端盖铝合金铸件压铸模具设计开题报告

端盖铝合金铸件压铸模具开题报告 中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业设计开题报告 学 生 姓 名: 张清 学 号: 09030541X34 学 院、系: 中北大学信息商务学院 专 业: 材料成型及控制工程 设 计 题 目: 端盖铝合金铸件压铸模具设计 指导教师: 党惊知 2013 年 3 月 11 日 毕 业 设 计 开 题 报 告 1(结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述: 文 献 综 述 1 对于压铸模具的认识 目前，压铸模的设计在现代化制造行业起着越来越重要的作用, 压铸是高效益、 高效率， 很有发展前途的铸造， 在高科技的不断推动下， 压铸必将进一步扩大其应用范围， 在国民经济发展中必将发挥出越来越大的作用。 与其它方法相比, 它具有尺寸精度高, 强度高, 表面粗糙度小， 生产率高的优点。 模具制造的工艺方法可以分为锻造、热处理、切削加工、表面处理和装配等，其中以切削加工为主要的加工方法。切削加工大体可以分为切削机床加工、钳加工和特殊加工等，通常模具零件的加工工艺路线一般应遵循普通机械加工工艺的基本原则。压铸模零件的加工大体可以分为模板加工、孔及孔系加工、成型零件加工等，对不同的模体应根据其自身的实际情况选择合适的加工方法。 1(1 压铸模具设计的意义 模具是压铸件生产的主要工具，因此在设计模具时应尽量注意使模具总体结构及模具零件结构合理，安全可靠，便于制造生产，压铸模浇排系统需合理设计。模具的加工、装配要到位，配合需适当，压铸模具的优化也是一个重要方面。压铸模具的优良程度很大程度上取决浇注系统以及排溢系统的设计。压铸生产中，因为模具浇道形状、浇口与排溢口位置及压铸力等控制参数选择不合理导致压铸件缩孔、冷隔或者气孔等缺陷的情况常有出现。而对浇道和排溢口的形状、大小、位置以及压铸机压射工艺参数经过优化后可以大大减少这些缺陷。综上所述，压铸模具的合理设计对于生产出高质量的铸件具有重要意义。压铸模具设计的意义 模具是压铸件生产的主要工具，因此在设计模具时应尽量注意使模具总体结构及模具零件结构合理，安全可靠，便于制造生产，压铸模浇排系统需合理设计。模具的加工、装配要到位，配合需适当，压铸模具的优化也是一个重要方面。压铸模具的优良程度很大程度上取决浇注系统以及排溢系统的设计。压铸生产中，因为模具浇道形状、浇口与排溢口位置及压铸力等控制参数选择不合理导致压铸件缩孔、冷隔或者气孔等缺陷的情况常有出现。而对浇道和排溢口的形状、大小、位置 以及压铸机压射工艺参数经过优化后可以大大减少这些缺陷。综上所述，压铸模具的合理设计对于生产出高质量的铸件具有重要意义。 1(2 压铸模具的应用和发展 模具作为重要的工艺装备，广泛应用于汽车制造、摩托车行业、电机电器、灯具以及其他等多个领域。其具有广阔的发展前景。模具市场全球化是当今模具工业最主要的特征之一，模具的购买者和生产商遍布全世界，模具工业的全球化发展使生产工艺简单、精度低的模具加工企业向技术相对落后、生产率较低的国家迁移，发达国家的模具生产企业则定位在生产高水准的模具上，模具生产企业必须面对全球化的市场竞争，同时模具生产厂家不得不千方百计地加快生产进度，努力简化和废除不必要的生产工序，模具的生产周期将进一步缩短。软件的功能模块越来越齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，实现信息的综合管理与共享，支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程。有的系列化软件包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、模具设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等;模具设计、分析、制造的三维化、无纸化使新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享;罗百辉表示，随着竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术成为新的发展趋势。 