（材料学专业论文）铝合金压铸件缺陷分析及成型工艺优化.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 压力铸造是一种先进的少、无切削的特种铸造方法。由于压铸件具有尺寸精 度高、机械性能好、生产效率高等优点因此在汽车、摩托车、内燃机、电子、仪 表及航天等领域具有广泛的应用前景。 压力铸造时，由于液态金属是在高温、高压下，以极快的速度从压室中流入 铸型型腔内的，金属液在流动过程中很容易卷入气体而造成铸件的气孔缺陷，影 响铸件的质量。 本文以华润电机有限公司生产的z l l 0 $ 铝合金燃油泵泵盖铸件为例，就如 何减少铸件中的气孔缺陷问题展开了基础理论、数值模拟和试验应用三方面的研 究，主要工作和结论如下： 详细地阐述了气孔缺陷形成的机理，针对燃油泵泵盖中的气孔缺陷及其位置 分布问题做了具体的分析，得出浇注时金属液的含气量、活塞在压室中的充型状 态和金属液的充型速度是影响气孔缺陷的主要因素的结论，为接下来的浇注、充 型系统的数值模拟提供了理论依据。 在数值模拟研究方面，首先对活塞的压射过程进行模拟，针对不同的压室尺 寸以及金属液在压室内的充满度的不同，通过模拟冲头在压室内的运动状态来优 化冲头的压射速度，使金属液在进入型腔之前，压室内的气体尽量被排出，以减 少压铸时的卷气情况，得到了在二维状态下压室内金属的卷气情况与冲头速度之 间的关系，即当慢压射速度为1 7 5 m s ，增压时间为0 0 1 s ，二级压射的速度为 3 m s ，压室内金属液的充满度为0 2 5 0 7 5 时不仅可有效避免金属液在压室中的 卷气，同时压室内的气体也会被完全排出。接着模拟了金属液在模具型腔的充填 过程：运用p r o e 软件对泵盖进行三维实体造型，然后把图形导入软件l - d e a s 中 进行网格化处理，并将网格化后的模型输入到p r o c a s t 软件中进行了关于压铸 工艺参数的多组正交试验的流场，温度场的偶合模拟，进而从多组试验参数中找 出最优的压铸工艺参数。 通过分析模拟结果表明：最佳工艺参数为浇注温度7 0 0 、冲头压射速度 3 m s 、模具温度2 1 0 。并选用以上j 下交试验的工艺参数，对泵盖进行实际压铸 生产。实际压铸表明，压铸件气孔少、尺寸精确，满足铸件使用要求。 关键词：铝合会；压力铸造；气孔；模拟；p r o c a s t ；泵盖 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t p r e s s u r ec a s t i n gi sa l la d v a n c e d ，n o n c a t t i n gs p e c i a lc a s t i n gm e t h o d d i ec a s t i n g h a saw i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c ti n a u t o m o t i v e ，m o t o r c y c l e ，i n t e r n a lc o m b u s t i o n e n g i n e ，e l e c t r i c s ，i n s t r u m e n ta n da e r o s p a c ed u et ot h e i rh i g hd i m e n s i o na c c u r a c y , e x c e l l e n tm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dh i g hp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n ds oo n b o t a s u el i q u i dm e t a li n f l o w si n t op r e s s u r er o o mf r o mc a s t i n gc a v i t yw i t hr a p i d s p e e du n d e rh i g ht e m p e r a t u r e h i g hp r e s s u r ec o n d i t i o n s ，w h e np r e s s u r ec a s t i n g d u r i n g t h i sp r o c e s s ，a i rc a ne a s i l ye n t e ri n t ol i q u i dm e t a la n dl e a dt oa i rd e f e c ta n da f f e c tt h e q u a l i t yo fc a s t i n g s i nt h i s p a p e r t h ep u m pl i do ff u e lp u m pc a s t i n gf o rz l l 0 8a l u m i n u ma l l o y p r o d u c e db yh r h p o w e rl i m i t e dc o m p a n yh a sb e e ni n v e s t i g a t e da sa ne x a m p l e t h e b a s i ct h e o r y , n u m e r i c a l 。