術(shù)工藝進行優(yōu)化改進.實踐研究表明,采用擠壓鑄造技術(shù)工藝進行產(chǎn)品加工、生產(chǎn),能夠滿足生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),力學(xué)性能較好,產(chǎn)品無明顯的結(jié)構(gòu)性缺陷,符合相關(guān)鑄造技術(shù)要求.

本文以空心鋁合金型材為例,采用基于拉格朗日-歐拉算法的hyperxtrude有限元軟件對鋁型材擠壓成形過程進行了數(shù)值模擬,獲得了分流組合模擠壓過程中突破擠壓力、模具出口處金屬流速和型材變形量以及溫度場的分布特點,并討論了擠壓速度對上述指標(biāo)的影響規(guī)律。

擠壓鑄造技術(shù)對促進我國汽車行業(yè)的發(fā)展有重大意義，它是實現(xiàn)車輪行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心技術(shù)，可大大加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)由傳統(tǒng)重力鑄造和低壓鑄造后加工向更節(jié)能、高效的擠壓鑄造成型轉(zhuǎn)變，從而有效帶動產(chǎn)業(yè)升級，有效縮小與國際同行業(yè)的差距。該項目不僅具有良好的經(jīng)濟和社會效益，而且還能夠為汽車行業(yè)節(jié)能減排、促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整提供新的戰(zhàn)略思路。

基于擠壓鑄造過程微觀孔洞的形成機理,建立了模擬鋁合金擠壓鑄造過程微觀孔洞的數(shù)學(xué)模型.該模型考慮了傳熱、凝固收縮、補縮流動、壓力傳遞、氫(h)的再分配等因素,通過計算凝固收縮導(dǎo)致的補縮流動與壓力降低,以及擠壓過程的壓力傳遞,獲得擠壓鑄造過程糊狀區(qū)的壓力分布,結(jié)合微觀孔洞形成條件及h的守恒方程,計算微觀孔洞的體積分?jǐn)?shù).對不同工藝條件下鋁合金擠壓鑄造微觀孔洞進行了模擬計算,計算結(jié)果與實驗結(jié)果基本吻合.計算結(jié)果還表明,適當(dāng)提高模具溫度和擠壓壓力有利于減少微觀孔洞缺陷.

圍繞當(dāng)前最先進的擠壓鑄造設(shè)備,基于對鋁合金擠壓鑄造的實踐積累,從設(shè)備結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品特點等出發(fā),分析了整個工藝流程中應(yīng)該注意的若干重要因素,并提出了具有可操作性的技術(shù)方案。如澆注溫度一般要高于普通壓鑄;要嚴(yán)格監(jiān)控鋁液中si、mg、cu和fe等元素的含量;內(nèi)澆口截面通常都比較厚大,流道的長度盡量縮短;慎重設(shè)定由充填澆道到充填型腔階段的沖頭速度和向高速充填階段的切換位置;采用通道較大的排氣和集渣設(shè)計等。對國內(nèi)擠壓鑄造所面臨的若干瓶頸問題作了分析,并對未來發(fā)展進行了探討。

基于有限差分法,對大型鋁合金支架間接擠壓鑄造充型和凝固過程進行了數(shù)值模擬。通過對模擬結(jié)果的分析,確定了澆注溫度為700℃,壓射速度為0.03m/s,完成了模具結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計,并制作了模具,進行了支架擠壓鑄造的試制。分析了試制過程鑄件缺陷產(chǎn)生的原因,發(fā)現(xiàn)氣孔和氧化夾渣等是主要缺陷,通過調(diào)整脫模劑的配方,適當(dāng)減少脫模劑的噴涂,縮短擠壓鑄造循環(huán)時間等,獲得了品質(zhì)和性能良好的支架鑄件。

研究了擠壓鑄造工藝對鋁合金組織和性能的影響。結(jié)果表明,隨著比壓的增加,鋁合金抗拉強度逐漸升高。比壓較低時,主要表現(xiàn)為消除鑄件缺陷;比壓較高時,主要表現(xiàn)為提高合金液結(jié)晶性能,鑄件晶粒得到細化,最佳比壓強度150mpa。鋁合金鑄件抗拉強度隨鑄型溫度升高先增加后減小,最佳鑄型溫度220℃。隨澆注溫度升高,鋁合金抗拉強度升高,最佳澆注溫度770℃。鋁合金抗拉強度隨保壓時間增加先增加后減小,保壓時間25s達到最大值。