一方面模具成型零件日渐大型化和为提高生产效率开发的“一模多腔”造成了模具日趋大型化，另一方面电子信息产业、医学的迅猛发展带来了零件微型化及精密化，有些模具的加工精度公差就要求在,μ,以下。另外多功能复合模具将得到进一步发展，新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，生产效率进一步提高。 国外发达国家模具件使用覆盖率一般为80,左右，随着我国模具工业的发展，模具标准化工作必将加强，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件的应用和生产在“十二五”期间必将得到较大的发展。 因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45,以上，因此选用优钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命显得十分重要，提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或具特殊性能的模具钢，开发模具钢品种规格，扩大其他优质模具材料如硬质合金、陶瓷材料、复合材料等的应用范围是主要研究热点;用铝合金作模具材料以 缩短制模周期、降低模具成本，将在快速经济模具中得到较快发展。 目前、工业上应用的压铸铝合金主要有以下几大系列:A1一Si、AI(Mg、AI(Si(Cu、A1(Si(Mg等。压铸铝合金具有较高的比强度、抗蚀性能和良好的铸造性能、加工性能和可再生性，以及优良的导电导热性能，广泛应用于汽车、航空航天和电器工业等领域。随着汽车等丁业的发展，铝合金压铸件的产量每年以将近l3,的速率增长，其产量占所有压铸件产量的75,以上[1] 且铝合金压铸件向着高强度、高质量方向发展(这必将对铝合金压铸技术的进一步发展起到积极的推动作用。 2 压铸铝合金的开发及应用 传统压铸铝合金件不宜进行热处理，这制约了压铸铝合金力学性能的提高。目前，压铸铝合金已广泛应用于汽车结构件的生产，但对于车体等对力学性能要求高的压铸件(仅靠现有压铸铝合金尚难满足需要。文献[2]中列举了国内外部分国家压铸铝合金牌号对照。为提高压铸铝合金的力学性能，扩大压铸铝合金的应用范围，国内外研究人员一直在进行新型压铸铝合金的开发，主要包括两个方面:一是通过合金成分优化或添加合金元素的方法对现有合金系优化:二是新型压铸铝合金系的开发。 2(1 现有压铸铝合金系的优化 Al—Si.Cu系及A1.Si-Mg系A1.Si.Cu系合金具有良好的铸造性能，中等的力学性能，利用稀土元素对YLl12合金化开发了A1.Si.Cu.RE压铸合金，该合金具有良好的流动性、耐磨性、气密性和机加工性能、高温性能(其力学性能明显优于同类铝硅铜压铸铝合金。它可用于汽车变速箱、发动机壳体、气阀、方向器、活塞、轮毂、高科技电子产品和高温环境下的航空器件上。 2(2 新型压铸铝合金系的开发 现正开发的压铸铝合金主要有半固态Al—Si—Mg系专用铝合金、难混熔压铸铝合金、AI(Cu系、A1(Fe系、Al—Si—Fe系高硅压铸铝合金。AISi6Mg2合金是一种利用热力学方法并结合半固态加工的基本原理，开发的一种半固态专用压铸铝合金，其综合性能较好，但塑性较低,研究了微量合金化元素Ti，Zr，sr对A1Si6Mg2合金组织和力学性能的影响，结果表明:合金中Ti质量分数在0.08,左右时，能够细化组织，使合金的抗拉强度和屈服强度都有所增加;加入质量分数0(10,,0(14,Zr或0(02,,0(04,Sr，均可使该合金力学性能明显改善，特别是塑性明显提高。但sr效果更好，其塑性提高了1倍以上，达到了8,。另外，对该合金还需进一步研究微量合金元素添加对合金热 处理的影响。以进一步提高合金性能，实现A1Si6Mg2合金的应用。