（材料加工工程专业论文）汽车安全带旋转芯轴压铸件的充型模拟及模具设计.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 压力铸造具有生产效率高，压铸件尺寸精度高，组织致密，具有较高的强度 和硬度等优点，广泛的运用于工业生产之中。压铸模具在整个压铸生产中占有重 要的地位。传统的压铸模具设计过程存在着过多的依赖于模具工程师的个人经验， 模具设计的周期较长，设计工作繁重等缺点。 压铸的充型过程对压铸件的质量有着重要的影响。压铸件中许多缺陷都是由 于充型过程不平稳造成的。压铸模具的浇注系统和溢流槽的设计合理与否很大程 度上决定着压铸充型过程是否平稳。本文开始先根据作者的经验设计了一个汽车 安全带旋转芯轴压铸模具的浇注系统和溢流槽的工艺方案。引入铸造数值模拟软 件p r o c a s t 对汽车安全带旋转芯轴压铸件的充型过程进行模拟，发现充型过程平 稳，但是在压铸件的两端发现了缩松缺陷。针对这个问题，作者在原工艺方案的 基础之上在压铸件的两端分别增设了一个溢流槽。再用p r 0 c a s t 观察充型过程是 整个充型过程。发现充型过程平稳，缩松缺陷被转移到增设的溢流槽中去了，通 过后续加工，可以将缩松的部位切除。达到了对压铸件的质量要求。 在完成浇注系统和溢流槽的优化设计的基础之上，用p r o e n g i n e e r 2 0 模具设 计模块完成压铸模具型腔和斜滑块抽芯机构的设计。传统的压铸模具设计是在完 成模具型腔的设计后，直接在二维设计软件里完成模架的设计，这种设计方法具 有劳动强度大、设计不直观、设计周期比较长等缺点，本文通过模架专家系统 e m x 4 1 的引入，直接在e m x 4 1 里三维地添加模架降低了设计的的强度，缩短了 模架设计的周期，增强了模架设计的直观性。 本文通过引入数值模拟软件p r o c a s t 对汽车安全带旋转芯轴压铸件充型过 程进行模拟，优化浇注系统和溢流槽的设计，指导了作者的模具设计过程。通过 p r o e n g i n e e r 2 0 模具设计模块完成模具的型腔设计和斜滑块抽芯机构的设计，通过 模架专家系统e m x 4 1 的引入完成了模具的模架设计，缩短了模架设计的周期， 通过以上的运用充分体现了c a d c a e 技术对压铸模具设计的提升作用。 关键词：压铸模具，数值模拟，优化设计，模架 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ef e a t u r e so fh i g hp r o d u c t i v i t y , h i g hd i m e n s i o n a la c c u r a c y , a n dh i g h s t r e n g t ha n dh a r d n e s sd u et oi t sd e n s es 仃u c 眦，d i ec a s t i n gi sb e i n gw i d e l ya p p l i e di n i n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t h ed i ec a s t i n gm o l dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nd i e c a s t i n g p r o d u c t i o n , h o w e v e r , t h et r a d i t i o n a ld i e - c a s t i n gm o l dd e s i g np r o c e s sh a st h ef o l l o w i n g d i s a d v a n t a g e so fe x c e s s i v ed e p e n d e n c eu p o nt h em o l de n g i n e e r sp e r s o n a le x p e r i e n c e ， at o ol o n gm o l dd e s i g n i n gc y c l ea n dah e a v y d e s i g n i n gw o r k l o a d n l e f i l l i n gp r o c e s so fd i e c a s t i n gh a sas i g n i f i c a n ti m p a c to nq u a l i t yo fd i ec a s t i n g m a n yd e f e c t sa r ed u et ot h eu n s t a b i l i t yi nf i l l i n gp r o c e s s w h e t h e rt h ed e s i g no fg a t i n g s y s t e ma n do v e r f l o wt a n ko fd i ec a s t i n gm o u l di s r e a s o n a b l et oal a r g ee x t e n t d e t e r m i n e sw h e t e rt h ef i l l i n gp r o c e s si ss t a b l eo rn o t t h i sp a p e ri ss t a r t e d 、航mag a t i n g s y s t e ma n do v e r f l o wt a n kt e c h n o l o g yp r o g r a mo fav e h i c l es e a tb e l ts