s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a la p p l i c a t i o nh a v eb e e ns t u d i e df o r t h ep r o b l e mt h a th o wt od e c r e a s ep o r o s i t yd e f e c t si nc a s t i n ga n dt h em a i nw o r ka n d c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： a m p l i f i e dt h em e c h a n i s mo ff o r m i n gp o r o s i t yd e f e c t s ，a n a l y s e s dt h ep o r o s i t y d e f e c t sa n dp o s i t i o nd i s t r i b u t i o no fp u m pl i di nf u e lp u m p ，a n do b t a i n e dt h a tt h eg a s c o n t e n t ，f i l l i n gv e l o c i t yo fm e t a ll i q u i da n df i l l i n gm o u l ds t a t e so fp i s t o ni nd i e c h a m b e ra r em a i nf a c t o r so fi n f l u e n c i n gp o r o s i t yd e f e c t s ，w h i c hp r o v i d e sat h e o r e t i c a l b a s i sf o rf o l l o w i n gp o u f i n g ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o ni nf i l l i n gs y s t e m i nn u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s e a r c h ，s i m u l a t e dd i ec a s t i n gr u n n e ra n d g a t i n g p r o c e s s a tf i r s t u n d e rt h ed i f f e n ts i z eo f p r e s s u r er o o ma n dd i f f e n tf u l ld e g r e eo fl i q u i d m e t a l ，w ec a ng e tt h eo p t i m i z a t i o ns h o t t i n g v e l o c i t yo fp i s t o n sp u n c hb ys i m u l a t e di t s s t a t ec a m p a i g n g e tt h er e l a t i o n so fv o l u m eg a ss i t u a t i o na n dp i s t o n s p u n c h v e l o c i t y j n s tt h es l o ws h o ts p e e di s1 7 5 m s ，t u r b o c h a r g e dt i m ei s0 0 1 s ，t h es e c o n d i n j e c t i o ns p e e di s3 m s ，t h ep r o p o r t i o n o ff u l l i n gp r e s s u r er o o mi s0 2 5 0 7 5 e f f e c t i v e l ya v o i d e dg a se n t e ri n t ol i q u i dm e t a la n dd i s c h a r g e dg a so ft h ep r e s s u r e r o o m a f t e rt h a t ，s i m u l a t e dt h ed i ec a s t i n gf i l l i n gp r o c e s so fl i q u i dm e t a l f i r s tu s e t h es p i c a ls o f tp r o et