在A357合金基础上适当添加合金元素Pb，研制出Al—Si(Pb难混熔压铸合金。该合金具有良好的流动性、耐蚀性及抗疲劳性，可用于轴承材料的设计。控制A1(Si(Pb合金中Pb的含量(可获得不同的力学性能。当Pb质量分数低于10(O,时(合金的抗拉强度和伸长率降低不明显;当Pb质量分数达到l7-20,时。极限拉伸强度和伸长率分别降低了20,和40,。质量分数为4,,5,Cu的AI—Cu合金具有良好的力学性能。但铸造性能差，热裂倾向大，制约了该种合金的推广和应用。宋鸿武[9]，添加质量分数0(2,Ti、0(15,V、0(06,B，开发了一种高性能的A1一Cu压铸铝合金(其抗拉强度、伸长率分别达到250~260MPa、7,,8,。铝铁系合金是航空航天工业中极具竞争力的高温结构材料。普通熔铸条件下，铝铁合金中易形成质脆的针状或片状AIye相，严重割裂基体，大大降低了铝铁合金的力学性能。铝铁合金在高压下凝固，可以减少缩松、缩孑L，获得致密合金组织，从而提高性能。在几类合金中是最低的:A1(Fe—Mn—Mg组合金的强度与A1(Fe—v(Si合金十分接近，但是伸长率比它提高了近3倍，A1一Fe—Mn—Mg—Si组合金的强度，相对于前面两组平均提高了约25MPa，伸长率处于两组之间，且明显低于Al—Fe(Mn(Mg组合金。在压铸条件下，铝铁合金具有较好的力学性能。但该类合金熔点高、流动性不良、易吸气、热裂，不利于设备维修保养和铸件生产，需要作进一步研究，以实现其应用。过共晶高硅铝合金是极具前途的轻质、低膨胀、高耐磨材料。为了提高高硅铝合金的耐热性，目前通常向合金中加入铁等耐热合金元素。通过先进压铸技术制备A1一Si—Fe合金，提高其性能。 3 铝合金压铸技术的研究进展 3(1 计算机模拟技术 计算机模拟技术目前主要以压铸件充型的流场数值模拟、压铸模,压铸件温度场模拟、压铸模,压铸件应力场数值模拟为主。大力发展计算机模拟技术，进行充型与凝固分析，并在此基础上形成专家系统，实现理想的型腔充填状态和模具热平衡状态，可预测压铸件气孑L、缩孔等铸造缺陷和残余应力、变形情况以及模具寿命，确保设计质量的可靠性，以获得优质铸件和高生产率。压铸过程是一个复杂的流动、传热和传质过程121。目前的压铸充型过程数值模拟绝大部分是从料饼处或者浇道处开始充填，忽略了压室慢压射过程，以及慢压射对快速充填过程的影响。杨杰[161对包含压室压射在内的全过程进行数值模拟。同时为了比较不同充填方式对充型形态的影响，在算法相同的情 况下，也模拟了从料饼处充填的充型过程。结果表明:采用压射全程模拟更能准确的反映金属液在压室内、浇道内和型腔内的流动形态。杨湘杰?71针对冷室压铸机的工作环境，提出了三种不同的热传递数学模型，利用ABAQUS软件模拟压室在工作过程中的二维温度分布的几何变形状况。对比模拟和实验结果，得到了优化的数学模型。研究表明:将更多且相关的压铸过程物理量带人到计算机模型中或建立更精确的数学模型来描述复杂的压铸过程可更精确模拟压铸充填和凝固过程，进一步加深对压铸充型、凝固过程规律的认识(值得深入研究。 3(2 铝合金压铸技术 压铸新工艺(真空压铸、充氧压铸、挤压铸造、半固态压铸和超低速压铸等)的开发应用，改善了压铸过程的成形条件，显著提高压铸件内在质量，大大提高了压铸件力学性能、物理性能和耐蚀性能，尤其是气密性、可热处理性和可焊性。目前，制备高性能零件的压铸新工艺受到越来越广泛的重视，尤其是流变压铸和超低速压铸技术，其基础性研究和应用工作也不断深入。另外，将不同压铸技术的结合应用，也成为现在压铸技术研究的重点。 1)半固态流变压铸技术 半固态压铸技术可缩短工艺流程，降低能耗，现已成为半固态加工技术的研究热点。半固态浆料的保持和输送是制约流变压铸技术发展的瓶颈。开发具有高效、优质和低成本的浆料制备工艺， 对整个成形流程进行有效，精确地控制以及尽可能少改动压铸成形设备， 以实现半固态浆料与直接成形的一体化， 为流变压铸的工业应用做好准备。