p i i ls p i n d l e d e s i g n e db a s e do nt h ea u t h o r se x p e r i e n c e ，t h e nt h ef i l l i n gp r o c e s so ft h et e c h n o l o g y p r o g r a mi ss i m u l a t e dt h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no ft h en u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r e p r o c a s t i tt u r n so u tt h a tt h ef i l l i n gp r o c e s si ss t a b l e ，b u td i s p e r s e ds h r i n k a g ei sf o u n d a tt h et w oe n d so ft h ed i ec a s t i n g i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m ，a no v e r f l o wt a n ki s a d d e dt oe a c ho ft h et w oe n d so ft h ed i ec a s t i n g i nar e p e a t e ds i m u l a t i o nf i l l i n gp r o c e s s c o u r s e ，t h ei m p r o v e do n et u r n so u tt h a tt h ef i l l i n gp r o c e s si ss t a b l e ，a n dd i s p e r s e d s h r i n k a g ei st r a n s f e r r e dt ot h en e w l ya d d e do v e r f l o wt a n k s ，w h i c hc a l lb er e m o v e d t h r o u g hl a t e rp r o c e s s ，r e a c h i n gt h eq u a l i t yr e q u i r e m e n t so fd i ec a s t i n g a f t e rf i n i s h i n gt h eo p t i m i s a t i o nd e s i g no ft h eg a t i n gs y s t e ma n do v e r f l o wt a n k , p r o e n g i n e e r2 , 0m o d u l ei su s e dt oc o m p l e t et h ed e s i g no fd i ec a v i t ya n dc o r e p u l l i n g m e c h a n i s m 丽las l i d e i nt h et r a d i t i o n a ld i e - c a s t i n gm o l dd e s i g np r o c e s s ，t h ed e s i g n o fm o l d b a s ei sc o m p l e t e di n2 dd e s i g ns o f t w a r ea f t e rt h ed e s i g no fd i ec a v i t y t l l i s m e t h o db e a r st h ef o l l o w i n gd i s a d v a n t a g e ss u c ha sl a b o u ri n t e n s i t y , i n d i r e c tv i e w i n ga n d r e l a t i v e l yl o n gd e s i g nc y c l e s i nt h i sp a p e r , e m x 4 1i si n t r o d u c e d ，i nw h i c hm o l d b a s e i sm o d i f i e df r o m3 dv i e w , r e d u c i n gt h el a b o u r - i n t e n s i t yo f d e s i g n , s h o r t e n i n gd e s i g n i n g c y c l eo fm o l d b a s ea n ds t r e n g t h i n gi n t u i t i o n t h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fn u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r ep r o c a s tt os i m u l a t e t h ef i l l i n gp r o c e s so fv e h i c l es e a tb e l ts p i ns p i n d l ei nt h i sp a p e r , t h ed e s i g no fg a t i n g s y s t e ma n do v e r f l o wt a n ki so p t i m i s e da n dt h ed e s i g np r o c e s so f t h