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镁合金汽缸铸造工艺及模拟分析

王磊  
【摘要】:汽车产业的竞争在一定程度上是新产品不断推陈出新的过程,这已成为目前汽车企在市场竞争中立于不败之地的必要条件,其中新材料、新工艺的不断应用已成为汽车产品发展的亮点,特别是以轻质节能材料为代表的镁合金在汽车上的应用备受青睐。镁合金与其他结构材料相比,具有低的密度、良好的比强度和比刚度、优异的阻尼减振性和降躁性等优点。但镁合金存在强度低,耐热性能差的致命弱点,在一定程度上制约了在汽车零部件上得应用。在成型工艺上,镁合金铸件存在凝固速度快,凝固区间大,充型速度要求高,容易产生缺陷等问题。因此,开展镁合金铸件充型过程和凝固过程的模拟研究,预测充型和凝固过程产生的缺陷,对实际生产具有指导意义。 本文选用Mg-Sn-Si-Sr耐热镁合金,针对气缸盖的铸造工艺开展模拟研究。首先运用三维CAD软件进行铸件三维实体造型,其次分别以金属型重力铸造和低压铸造工艺为模拟条件,采用ProCAST软件模拟镁合金冲型和凝固过程,并预测缺陷不同铸造条件条件下缩松的体积分数。获得如下主要结论: (1)建立了发动机汽缸盖的三维实体模型、镁合金冲型过程的温度场和流场。 (2)根据金属型重力铸造和低压铸造工艺特点,制定了相应的工艺参数,设计了两种铸造方法的铸造工艺。 (3)在金属型重力铸造条件下,当浇注温度为680°C时,所设计的浇注系统能够实现顺序凝固,实现冒口和浇道共同补缩要求,但靠近内浇道一侧,存在部分缺陷。在结合侧冒口的条件下,提高浇注温度至700°C时,可减少缺陷的形成。 (4)在低压铸造条件下,在充型阶段的加压速度为0.0026MPa/s,保压压力为0.85个大气压的条件下,可以获得平稳的冲型过程,和重力铸造相比,所预测的缩孔缺陷体积分数也明显减少。


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