在传统半固态浆料制备方法( 机械搅拌法， 电磁搅拌法及低过热度倾斜板浇注法)基础上， 管仁国[11]等人创造性将平直斜板改为具有波浪形表面的倾斜板装置， 如图l 所示， 它将液态合金浇注到与水平方向成一定角度的波浪形倾斜板上， 合金液流经斜板后形成半固态浆料， 可直接将浆料进行流变压铸。此方法获得了晶粒尺寸小， 球化程度高的合金浆料。能够应用于下一步半固态成形加工。该技术制备浆料效率较高， 可实现A 3 5 6 ( 2 合金半固态浆料的在线制备。采用制备坩埚直接输送可方便地将浆料从制备室倒入压铸机压室， 实现了浆料与成形系统的分离。 2 )超低速压铸技术 超低速压铸与一般压铸方法有所不同( 它是以极低的压射速度， 使金属液以极低的速度(>0.15lIl,s) 顺序充填型腔， 从而降低铸件气体含量，以获得表面光洁、轮 廓清晰、内部组织致密的压铸件(气体量控制在0.6 , 0.8 m L,100 g ，一般压铸气体量在25mL,100曲。对于超低速压铸技术， 在现有压铸设备的基础上， 超低速压铸仅通过压铸工艺的改进就可获得高密度、无气孔 、能进行热处理的产品， 生产成本低。对超低速压铸工艺优化， 可进一步减少压室及型腔中气体含量，减少压铸时的卷气， 提高压铸件质量， 从而大大扩大了压铸件的应用。 3)不同压铸技术的结合应用 将不同压铸技术的结合应用，可充分发挥不同压铸技术的优势，提高压铸件性能。张小立开发的可局部挤压的真空压铸机(它将挤压铸造和真空压铸结合成一体， 可制备出无缺陷的压铸件，组织均匀， 细小， 力学性能良好。其压铸工艺的典型特点是综合考虑了压射前真空系统及压射后局部挤压系统对压铸件力学性能的影响。挤压铸造件产生的气孔问题。此工艺已应用于摩托车、电动自行车轮毂和汽车空调蜗旋式压缩机铝合金零件的生产。可在同一工作单元内实现对溶体的搅拌， 压射及施加压力， 可充分利用两种铸造技术的长处，弥补流变铸造本身的缺陷。传统压铸与锻造结合的压铸锻造 [25]双控成形技术( 它不仅可以像压铸一样控制零件形状和尺寸。而且由于锻造可以使零件产生塑性变形并消除压铸产生的气孔、疏松等缺陷， 从而使强度得到较大提高。还可进行热处理。它主要适合生产形状复杂和高强度要求的汽车零部件和其他结构件。但它们的缺点是成型设备投资大， 制约了其应用。因而， 开发低成本、高性能的成形设备， 实现工艺参数的优化和工艺控制的稳定化， 向产业化转化， 是下一步所要做的工作。 4 结语 在现有压铸铝合金基础上， 应进一步优化合金元素组合，进行有效的合金设计，提高合金性能。合金化方法是提高压铸铝合金性能的最有效的手段之一， 虽然取得了一定的进展， 但是距离能够按照预期的性能指标进行合金成分设计还有相当远的路程。充分考虑各种实际使用条件下的性能以及批量生产条件下的经济可行性等，研发出新型高性能压铸铝合金，可拓宽压铸铝合金的应用领域。先进压铸技术(半固态压铸，超低速压铸等)也是提高合金性能的有效途径。对于铝合金压铸技术( 应从设备和工艺上完善先进压铸技术， 并结合计算机模拟技术，促进铝合金压铸技术的发展。 参考文献 [l]余冬梅( 中国铝合金压铸业的发展及现状[J] ( 世界有色金属， 2007，(3):63-65( [2]李荣德， 于海朋， 袁晓光( 压铸技术及压铸合金的发展与应用[J]( 机械工程学报，2003， 39(11):68-73( [3] 冯俊， 鲍卫宁， 冯洁( 新型铝硅铜压铸合金[J]( 特种铸造及有色合金， 2002 ，(压铸专刊):98—99 ( [4] 饶劲松， 李华基， 王翠玲等( 压铸铝合金A DCl2(1R的组织、性能及成形性明(重庆大学学报( 自然科学版) ，2005，28(10):24—26( [5] 米国发， 孔留安， 朱兆军等( 高强韧铸造A1(si合金A357的成分优化[J]( 轻合金加工技术， 2005，33(3):10(12( [6] 候峻岭，宋鸿武，杨继伟等( 高压开关壳体用高强铸造铝合金的研究[J]( 铸造， 2007，56(2):130—132( [7] 王海东， 徐骏， 张志峰等( 新型半固态铝合金设计与实验研究? 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