镁合金机车零件半固态压铸成形工艺及模具设计研究

论文摘要

半固态金属加工技术被认为是21世纪最具有发展前途的近净成形技术之一,得到来越广泛的关注。镁合金作为一种绿色工程材料,具有许多优异的性能,在电子、汽车、航天等领域的市场需求增长迅猛。内浇口尺寸与压射速度的控制对获得高质量的半固态压铸件有着非常重要的作用。由于充型过程的不透明性,数值模拟技术对于优化工艺参数和指导压铸模具设计有着重要的意义。本文重点进行了半固态AZ91D镁合金流变性能的研究,并对列车用镁合金挂钩半固态压铸进行了计算机CAE仿真和模具设计。首先,利用自行设计的同轴双筒流变仪对半固态镁合金AZ91D进行了表观黏度测试实验,研究了不同剪切温度和剪切速率下表观黏度变化的规律。结果表明,在搅拌温度为570℃,剪切速率为88.85s-1的工艺下所制得的半固态镁合金AZ91D具有良好的流变性能。其次,利用Pro/E对铸件进行实体造型,并设计不同的内浇口尺寸与工艺参数。利用仿真软件AnyCasting对列车用镁合金挂钩的半固态压铸充型过程的物理场进行模拟和仿真。分析结果表明,半固态压铸时内浇口尺寸与液态压铸有着较大的差别,由于半固态金属浆料的流变性较差,若采用液态压铸的经验设计内浇口,铸件容易产生气孔,缩松等缺陷,适当加大内浇口尺寸,半固态金属浆料充型时更容易获得层流的充型方式;低速压射阶段与高速压射阶段的压射速度对铸件的质量也有较大的影响,速度过快容易在充型过程中产生裹气,回流等现象,但速度过慢必将导致充型时间变长,使铸件产生浇不足的缺陷,并针对铸件的结构特点,分析了不同高速切换时间的影响。通过分析结果,给出了优化工艺方案,并进行了实验验证。最后,在优化设计基础上完成了压铸模具各成型部件,包括动、定模套板,动、定模座板,支承板,垫块等及辅助机构的设计,并将模具各部分按实际生产的顺序进行装配,组合成一套完整的三维模具装配图。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 镁合金半固态成形技术的研究现状
• 1.2.1 镁及镁合金概述
• 1.2.2 镁合金半固态成形
• 1.3 半固态坯料制备方法
• 1.3.1 机械搅拌法
• 1.3.2 电磁搅拌法
• 1.3.3 应变诱发熔化激活法
• 1.3.4 半固态等温热处理法
• 1.3.5 浇注温度控制法
• 1.3.6 化学晶粒细化法
• 1.3.7 其他方法
• 1.4 CAD/CAE在压铸行业中的应用概述
• 1.5 本课题主要研究内容
• 2 半固态AZ91D镁合金稳态流变性能研究
• 2.1 实验设备及方法
• 2.2 表观勃度测量原理
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 固相分数对合金表观黏度的影响
• 2.3.2 剪切速率对合金表观黏度的影响
• 2.4 本章小结
• 3 铸件压铸工艺参数的确定
• 3.1 压铸件的基本参数
• 3.2 压铸机的选用
• 3.2.1 确定比压
• 3.2.2 确定压铸机的锁模力
• 3.2.3 确定压铸机型号
• 3.2.4 压铸机部分性能指标校核
• 3.3 分型面的选择
• 3.4 本章小结
• 4 挂钩零件半固态流变压铸充型过程的数值模拟
• 4.1 半固态金属浆料表观黏度模型
• 4.1.1 流体的类型及其流变特性
• 4.1.2 流变压铸成形过程中半固态镁合金粘度模型
• 4.2 半固态流变成形充型流动过程的假设简化条件
• 4.3 模拟半固态流变成形充型流动过程的数学模型
• 4.4 边界条件的确定
• 4.5 数值模拟
• 4.5.1 程序流程
• 4.5.2 流动模拟参数设置
• 4.6 模拟结果的分析及讨论
• 4.6.1 低速压射阶段压射速度及内浇口厚度的影响
• 4.6.2 高速切换时间及高速压射阶段压射速度的影响
• 4.6.3 充型顺序、凝固顺序及缺陷分析
• 4.7 实验验证
• 4.8 本章小结
• 5 模架及成型零件的设计
• 5.1 模架的基本形式及设计要点
• 5.2 定模座板的设计
• 5.3 动模座板的设计
• 5.4 定模镶块和动模镶块的设计
• 5.5 型芯的设计
• 5.6 套板的设计
• 5.7 支承板的设计
• 5.8 导柱和导套的设计
• 5.9 本章小结
• 6 辅助机构的设计
• 6.1 抽芯机构的设计
• 6.1.1 抽芯机构的组成及分类
• 6.1.2 斜销抽芯机构的特点及抽芯过程
• 6.1.3 抽芯距离的确定
• 6.1.4 斜销的设计
• 6.2 推出机构的设计
• 6.2.1 推出距离的确定
• 6.2.2 推板的设计
• 6.2.3 复位机构的设计
• 6.3 压铸模具的校核与装配
• 6.3.1 压铸模具的校核
• 6.3.2 压铸模具的装配
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集