铝合金车门内板挤压铸造仿真及制备工艺研究

论文摘要

汽车覆盖件使用轻金属可以大幅度减重,目前铝合金车身覆盖件采用与钢质车身类似的冲压和焊接工艺制造单片车身板件,这种成型工艺需要铝合金轧制成形的板材以及多套复杂冲压模具,成型成本较高。通过铸造方式制备车身覆盖件成型工艺成本较低,但是对于大型复杂薄壁件以铸造方式制备存在很大的难度,只有国外企业通过真空高压压铸铸造方式制备成功。挤压铸造是将铸、锻相结合的毛坯成型工艺,液态金属因压力下结晶凝固,可获得组织致密,性能高,表面光洁,机加工量少的优质零件。本文应用挤压铸造技术开展对铝合金车门内板制备工艺的研究,主要从以下几个方面进行了系统的设计和研究。(1)借助CAE仿真的方式设计了铝合金车门内板挤压铸造模具,使用铸造仿真软件对模具进行加热分析从而指导加热管布置,使用结构仿真软件在1000t下对于凸模与凹模强度分别进行了校核,校核结果满足要求。(2)使用铸造仿真软件对车门内板挤压铸造过程在不同工艺参数下进行仿真分析,在不同浇注温度、模具温度、压机下压速度下设计了6组对不同工艺参数得出了在铸件区域在充型结束时温度场的分布,浇注温度不低于680℃,模具温度不低于310℃时,压机在24mm/s的下压速度可以得到结构完整的铝合金车门内板铸件(3)在不同工艺参数下分3批次完成了对车门内板的试制研究,并从拉伸实验、金相组织、断口扫描及能谱分析各方面对铸件质量进行评价,在浇注温度730℃、模具温度310℃、压力为27MPa条件下可以在保证铸件重量前提下得到α铝基体为细小等轴、拉伸性能和表面质量良好的铸件

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车车身轻量化发展概述
• 1.1.1 铝合金材料
• 1.1.2 镁合金材料
• 1.1.3 高强钢材料
• 1.1.4 塑料及复合材料
• 1.2 铝合金材料在汽车车身中的应用
• 1.3 挤压铸造技术
• 1.3.1 挤压铸造分类
• 1.3.2 挤压铸造凝固特性
• 1.3.3 挤压铸造工艺参数
• 1.3.4 挤压铸造在汽车中的应用
• 1.4 挤压铸造铝合金应用现状
• 1.4.1 Al-Si系铸造合金
• 1.4.2 Al-Cu系合金
• 1.4.3 Al-Mg系合金
• 1.5 计算机模拟在铸造领域应用概述
• 1.5.1 铸造CAE分析发展现状
• 1.5.2 铸造CAE分析软件的发展
• 1.6 课题研究意义及研究内容
• 1.6.1 课题研究意义
• 1.6.2 课题研究内容
• 第2章 铝合金汽车车门内板挤压铸造模具设计
• 2.1 挤压铸造模具基本机构
• 2.2 模具溢流槽优化设计
• 2.3 模具强度校核
• 2.4 模具加热装置设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 挤压铸造过程仿真优化
• 3.1 挤压铸造工艺数值模拟的特点
• 3.2 挤压铸造仿真理论基础
• 3.2.1 流体平衡方程
• 3.2.2 有限差分法
• 3.2.3 SOLA-VOF法
• 3.2.4 FAVOR方法
• 3.3 挤压铸造仿真流程
• 3.3.1 几何模型的建立
• 3.3.2 物理模型
• 3.3.3 材料参数
• 3.3.4 网格划分
• 3.3.5 边界条件
• 3.3.6 初始条件设置
• 3.4 挤压铸造过程仿真结果分析
• 3.4.1 不同模具温度充型状态对比
• 3.4.2 不同浇注温度充型状态对比
• 3.4.3 不同压机下压速度充型状态对比
• 3.5 本章小结
• 第4章 汽车车门内板挤压铸造实验
• 4.1 挤压铸造实验所用设备
• 4.2 车门内板制备工艺流程
• 4.2.1 熔炼
• 4.2.2 挤压铸造工艺过程
• 4.3 测试方法
• 4.3.1 组织观察
• 4.3.2 力学性能测定
• 4.4 本章小结
• 第5章 汽车车门内板挤压铸造实验结果分析
• 5.1 铸件尺寸及重量对比
• 5.2 铸件拉伸性能分析
• 5.2.1 第一批次样品力学性能分析
• 5.2.2 第二批次样品力学性能分析
• 5.2.3 第三批次样品力学性能分析
• 5.3 铸件拉伸断口分析
• 5.4 铸件金相组织分析
• 5.4.1 第一批次铸件金相组织分析
• 5.4.2 第二批次铸件金相组织分析
• 5.4.3 第三批次铸件金相组织分析
• 5.5 挤压铸造车门内板铸件缺陷分析
• 5.6 本章小结
• 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录