oe o n s t m c tt h em o d e lo fd i ec a s t i n gp a r t ；i n p u ti tt oa n o t h e rs o f t l - d e a st of o r mm e s ha n dp u tt h em e s hd o c u m e n tt ot h es p e c i a ls o f tp r o c a s t i nt h i s w a y , w ec a ns i m u l a t et e m p e r a t u r ef i e l da n dv e l o c i t yf i e l da tt h es a m et i m ea n dg e tt h e o p t i m i z e dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n tr e s u l to f t e m p e r a t u r ef i e l d a n d v e l o c i t y f i e l d c o n c e n t r a t i o ns h o w st h eo p t i m i z e dp r o c e s s i n gp a r a m e t e ri sp o u r i n gt e m p e r a t u r e7 0 0 武汉理工大学硕士学位论文 、i n j e c t i o ns p e e d3 m s 、m o l di n i t i a lt e m p e r a t u r e2 1 0 c u n d e rt h ec o n d i t i o no f o r t h o g o n a le x p e r i m e n tp r o c e s sp a r a m e t e r s ，w ea c t u a l l yp r o d u c e dd i ec a s t i n gp u m p c o v c lt h ep r a c t i c a ld i ec a s t i n gp r o c e s sh a ss h o w e dt h a td e f e c t sa n dd i m e n s i o n so fd i e c a s t i n gp a r tm e e tt h ed e m a n do fu s a g e k e y w o r d ：a l u m i n u ma l l o y s ；d i ec a s t i n g ；g a sh o l e ；s i m u l a t i o n ；p r o c a s t ；p u m pc o v e r l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 龇辫一名：疵出慨半肌 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章前言 压力铸造是近代金属加工工艺中发展较快的一种先进的少、无切削的特种铸 造方法。该方法的生产过程是，液态金属在高速高压作用下射入紧锁的模具型腔 内并保压，结晶直至凝固，使原材料变为半成品或成品。它所获得的铸件表面粗 糙度通常可达r a l 6 r a 2 5 ，尺寸精度高( 可达2 5 级) ，机械性能好，生产效 率高，是一种精密成型工艺“1 。 1 1 压力铸造概述 压力铸造作为一种特殊的成形技术在许多行业和领域获得了广泛的应用，特 别是对于规模生产的汽车、摩托车、。内燃机、电子、仪表及航天等行业，已成为 其不可或缺的组成部分。 1 1 1 压力铸造的特点 在压力铸造中，一般作用于金属液上的压力在2 0 m p a 2 0 0 m p a 范围，充型的 初始速度为1 5 m s 7 0 m s ，充型时间仅为0 o l s o 2 0 s 。正是由于压力铸造过 程的这种特殊充型方式及凝固方式，导致这种方式具有自身独特的一些特点： 1 ) 可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件。通常铸件的壁厚在l 姗6 伽 范围，小铸件可以做得更薄，而大铸件的壁可以更厚。对于复杂的零件，或其他 铸造方法无法制备的零件，即使产量小，只能使用压力铸造方法。 2 ) 铸件精度高、尺寸稳定、一致性好、加工余量少、表面光洁，加工余量一 般在0 2 咖0 5 m m 范围，表面粗糙度在r a 3 2 以下。由压力铸造制备的铸件装 配互换性好，只要对零件进行少量加工便可进行装配，有的零件甚至无须机械加 工就能直接装配使用。 3 ) 铸件组织致密、具有较好的力学性能。 由于铸件在会属型中在压力作用下凝固，所获得的晶粒细小、组织十分致密， 体现出的强度较高，另外由于激冷造成铸件表面硬化，形成约0 3 舢0 5 m m 的 硬化层，表现出良好的耐磨性。 4 ) 压力铸造效率高。 