铝合金振动挤压铸造的机理研究及其装置设计

【摘要】：铝合金因为其密度小、比强度高、导热性好等优点,在汽车航空等领域被广泛应用。铸造作为一种传统的金属热加工工艺方法,和其它的成形工艺相比有许多优势,其生产成本低,材料利用率高,节约资源等,在机床、汽车、拖拉机、动力机械等制造业中应用广泛。不断改进合金铸造工艺,优化铸造生产方法,对制造业来说意义重大。本文研究铝合金振动挤压铸造方法,该方法是对传统铸造方法的思考和总结、为能更好发挥挤压和振动在铝合金铸造中的优势而提出来的。振动挤压铸造工艺方法将振动复合到挤压力上,使静挤压力变成动挤压力,同时它将振动直接传递到铝合金熔液中,形成振动场,而不需要将铸造设备整体放在振动台上施加振动,实用性更强。对所提出的振动挤压铸造方法的成形原理进行了说明,同时对振动挤压补缩机理和碎晶机理进行了理论推导分析,结果表明:振动挤压铸造能加大熔液自身重力加速度,增大补缩动力,同时破碎二次枝晶,扩大补缩通道,从而能较好的减少铸件缩孔缩松缺陷;振动挤压一方面能够较大的增加二次枝晶臂受到的最大正应力和最大切应力,使其更容易断裂,从而细化了晶粒,另一方面振动挤压过程中所产生的冲击作用也能使碎晶效果更明显。在振动挤压铸造理论分析可行的基础之上进行了实验,自主设计搭建了振动挤压铸造实验平台,对实验平台的可靠性进行了数值分析,同时还设计了振动挤压铸造实验方法、实验内容、实验步骤以及实验工艺参数,进行了相应的实验并对实验结果进行了处理分析,实验结果表明,振动挤压铸造相比于重力铸造和静挤压铸造,使材料利用率明显提高,理想状态材料利用率可以达到100%,在合理范围内振动挤压时间越长,宏观质量越好。在补缩方面,振动挤压铸造对合金补缩效果也更为理想,铸件的宏观和微观孔洞缺陷较重力铸造和静压铸造都明显降低,在合理范围内振压时间越长,补缩效果越好。在碎晶方面,振动挤压铸造的碎晶效果也很好,二次枝晶臂间距较重力铸造和静压铸造都要小,对铸件力学性能也有一定的改善。针对振动挤压铸造的工程应用,在压铸设备的基础上设计了振动挤压铸造装置,给出了其工作的流程图。分析了关键技术问题,包括针对不同工艺条件的方案选择,和同一工艺条件不同铸件的方案选择;给出了振动挤压铸造装置的总装结构,对振动挤压铸造工艺的核心部位振动挤压机构的结构、工艺参数和信息流系统进行了设计和分析。振动挤压机构的结构能够方便的对振动参数包括振动时间、振动频率、振动力和振压压力进行调节。其中振动时间、振动频率和振动力由振动器调节,振动器由两根端部各带一组偏心块的轴组成,两轴由齿轮啮合传动,动力由调速电机输入,振压压力由两个液压缸来调节。