ea u t h o r sm o l d b a s e i sg u i d e d d e s i g n i n gc y c l eo fm o l db a s ei ss h o r t e n e db ya p p l y i n gp r ol e n g i n e e r2 0 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 m o d u l et oc o m p l e t et h ed e s i g no fd i ec a v i t ya n dc o r e - p u l l i n gm e c h a n i s mw i t has l i d e a n de m x 4 1t oc o m p l e t et h ed e s i g no fm o l d b a s eo fd i e c a s t i n gm o l d ，w h i c hf u l l y e m b o d i e st h ep r o m o t i o no fc a d c a et e c h n o l o g yo nt h ed e s i g no fd i e c a s t i n gm o l d k e y w o r d s ：d i e c a s t i n gm o l d ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n , o p t i m i z ed e s i g nm o l d b a s e i i i 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的丕歪3 学位论文幽壶玺笨送塑盘纽忍鲤瞄力掣翘杉 乒超型选业是我个人在导师指导下进行的研究工作及取：i ! 导的研究成果。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 学位论文作者签名：发留列 导师签名：旗尊荔 签字日期：弘7 t 广工7 r 签字日期：妒呷ts ) 7 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称“章程 ) ，愿意将本人的丝士学位论文i i 幺蠢翌燃费鞘饵酗米期刊( 光盘版) 电子杂志社 位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕 学位论文全文数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优 秀硕士学位论文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版， 并同意编入c n l 【i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库 中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益和承担相应义务。 本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文 的全部或部分内容。 作者签名：名缓址 导师签名： 备注：审核通过的涉密论文不得签署搿授权书一，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 砌争 | 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1绪论 1 1 国内外发展概况 模具是当今工业生产中重要的工艺装备，被称为“工业之母，【1 1 。是现代工业 生产中实现少切削和无切削，提高生产效率和产品质量的不可缺少的工具，广泛 用于工业生产中的各个领域。一个国家工业水平的高低在很大程度上取决于模具 工业的发展水平，模具工业的发展水平是一个国家工业水平的重要标志之一【2 】。国 民经济的5 大支柱产业：机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发 展与之相适应。在如汽车、摩托车、家用电器、仪器、仪表，电子等行业中，6 0 。8 0 的零件都需要模具来进行制造。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂 性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他制造方法无可比拟的【3 】。因此模具制 造水平的高低，不仅是衡量一个国家制造水平高低的重要标志，也在很大程度上 决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 经过这么多年的发展，我国的模具工业发展取得了很大的进步，现在我国的 模具厂大约有3 万多家，模具从业人员约8 0 多万人，我国模具行业的生产企业和 职工总数在世界的排名已跃居第一，生产销量排名世界第三。然而在发展的同时 我们也要看到我国和世界发达国家模具产业发展的差距【4 】。中国模具设计制造水平 在总体上要比德、美、日、法、意等工业发达国家落后许多，也要比英国、加拿 大、西班牙j 葡萄牙、韩国、新加坡等国落后很多。国内自配率不足8 0 ，其中 中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足6 0 。模具是制造业的重要工业基 础，在我国，模具制造属于专业设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使 用模具，但长期未成产业。 