压力铸造的生产周期短，一次操作的循环时问约5 s 3 m in ，一般多为3 0 件 m i n ，这种方法适于大批量的生产。 武汉理工大学硕士学位论文 5 ) 压力铸造采用的镶铸法可以省去装配工序并简化制造工艺。 镶铸的材料一般为钢、铸铁、铜、绝缘材料等，镶铸体的形状有圆形管状、 薄片等。利用镶铸法可制备出有特殊要求的铸件。1 。 1 1 2 压力铸造的分类 目前压铸技术可分为普通压铸和特种压铸。特种压铸包括真空压铸、加氧压 铸、挤压铸造、半固态压铸等。对于力学性能和内在质量要求较高的铸件需采取 特种压铸方法。 压力铸造按压铸机种类，可分为热压室压铸和冷压室压铸。 ( 1 ) 热压室压铸。热压室压铸的压室浸在保温坩埚的液态金属中，压射部 件装在坩埚上面。热压室压铸具有效率高、合金消耗少、金属液较干净、工艺稳 定、易于实现自动化等优点。但由于压室、压射头长期浸在金属液中，使用寿 命较短，因而适用于各种低熔点合金，如锌合金、。镁合金等。 ( 2 ) 冷压室压铸。冷压室压铸的压室与保温炉是分开的，压铸时从保温炉 中取出液态金属浇入压室后进行压铸。冷压室压铸按压力传递方向不同又可分为 立式和卧式两种。冷压室压铸适用于压铸各种有色合金和黑色金属，其中立式 和卧式压铸适用于有色合金压铸。 1 2 压力铸造工艺进展 液态压铸通常又称常规压铸，以熔融金属液加入压室进行压铸。这种方法在 本世纪内许多方面都已经比较成熟，在2 l 世纪的相当长的时期内仍将是最基本 的压铸方法。诚然，液态压铸一些课题和项目尚待深入和完善，也存在不少难点 和疑点需要解决和澄清，诸如填充理论中流动形态的分析和实现，型腔中各种参 数的动态即时测定以规范参数值，热交换理论中温度场分布以确定控温效果，模 具热平衡理论的温度参数的确定，实时压射技术中“真正实时”的实施方法，高 能充型中最佳能量值的确定等等。应该指出，许多理论和技术项目都是针对压铸 件内部气孔这个问题束开展的，今后仍然是液态压铸的重大课题。所有这些，在 电子计算机模拟技术和自动化控制技术的支撑下，在上世纪内，上述的课题和项 目有了不同程度的进展和完善，相信在本世纪内，随着科学技术的不断进步，许 多问题都将会得到解决，从而使液态压铸保持其应有的地位。”。 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 我国压铸业的现状 建国5 0 多年来，我国的压铸工业从无到有，压铸生产有了相当大的发展， 随着我国汽车、摩托车、家用电器、计算机等工业的发展，对压铸件的需要量日 益增加，以生产优质、精密、大型压铸件的压铸工业得到高速的增长和发展。然 而同国外压力铸造相比，我国压力铸造仍然存在很多不足，主要表现在以下方面： 国外压射系统始终在不断地改进，平均5 8 年就有一次重大改进“1 。而我国压 射部分的所有压射参数的调节均为人工手动，无参数显示系统配套，给压铸工艺 规范的实旌造成困难，因而压铸件的质量无法保证，也难以实现自动化。合模部 分一般采用曲轴机械扩力结构，其扩力系数只有1 8 左右，而国外高达2 0 多，这 在合型力相同时，合型油缸比国外压铸机大四分之一以上，增加了能量的消耗， 也增加了原材料和加工成本。而且合型部分的一些关键零部件至今未完全过关， 直接影响到机器的正常工作”1 。 液压系统无法实现压铸机的自动控制。而国外有名的压铸机公司在这方面早 已普遍应用。虽然有少数压铸系统采用，但只是计算机的简单应用，计算机的主 要技术没有真正利用，因此机器的结构与性能就没法得到真正的提高与改进。 国产压铸机大都存在漏油的现象，主要原因是密封件质量差和加工质量问 题。我国在压铸模的设计和制造方面，进展较为缓慢。在压铸模设计中，目前仍 主要依靠设计人员的经验”1 。 1 4 我国压力铸造的研发方向 面对目前和将来的形势，我国压铸业别无选择，只有在现有基础上努力提高 技术水平，加快技术进步，培养核心竞争实力，确保压铸件质量，扩展压铸件品 种，追求高效率和高效益，才能在竞争中获得发展。 1 4 1 深化压铸基础工艺的研究 今后对压铸件质量的要求将同益严格，因此必须重视压铸件质量。影响压铸 件质量的因素是多方面的，其中最为主要的是充型条件，铸件中的气孔、尺寸精 度及表面质量等，均与充型条件有密切关系。充型过程中可变因素复杂多样，从 总体上可以划分为静态的、人为的和动念的三方面。静态方面包括：压铸机本身 的性能、铸件结构、模具结构、储能器f i j 及增压压力。属于人为的有：阀、定 时丌关、行程丌火、金属液的温度及液压油的粘度等。动态方面的i , j - 变因素众多， 武汉理工大学硕士学位论文 也是最难以控制的，压室中的金属量、冲头运行时所受的阻力、模具温度以及采 用真空压铸时的负压曲线等，都会对施加于金属液上的压力和冲头的速度产生巨 大的影响，而这两方面又是影响充型条件最为重要的参数。 影响压铸件质量的因素还有压铸模，压铸模是直接影响所生产的压铸件质量 的不可缺少的压铸工艺装备。只有采用设计j 下确的压铸模并选择适当的压铸工艺 参数，才可以得到优质压铸件。