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大型零件复合挤压铸造成形系统的研究

闵好年  
【摘要】:挤压铸造成形技术的特点是金属熔液在高压下结晶成形,得到的铸件缩孔减少、组织致密、力学性能优良,并可实现“近净成形”。随着国内制造业特别是汽车、航空航天等产业的高速发展,市场对大型零件的需求和要求日益提高,该技术对提高铸件性能和改善铸件缺陷等特点越来越受到青睐和重视。目前国内由于受到设备的限制,对大型零件的挤压铸造成形技术研究相对较少,因此针对大型零件开展挤压铸造成形方法以及成形系统的研究是有一定意义的。本文针对大型零件挤压铸造成形系统的成形方法、设计理论、仿真分析方法、测试技术及实验研究开展一系列研究。 首先综合分析了现有直接挤压铸造及间接挤压铸造的技术特点以及在制备大型零件时容易出现的问题,在此基础上提出了复合挤压铸造成形方法,针对金属熔液在封闭空间内传输及模具预合型等特点进行了复合挤压铸造成形设备的总体设计,以复合挤压铸造成形设备为原型建立了复合挤压铸造成形系统的系统模型,确定了后续研究的技术路线。 其次本文针对大型零件成形时输液量大、输液路程长、系统复杂和保温要求高等特点设计制造了熔液输送系统,该系统包括气压驱动装置、输液管道以及相应的控制软硬件。对熔液输送系统进行了详细设计,建立了输液管道的温度控制模型,确定了温度保持装置的相关参数。该系统的测试结果表明较好地解决了大型零件挤压铸造输液问题。 针对大型零件复合挤压铸造系统对模具的特殊要求,本文设计制造了浮动式刚性支撑模具,该模具可实现精确预合型和实现定量充型。模具设计过程中对浮动式结构进行了运动仿真分析,仿真结果表明,模具无论是在自重还是在受压驱动的情况下均能正常工作,验证了该模具可满足大型零件复合挤压铸造的成形要求。 本文建立的复合挤压铸造成形系统的系统模型提供了大型零件复合挤压铸造生产物流系统仿真的基础,生产物流系统仿真分析了复合挤压铸造生产物流系统各种装置的时序关系和设备闲置率,探讨了提高生产率和设备利用率的技术途径,有助于进一步完善大型零件复合挤压铸造系统。 最后根据系统设计方案设计制造复合挤压铸造成形系统,对Al-Cu材料大型轮毂进行成形试验。试验结果表明,复合挤压铸造成形方法建压速度较快,有利于提高铸件质量。在充分发挥浮动式刚性支撑模具特点的前提下,基本保证了定量充型。该系统成形的大型轮毂零件精度和性能指标基本达到设计要求,验证了该系统挤压铸造成形大型零件的可行性、有效性和实用性。


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