以tih2為發(fā)泡劑的熔融鋁合金發(fā)泡過程是一個非等溫過程,初始發(fā)泡溫度與tih2的加入量之間有一最佳配合,在本實驗條件下,tih2(〈300目)加入量為2%(w),初始發(fā)泡溫度680℃,可使含鈣2%(w)和鎂1%(w)的工業(yè)純鋁獲得良好的發(fā)泡效果,實驗表明,選擇凝固溫度區(qū)間大的鋁合金材料,有利于發(fā)泡過程的工藝參數(shù)控制。

以tih2為發(fā)泡劑的熔融鋁合金發(fā)泡過程是一個非等溫過程,初始發(fā)泡溫度與tih2的加入量之間有一最佳配合,在本實驗條件下,tih2(〈300目)加入量為2%(w),初始發(fā)泡溫度680℃,可使含鈣2%(w)和鎂1%(w)的工業(yè)純鋁獲得良好的發(fā)泡效果,實驗表明,選擇凝固溫度區(qū)間大的鋁合金材料,有利于發(fā)泡過程的工藝參數(shù)控制。

采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn)al-7si-mg鋁合金汽車控制臂,以期用擠壓鑄造代替鍛造。結(jié)果表明,擠壓鑄造控制臂內(nèi)部組織致密,晶粒細小,枝晶壁間距小于40μm;抗拉強度大于310mpa,屈服強度大于240mpa,伸長率達到12%,硬度(hb)為100左右;各項技術(shù)指標(biāo)顯著提高,生產(chǎn)成本降低,產(chǎn)品精度和生產(chǎn)效率提高。

采用擠壓鑄造法,通過專用模具,對鋁合金薄壁殼體件進行了初步成形研究,探討了模具溫度、澆注溫度、壓力大小及保壓時間等對制件成形的影響,并檢測了制件的拉伸性能,微觀結(jié)構(gòu)以及斷口特征等。結(jié)果表明,澆注溫度是成形成功與否的關(guān)鍵,提高澆注溫度有利于充型,720~740℃之間是充型的最佳溫度區(qū)間。在該溫度下成形,制件塑性、強度都能滿足使用要求。同時,擠壓鑄件微觀晶粒細小,無枝晶產(chǎn)生;斷口呈現(xiàn)韌性特征。

采用擠壓鑄造工藝生產(chǎn)了2a50大型鋁合金輪轂,借助金相組織分析、微觀形貌觀察和力學(xué)性能測試等手段,對2a50變形鋁合金在擠壓鑄造狀態(tài)下的熱處理工藝進行了試驗研究。結(jié)果表明,合金的過燒溫度為530℃;經(jīng)過505℃×8h+515℃×2h固溶處理和160℃×12h時效處理,合金力學(xué)性能σb≥400mpa、δ≥6.5%;合金組織致密,晶粒細化,無各向異性。

針對輪椅短車架零件的結(jié)構(gòu)特點,結(jié)合生產(chǎn)實際,運用anycasting軟件模擬了流道尺寸對縮孔、縮松的影響。結(jié)果表明,擠壓鑄造流道設(shè)計對鑄件的補縮效果有重要影響,擠壓鑄造時合金液在補縮壓力下流經(jīng)澆道對鑄件進行補縮,但對遠離澆口的鑄件厚大部位因壓力傳遞的有效性受到限制。采用局部擠壓或冷卻水、激冷塊等措施來調(diào)節(jié)厚大部位的凝固順序,可以減少縮孔、縮松缺陷。

從宏觀的角度總結(jié)了影響雙流澆注連續(xù)鑄造制備鋁合金梯度材料的因素,分析了確定澆注溫度、鑄造速度、內(nèi)澆包的導(dǎo)流管設(shè)計等關(guān)鍵工藝參數(shù)時需要注意的問題,以便控制上述參數(shù)在一定的范圍內(nèi)變化,確保鋁合金獲得所期望的梯度分布。并以2024/3003合金的制備為例,提供了一些操作可行的參數(shù),這些工作將為雙流澆注連續(xù)鑄造制備鋁合金梯度材料提供指導(dǎo)

以汽車輪轂為例,運用anycasting鑄造模擬軟件開展低壓鑄造數(shù)值模擬研究。模擬結(jié)果顯示,鑄造模擬軟件能有效模擬鑄件充型和凝固產(chǎn)生的過程,并準(zhǔn)確預(yù)測鋁合金低壓鑄造充型和凝固過程中汽車輪輻和輪轂產(chǎn)生缺陷的位置。針對凝固過程中縮松縮孔缺陷,設(shè)計了汽車輪轂風(fēng)冷系統(tǒng),消除了輪轂的縮松縮孔現(xiàn)象,提高了鑄造鋁合金輪轂的質(zhì)量。