为了在该领域的研究与开发中取得良好效果，必 须有压铸专业人员与计算机专业人员共同参与，而且应该拥有性能优良的压铸机 和先进的检测设备。 其实，影响压铸件质量的因素还有很多所以必须加强压铸基础工艺的研究。 不断加强压铸基础工艺的研究是提高和稳定压铸件质量的主要途径，而了解工艺 参数与压铸件质量的关系，则是研究的重要环节。对压射位移、压力、速度等工 艺参数进行监控，并对压铸件的性能、组织、表面与内部质量及含气量等进行检 测，可以获得对铸件质量有影响的数据，从而达到提高压铸件质量的目的“1 。 1 4 2 研究高新技术特别是计算机技术在压铸中的应用 压铸件的质量在很大程度上取决于压铸机压射性能的优劣。1 。现代化的压铸 机在压射控制方面对冲头速度和压力曲线能够做到精确编程，但是每一次压射过 程都会与事先所设定的曲线产生无法避免的偏差，在压射过程中及时去修正这些 偏差，纠正压射中的相应数据，并在极为短暂的时间内将其转换成修正后的数据， 回到原来所设定的最小偏差范围之内，这就是实时压射控制。要严格地掌握压射 中参数变化的规律，使其始终处于恒定状态，必须研究计算机在压铸中的应用。1 。 我国压铸应模拟研究充填过程，从而分析出射出速度、高速切换位置、射出 压力、模具温度等因素的影响。这些研究结论对压铸生产具有一定的指导意义。 模拟研究充填过程必须研究计算机在压铸中的应用。目前，我国低压铸造的应用 越来越广泛，低压铸造工艺也需要不断地优化，因此，有关低压铸造的计算机应 用就越来越多。对低压铸造工艺设计充型过程和缺陷预测等进行模拟和优化。模 拟技术是确定和优化充型工艺的有效方法，从而达到充型平稳，保证铸件内部质 量的目的。模拟技术也是计算机在压铸中的应用。 利用计算机数值模拟进行压铸工艺设计，也是计算机在压铸上的重要应用之 一，它可以提高设计速度和设计精度。由此可见，计算机在压铸中的应用无疑是 提高压铸技术水平的重要途径”。 目前，工业发达国家所生产的许多压铸机大多都实现了一体化，在我国虽然 成型设备机电一体化的步伐也越来越快，l 遍及成型设备的各个l j 类而且丌始重 视对数值模拟的聊 究和丌发，但发展速艘j 尘十| j 对落后，研究水r 也差一些，我国 武汉理工大学硕士学位论文 应充分重视高新技术特别是计算机技术在压铸产业中的应用。 1 5 铝合金压铸的发展 1 5 1 压铸铝合金的特点： 铝合金除具有熔点不太高外，还具有以下特点“”1 ： ( 1 )过热度不高时具有良好的流动性，便于充填复杂型腔，以获得表面质 量良好的压铸件，同时可改善压铸模具的工作条件，提高压铸模具的工作寿命。 ( 2 )线收缩率小，以免铸件产生裂纹，并可以提高压铸件的尺寸精度 ( 3 )结晶温度范围小，可以减少铸件中收缩孔洞产生的可能性。 ( 4 )具有一定的高温固态强度，防止模具开模时推出铸件产生变形或破裂。 ( 5 ) 在常温下应具有一定的强度，以尽可能提高压铸件的机械强度。 ( 6 )与金属型腔不发生化学反应，亲合力小，以减少粘模和互相合金化。 ( 7 )在高温熔融状态下，不易吸气，氧化，以便在压铸时能较长时间保温。 在铝合金中，含硅铝合金的铸造性能都比较好，一般都能较好地满足上述要 求，所以压铸生产早期采用的铝合金多为这样含硅铝合金，这类铝合金各国均有 相应的牌号，表卜1 至于卜5 分别表示出了几个国家铝合金的成分、性能以及各 国压铸铝合金的牌号对照。 表1 - 1 部分金属型铸造铝合金化学成分( g b , r i 1 1 7 3 - 1 9 9 5 ) 主要几素质量分数( ) 合金牌号合金代号 s ic u m g m o 其它 a i z a i s i 7 m g z l l 0 16 5 7 50 2 5 0 4 5 t i0 0 8 0 2 0 z a l s i 7 m g a z l l 0 1 a6 5 7 50 2 5 0 4 5 z a l s j l 2z l l 0 21 0 o 1 3 o z a i s i g m g z l l 0 48 0 1 0 50 1 7 03 0 2 0 5 z a i s i 5 c u l m g z l l 0 54 5 5 j1 o 1 50 4 0 6 z a i s i s c u l m g a z l l 0 5 a4 5 5 5 10 l5 0 4 0 5 5 余量 z a i s i 8 c u l m g z l l 0 67 ，5 8 51 0 1 50 3 o 50 3 o 5 1 50 1 0 0 2 5 z a l s i 7 c u 4z l l 0 76 5 7 53 5 4 5 z a i s i l 2 c u l m g l z l l 0 81 1o 1 3 01 0 2 00 4 1 00 3 0 9 n j 08 1 5 z a i s i l 2 c u l m g l n i l z l l 0 91 1 o 1 3 oo 5 1 50 8 l j 3t i 01 0 0 3 5 武汉理工大学硕士学位论文 表1 - 2 部分金属型铸造铝部分合金力学性能( g b t 1 1 7 3 1 9 9 5 ) 铸造铝台金力学性能 力学性能不低干 合金牌号合金代号铸造方法合金状态抗拉强度伸长率布氏硬度h b s s b l v l p a 出 ( 5 ，2 5 0 3 0 ) jf1 5 5 2 5 0 j t 2 1 3 5 24 5 z a i s i 7 m g z l l 0 1 m 1 4 1 8 5 45 0 j ，m1 52 0 52 6 0 j 、mt 42 2 556 0 z a t s l 7 m e , a z l l 0 1 aj b 、j巧2 6 54 7 0 j b ，j t 6 2 9 538 0 mf1 4 545 0 jf1 5 525 0 z 临i 1 2 z l l 0 2 m1 21 3 545 0 j1 21 4 535 0 jf1 4 525 0 z a i s i 9 m g 珊0 4j1 11 9 51 56 5 j 、m1 石2 3 527 0 jt 11 5 50 56 5 z a l s i s c u l m g z l l 0 5jt 52 3 50 57 1 1 j1 71 7 516 5 z a i s i 5 c u i m g a z l l 0 5 aj 、mt 52 9 528 0 j b1 1 1 9 5 157 0 j bt 5 2 5 5 27 0 z a i s i s c u l m g z l l 0 6 1 1 3 t 62 6 5 27 0 j t 72 4 526 0 jf1 9 527 0 z a 峪i 7 c u 4z l l 0 7 j t 6 2 7 5 2 5 1 j1 11 9 58 5 z a i s i l 2 c u l m g l z l l 0 8 j1 1 6 2 5 5 9 0 jn1 9 59 0 z a i s i l 2 c u l m g l n i l z l l 0 90 5 j t 6 2 4 5l 表1 3 国际标准铸造铝合金 化学成分( 质量分数) ( ) 合金牌号 s j m g f ec um ni n币n ia i a 1 s i 5 f c4 5 6 00 1 1 30 10 50 1 o 20 1儿余 a 1 s i 6 c u 4 f e50 7 0o 3 1 350 7 00 2 0 62 00203 a i s i 8 c u 3 f e 75 95 o 3 1 325 4 00 61 202 0 5 6 武汉理工大学硕士学位论文 a 1 s i l 2 f e1 1 o 1 3 5o 11 3o 10 50 10 20 1 0 3 a 1 s j l 2 c i l f c】1 0 1 3 5o 31 31 20 5o 50 2 p b o ，2 表1 4 美国压铸铝合金( a s t mb 8 5 - 8 4 1 台金代号 化学成分( 质量分数) ( ) a s t m 和其它 a n 研u n s掰c m g f e m n z n 1 i n is n元素 a i 总和 3 6 0 0a 0 3 6 0 09 0 0 4 0 2 5其 1 0 - o0 6 00 62 00 3 50 5 00 5 00 1 5余 a 3 6 0 oa 1 3 6 9 0 o 4 0 2 5 1 0 00 6 00 61 30 3 5o 5 0o 5 00 1 5 3 8 0 0 a 0 3 8 7 j 3 0 0 1o 2 5 9 j4 02 00 5 03 00 5 00 3 5 a 3 舳oa 1 3 8 0 07 5 3 0 0 1 0 5 9 54 01 30 卯3 00 5 00 3 5 3 8 3 0a 0 3 跏9 5 2 0 0 1 1 1 53 01 30 5 03 00 3 0o 1 5 3 8 4 0 a 0 3 8 4 01 0 5 3 o 0 10 5 1 2 0 4 51 30 5 03 oo 5 00 ，3 5 4 1 3 0a 0 4 1 3 01 1 0 1 0o 1o 2 5 1 3 o2 00 3 50 5 00 5 00 1 5 a 4 1 3 0a 1 4 1 3 01 1 0 1 00 1 0 2 5 1 3 o1 3o _ 3 50 5 00 5 00 1 5 c 4 4 3 _ 0a 3 4 4 3 04 5 0 60 10 2 5 6 02 0o 3 50 5 00 j 0o 1 5 5 1 8 o栅1 8 00 3 5 7 5 0 2 s 02 5 8 5 1 80 3 50 1 5o 1 5o 1 5 b 3 9 0 0a 0 3 9 0 01 6 0 4 0 0 1 o 加 1 8 05 o1 30 5 01 50 2 0o 1 0o 2 0 台金代号 试样的典型力学性能凝同压铸特性其他特性 a s tu n s s bs 0 2由 ts - 1温度抗康薄 抗机抗抛电 阳化高 m 和脚 ，m p |脚 脚 区间 热 压 壁粘械 腐 光镀 极学 温 a n s ia aa a ( ) 裂敛流模加蚀化氧强 晰动性 1 = 处化度 性性理着 色 3 