压铸模具在整个模具产业中占有较高的份额，随着汽车工业的快速发展，推 动了压铸模技术的快速发展。汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体和摩托车发动 机缸机、齿轮箱壳体、制动器、轮毂、仪表盘、座椅支架等都可以用压铸的方式 做出来。压铸模具技术含量高、对模具的设计及加工等都有很高的要求。我国压 铸模具的发展水平和欧美等发达国家的差距更为明显。具体差距：压铸模具制造 精度可达0 0 2 。0 0 5 m m ( 国j , i , o 0 1 o 0 3 m m ) ，型腔表面粗糙度值为r a 0 4 o 2 u m ( 国 j b r a 0 0 2 - 0 0 1 u r n ) ，模具制造周期为中小模具为3 4 个月，中等模具4 8 个月，大型 模具8 。1 2 个月，约为国外的2 倍。模具寿命：铝合金铸件模具一般为4 。8 万次，个别 可超1 0 万次，国外可达8 。1 5 万次以上【5 j 。c a d c a e c a m 的广泛应用，显示了用信 息技术带动和提升模具工业的优越性。为了缩短制模的周期，提高市场竞争力， 普遍采用高速切削加工技术，高速切削技术以高切削速度、高进给速度和高加工 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 质量为特征，其加工速率比传统的切削工艺熬高几倍，甚至几十倍。快速成型技 术与快速制模技术获得普遍应用。 1 2 压铸成型c a e 概况 c a e ( c o m p u t e ra i d e de x e c u t i o n ) 即计算机辅助工程技术，它的出现是计算机辅 助设计计算机辅助制造( c a d c 舢m ) 技术向纵深方向发展的要求【瞄】。一般认为它 是一个包含数值计算技术、数据库、计算机图形学、工程分析与仿真等在内的一 个综合性软件系统，其核心技术是工程问题的模型化和数值实现方法。 压铸模c a e 作为计算机在模具行业的一项新型应用技术，除了具有本身固有 的特性和内容外，还将补充和完善现有的c a d c a m 系统的功能。它的兴起预示着 计算机技术在模具上的应用朝着集成化的方向发展。压铸模c a e 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。 沈阳铸造研究所和香港理工学院研究了压铸计算机模拟浇口位置对金属液充 型过程的影响【9 】。结果表明压铸浇道设置主导着充型模式，在给定设置中扇形浇道 显示出良好的充填特性，其模拟结果和水力试验结果吻合良好。王贵等利用 p r o c a s t 对铝合金压铸件充型和凝固过程进行了数值模拟【10 1 。上海交通大学采用 有限元法模拟压铸模的温度场，可将压铸模任一截面上不同冷却时间的温度场用 图形方式显示出来，运行结果与红外热成像仪实测温度场接近。华中科技大学的陈 立亮对铝合金低压铸造的整个生产过程进行了模拟【1 1 1 。其中包括模具的热平衡和 多周期生产中的模具温度变化，为进一步开展压铸生产全过程的模拟奠定了基础。 压铸件压铸模拟应力是建立在温度场模拟基础至上的，是一个比较新的研究领 域。目前，这部分工作正在大力开展的也只有德国的m a g m a s o f t 可对压铸件、压铸 模进行应力应变模拟，从而预测铸件、铸型变形和模具寿命，但其准确性有待于 进一步提高l l2 。 近年来，铸造c a e 商品化软件功能逐渐增加，其中主要有法国的p r o c a s t 、德 国的m a g m a s o f t 、芬兰的c a s t c a e 、法国的s i m u l o r 、西班牙的f o r c a s t 及日本的 s o l d i a 、c a s t e m 等软件【1 3 以5 1 。从功能上看，许多软件大都基于有限差分法，可以对砂 型铸造、金属型铸造、精密铸造、压力铸造等多种工艺进行温度场、流场的数值 模拟，并可以预测铸件的缩孔、缩松等缺陷，但对应力场的模拟及裂纹的预测显得 力不从心。p r o c a s t 采用有限元方法【l 眦3 1 。 1 3 本文研究的意义 压力铸造具有很多的优点阱】： 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 铸件壁薄、形状复杂、轮廓清晰。 压铸件精度较高、尺寸稳定、一致性好、加工余量很小。 压铸件组织致密、具有较高的强度和硬度。 可以压铸出螺纹、线条、文字、图案和符号。 在压铸中采用镶铸法可以省略装配工序并简化制造工艺。 压铸件可以进行涂覆表面处理。 压铸件生产效率很高。 压铸模具也有一般情况下不能热处理的缺点，一般只做外观件，不作为结构 件。基于以上特点，压铸件在各行各业中所占的比例越来越大。随着我国汽车工 业这几年迅猛的发展，对压铸件的需求更是越来越大，目前发达国家直接由铸铁、 灰铸铁、铸钢等制造的零件逐年下降，有色金属铸造也有所减少，而压铸件呈上 升的趋势，我国的压铸模具虽然经历了这么多年的发展取得了很大的成就，在看 到进步的同时我们也必须清醒的认识到，我过现在的模具设计水平和欧美发达国 家，包括日本等国家的差距依然很大，不加紧追赶，这个差距将越拉越大。在压 铸件的生产中压铸模具的设计占有很高的地位，模具的设计优劣直接影响压铸件 的质量、生产效率和成本，在压铸模具中模具的浇注系统和溢流槽设计好坏直接 决定了压铸模具设计的成败，是压铸模具设计中的难点和重点，即使具有很多年 压铸模具设计经验的工程师来说很多时候也是很难把握的。因此将国际上先进的 c a e 分析技术引入传统的压铸模具设计中，对传统的技术进行提升和优化是很有必 要的。 配合c a e 辅助工程，既可大大缩短压铸模具生产的周期，又可以减轻劳动者 的工作强度、提高压铸模具设计的质量。