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铝合金轮毂低压铸造过程温度场模拟及工艺参数优化

杨奋飞  
【摘要】:随着市场上对汽车轻量化和安全性要求的不断提高,汽车的铝化率也在不断的提高。汽车轮毂作为汽车上的关键部件,最早采用铝合金材料,使其满足了舒适性、轻量化和外观性等多项要求。低压铸造是铝合金轮毂主要的生产方法之一,其金属利用率达80%以上并易实现机械化和自动化,与传统铸造方法相比有明显优势。因此,是铸造的发展方向之一。 本文利用有限元软件对汽车铝合金轮毂低压铸造的过程进行模拟分析,并对铝合金轮毂充型过程的特点和凝固过程的温度场进行研究,旨在优化铝合金轮毂低压铸造工艺参数,解决某公司在实际生产铝合金轮毂时经常出现的铸造缺陷。具体的工作内容和得到的结论如下: (1)分析了铝合金轮毂低压铸造时铝合金液体凝固过程的传热特点,建立了凝固过程温度场微分方程——非线性瞬态传热微分方程,并根据实际生产情况确定了传热边界条件和铝合金材料的物性参数; (2)利用UG软件建立了铝合金轮毂的三维模型,并对其进行了模具设计,得到了轮毂和模具的三维模型,并导入有限元分析软件ANSYS中建立了铝合金轮毂的有限元分析模型; (3)利用ANSYS软件对铝合金轮毂低压铸造时的充型行为和凝固过程中的非线性瞬时温度场进行了有限元模拟仿真,得出在轮毂的轮辋和轮辐的交接处,凝固较慢且得不到外面铝液的补充,容易形成缩松缩孔缺陷; (4)采用全面实验的方法对影响铝合金轮毂低压铸造的两个主要因素——浇注温度和充型速度进行了优化,得出铝合金轮毂低压铸造最佳的浇铸温度时700℃,最佳的加压速度是0.0016MPa/s,此时得到的铝合金轮毂的质量最好。


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