6 0 0a 0 3 63 0 0 1 7 021 9 0 1 4 05 5 7 12323232331 0 0 5 5 9 6 7 武汉理工大学硕士学位论文 a 3 6 0 a 1 3 63 2 01 7 03 1 帅1 2 05 5 712323232331 0 0 05 5 9 6 3 8 0 0a 0 3 83 2 01 6 02 1 9 01 钟5 3 722213431343 0 05 5 9 3 a 3 舯a 1 3 83 2 01 6 03 1 9 01 加5 3 7222l343l3 4 3 00 05 5 9 3 3 8 3 0a 0 3 83 1 01 5 03 5 1 51 2 1223 3l 3 4 2 3 05 5 8 2 3 8 “a 0 3 8 3 3 01 7 02 。枷1 加 5 1 5 221235434 5 2 0 4 0 5 5 8 2 4 1 3 0a 0 4 1姗1 加2 1 7 01 3 05 7 3l1114253533 3 05 。 5 8 2 a 4 1 3a 1 4 1 2 帅 1 3 03 1 7 01 3 05 7 311l1 42 53533 03 05 5 8 2 c 4 4 3 a 3 4 42 3 01 0 0 9 1 3 0 1 2 0 5 7 3 3 3 44 5 24222 5 0 3 0 o 6 3 2 5 1 8 0a 0 5 13 1 01 9 052 加1 柏5 3 5555511151l4 8 0 6 2 1 b 3 9 0 a 0 3 92 8 02 4 05 0 7 00 0 5 4 9 表1 - 5 德国压铸铝台金i n1 7 2 5 2 - 1 9 8 6 ) 化学成分( 质量分数) ( ) 其他元素 a 代 牌号 1 号s i m g m n c uf en j z n s n面 i b 单 总 个 和 2 2 g d a l s i 9 c i l 38 0 0 lo 1 2 0 其 6 1 1 0 o 5 1 0 30 0 10 10 20 0 o 1余 0 53 j215 55 2 3g d - a i s i l 2 1 忙1 0 50 1 1 u l 0 40 51 2l02o o 10 10 20 00 1 1 35 15)5 8 武汉理工大学硕士学位论文 2 3g m a l s i l 21 0 j 0 0 0 1 o 0 0 50 40 1 1 0 00 o o0 1o oo 00 1 1 3 j05155555 2 3g d a 1 s i l 0 m9 o o 2 0 0 0 l 9 g 1 1 0 0 40 11 0 00 0 00 10 0o 00 1 0 ，505 15 5555 3 4 g d - a i m 9 8 c 1 0 56 00 2 l 0 50 21 0 0o 0 00 20 00 00 1 1 3 59 5254505产5 3 4 g d - a i m 【9 9 o 0 17 00 2 92 5 0 j0 0 51 0 00 0 00 10 0o 00 1 1 0 o05155555 压铸试样力学性能其他特性 s bs 0 2也髓 凝固温压铸温线收缩密度 代 牌号愚舶，胁( ) ( 5 2 5 0 ) 度度 室 ( m g m 3 ) 号 。 区间( ) 。 ( ) ( ) 2 2 6g j 瑚i 9 c i l 3 2 4 0 1 柏o 5 8 0 鲫6 0 0 0 5 0 82 7 5 3 1 0 2 柏31 2 04 9 06 5 0 2 3 1 g d - a i s i l 2 ( c 1 1 ) 2 2 0 1 4 0 1 36 0 5 6 0 0 0 5 0 82 6 5 3 0 02 4 0l 5 3 06 s o 2 3 0g d a i s i l 22 2 0 1 4 0 1 3 6 0 5 6 0 0 0 5 0 82 6 5 2 8 01 b o1 5 7 07 2 3 9 g d - a i s i l 0 m g 2 2 0 1 4 0 1 37 0 鲫 6 0 0 0 5 0 82 6 5 3 2 0 0l o o5 5 06 5 0 3 4 1 g d - a i m 鲷c 1 6 0 1 2 0 1 3 6 0 8 06 2 0 6 1 0 o 5 0 82 6 2 4 0 1 4 0 5 2 06 7 0 3 4 9 g d a i m 9 9 2 1 4 0 1 57 0 6 2 0 6 0 0 o j 0 82 6 3 2 2 01 5 3 06 6 0 含硅压铸铝合金以铝硅共晶合金为典型。通常合金中含硅量接近铝硅合金共 晶点，其铸造性能最好，生产工艺简单，而且这种合金抗腐蚀性较好，所以在压 铸生产中这种合金得到了广泛的应用但是这种合金的机械性能差，不适用受力 件，为了克服铝硅共晶合金强度较低的缺点，人们在铝硅共晶合金中加入了c u 、 m g 、z n 等合金强化元素，大大的提高了压铸铝合金的强度。温州电喷泵有限公 司生产的燃油泵泵盖的原料就是采用了铝硅系合会其牌号为z l l 0 8 ，易压铸且铸 件又满足一定的机械强度的要求! 武汉理工大学硕士学位论文 1 5 2 铝合金压铸件的缺陷 压力铸造是在高压作用下，铝合金压铸件的缺陷液态或者是半液态金属以较 高速度充填压铸型型腔，凝固成型而获得铸件的方法。铝合金压铸时，作用在金 属上的压射比压高达几十甚至几百个大气压，金属充填压铸型型腔的速度范围为 0 5 m s 一5 0 m s 。 但是压力铸造时，由于液态金属液流在压铸型型腔内的运动速度极高，液态 金属会包裹大量的气体，再加上金属在压铸型型腔内冷却速度快，金属表面层迅 速凝固，形成硬壳，致使气体来不及从金属中逸出而以气泡的形式留在铸件内。 据资料介绍，砂型铸件含气量为6 - 9 p p m l o o g 铝，金属型铸件含气量为2 p p m l o o g 铝，而普通压力铸造生产的铸件含气量为1 5 4 5p p m l o o g 铝，是金属 型铸件含气量的1 0 2 0 倍。所以压铸件不能进行较多余量的机械加工，以免气孔 暴露在铸件的表面，削弱压铸件的工作性能“。压铸件也不能进行热处理，因 为滞留在压铸件内的高压气体，在压铸件高温热处理的保温过程中会发生膨胀， 而此时金属在高温下软化，使得压铸件起泡，有时压铸件表面甚至被气体鼓破， 形成孔洞“5 1 ”1 。同样的原因也使得压铸件不能焊接。这一缺点大大限制了压铸件 的适用范围，同时压铸件材料的机械性能的潜力也不能得到充分的发挥。 1 6 压铸模拟技术的发展及应用 由于压铸件具有精度高、外表光洁、质量轻等特点，因而在汽车生产中得到 了广泛应用。自1 9 0 5 在美国诞生第一台应用于工程零部件生产的压铸机以来， 压铸技术取得极大的发展。压铸工艺过程的不稳定性因素比较复杂，压铸机的动 态特性以及液压油粘性的变化，能量损耗等导致生产过程的不确定性增加。过程 控制的优劣取决于各个参数如压力，增压时间，压射速度，二速起动点的调节， 模温，合金温度，涂料的控制程度及合金的精练与除气处理。 在压铸本质方面认识突破，可以为压铸生产提供强有力的支持，如日本研究 了“铝合金的压力传递与铸件质量的关系”，作者认为测定型腔内的压力传递和 合金液充填行为对压铸质量的影响是同样重要的。但压力传递现象及其对压铸件 质量的影响，由于检测技术未过关至今尚未搞清。为此他们开发了一种测定铸型 型腔内压力传递的新技术，由于压铸件在很大的温度梯度下很快凝固，表面完全 凝固后，铸件内层的压力往往无法测得，作者在测压处的表面覆上厚0 1 咖的绝 热材料，使表面的凝同时间和铸件心部相同共至更长，能测得心部来自浇道的合 金液压力，解决了难题，从而获得了准确的数捌，搞清了金属液流速，最大传递 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 压力及压铸件表面粗糙度与残留气孔之间的关系“”。这对实际压铸操作上以及分 析技术的准确性都具有实际价值。 在压铸过程中，因金属液在高速、高压下迅速充型和凝固，极易产生气孔、 夹杂、冷隔、流痕等铸造缺陷“。此外，金属液在充型和凝固时强烈冲刷压铸模 表面，使模具表面温度急剧升高，导致压铸模内温度分布不均匀，引起较大的热 应力，使模具表面产生疲劳裂纹而报废“。而且，压铸工艺一旦确定及压铸模设 计制造完成，就难以进行大规模修改，致使压铸件试制难、开发周期长、生产成 本高，严重制约了压铸工艺和压铸生产的发展。因此，开展压铸工艺的计算机数 值模拟技术的研究，掌握压铸过程中金属液的充型、凝固规律和压铸模温度场的 分布及变化，对于优化压铸工艺和模具设计、提高新产品的开发速度、缩短研制 周期、提高铸件质量、降低生产成本具有重要意义。1 。 1 7 课题背景 随着汽车工业的发展，越来越多的汽车件由铸铁件改为轻质有色合金件，而 采用压铸铝合金生产的压铸件又占了很大的比例。汽车发动机上用的供油装置， 电喷燃油泵的泵盖就是铝合金铸件。由于电喷燃油泵具有油耗低，燃料利用率 高的特点，汽车上传统的发动机供油装置化油器已经完全被电喷燃油泵所代替。 本课题来源于温州电喷泵有限公司的生产实践，为了解决生产中的问题，满足装 车要求，要对该件的压铸工艺进行研究。 燃油泵泵盖的形状如图l 所示。 图1 泵盖的二维实体图 为了防止电喷泵中的燃油外泄，因而泵盖要求铸件机加工部位加r i = 后不允许 ；j 现“黑皮”和气孔，不允许有穿透性缺陷，最后还要经过密封性试验，在 o 1 5 - 0 2 0 m p a 气压下彳i 得渗漏。 武汉理工大学硕士学位论文 对于这样的一个具有壁薄的压铸件，从生产准备到批量生产，牵涉的环节很 多，影响因素也很多，包括材质、模具、设备状况，生产工艺等各方面。任一环 节出了问题，就不能生产出合格的压铸件。 上述问题，都是本课题在进行过程中要涉及和研究的问题，希望能通过本课 题能对实际生产有一定帮助，最终目的是生产出合格压铸件，满足工场实际生产 的需求。 1 8 本课题研究的主要内容 ( 1 ) 首先对铸件缺陷进行观察，并结合实际的生产工艺对缺陷可能产生的原因 进行分析，并提出修正方案。 ( 利用p