降低成本，最终提高企业的竞争力【2 5 1 。 相对于其他的模具而言，压铸模具c a d c 删c a m 系统起步较晚，但由于可以借 鉴其他的模具系统的开发经验、发展速度也相当快，当前国际上著名的压铸c a e 分析软件很多，国内的像华中科技大学和清华大学都开发了自己的分析软件，国 内的软件商品化程度低、可靠性较差、功能单一、集成化程度低。国际上的分析 软件效果较好但是由于价格昂贵，二次开发不够等这些原因造成了c a e 分析软件 在国内还不能广泛使用，不利于生产力的提高，长此下去，国内和国际在压铸模 具设计这块的差距将越来越大，因此认识到c a e 技术在压铸模具设计中的重要性， 在压铸模具设计中应用c a e 技术，对减轻劳动者的工作强度、提高压铸模具设计 的质量。降低成本，最终提高企业的竞争力起着很重要的作用【2 6 1 。 本研究课题中用的旋转芯轴材料为y l 3 0 2 ( y z a i m 9 5 s i l ) ，要求不能有气孔、 裂纹、缩孔和几何形状的缺陷。该件的几何结构复杂，中间大，中间有通孔，通 孔旁边有两排盲孔两边均有一段伸出的部分，两边有均有凹进去和凸出来的部 重庆大学硕士学位论文1 绪论 分，并且两边都有一个小孔，如果浇注系统和排溢系统的开设的位置没有确定好， 将容易造成充不满，用c a e 分析软件p r o c a s t 对压铸充型的过程进行模拟，确 定最优的浇注系统和溢流槽，对模具的设计提供指导作用，对缩短设计时间和减 少对经验依赖有着重要的意义。 1 4 本文研究的目的 根据模具c a e 理论，结合c a e 软件p r o c a s t 的流态分析模块对旋转芯轴压 铸件三维造型的浇注系统和溢流槽进行优化，得到最佳的浇注系统和溢流槽，用 p r o e n g i n e e r 完成模具型腔的设计。用模架专家系统e m x 4 1 完成模架的设计，增 强对数值模拟分析软件，模具设计软件在压铸模具设计中的作用的认识，熟悉压 铸模具设计的整个流程，完成压铸模具的设计。 1 5 本文研究的内容 本课题以汽车安全带旋转芯轴压铸件的模具设计为研究内容，该压铸零件结构 复杂，在充型的过程中浇注系统和溢流槽的位置设计不合理，在充型的过程中很 容易导致充型过程不平稳，会引起缩孔、缩松等缺陷。本课题以该压铸件的p r o e 三维造型为基础，以三维分析软件p r o c a s t 为平台，通过对铸件成型状况的流动 模拟分析，利用p r o c a s t 的分析结果，综合确定最佳的浇注系统和溢流槽，完成 对该铸件进行具体的模具设计。本文的主要研究内容： 分析该零件的基本参数确定压铸机型号； 研究确定压铸件的工艺参数； 对压铸件的三维造型进行网格划分； 进行充填过程模拟的计算； 成型镶块和斜滑块抽芯机构的设计； 压铸模具的模架设计。 4 重庆大学硕士学位论文 2 压铸工艺介绍 2 压铸工艺介绍 2 1 压铸工艺特点 与其他金属成型工艺相比，压铸的特点为【2 生产率极高。生产过程容易实现机械化和自动化。一般冷压室压铸机每八 个小时可压铸6 0 0 7 0 0 次，热压室压铸机每八个小时可压铸3 0 0 0 7 0 0 0 次。而且一 副压铸模中的型腔往往不止一个，这样生产的压铸件数也就成倍地增加了。 压铸件的尺寸精度高，其尺寸稳定、一致性好、加工余量少而且有很好的 装配性。压铸件的精度可达i t l l 。i t l 3 级，有时可达i t 9 级。表面粗糙度值一般为 见0 8 3 2 u m ，最低达r 。0 4 u r n 。一般压铸件只需要对少数的几个尺寸部位进行机 械加工，有的零件甚至于不需要机械加工就可直接装配使用。这样材料利用率高， 可达6 0 。8 0 ，毛坯利用率达9 0 。 铸件组织致密，具有较高的强度和硬度。由于压铸时金属液是在压力下凝 固的，又因高速填充，冷却数度极快，使铸件表面生成一层冷硬层( 约0 3 o 8 r a m ) 。 该层的金属晶粒细小，组织致密。所以压铸件强度和硬度较高，坚实耐磨。当压 铸件壁厚适当且均匀时，其强度更高。 可以压铸形状复杂、轮廓清晰的薄壁深腔铸件，因为金属液在高压下能保 持高的流动性。压铸件最小壁厚锌合金可达0 3 m m ，铝合金约为0 5 m m 。最小铸 出孔径为0 7 m m ，可铸螺纹的最小螺距为0 7 5 m m 。 镶铸法可省去装配工序，简化制造工艺。在压铸件特定的部位上可以直接 嵌入所需的其他材料的制件，例如磁铁、铜套、绝缘材料等嵌件以满足特殊要求， 既省去了装配工序，又简化了制造工艺。 铸件内部有气孔存在，但一般仍能满足使用要求。由于金属液填充速度极 快，充填时卷入型腔中的气体很难完全排除，致使压铸件内部常有气孔及氧化夹 杂物存在，从而降低了压铸件的质量。因此，一般压铸件不能进行热处理，也不 宜在高温下工作。同样，也不希望进行机械加工，以免铸件表层下的气孔露出来。 压铸机的压室和压铸模型腔的材料限制了压铸合金的种类。高熔点的黑色 金属因其压铸模使用寿命短而目前难以在实际生产中压铸。在同一种合金中，又 有牌号的限制。这是因为压铸过程的特点，如激冷、收缩应力、成型时的充型条 件等造成的。 压铸件的尺寸受压铸机锁模力及装配尺寸的制约，故大型压铸件的生产受 到限制。目前大型压铸机有所发展。大型零件的压铸问题正逐渐得到解决。 压铸工艺只适用于大批量生产。由于压铸机价格高，压铸模制造费用高， 重庆大学硕士学位论文 2 压铸工艺介绍 不宜小批量生产。 2 2 压铸件常见缺陷和解决方法 2 2 1 流痕 其他名称：条纹。 特征：铸件表面上呈现与金属液流动方向相一致的，用手感觉得出的局部下 陷光滑纹路。此缺陷无发展倾向，用抛光法能去除。 产生原因：两股金属流不同步充满型腔而留下的痕迹；模具温度低，如 锌合金模温低于1 5 0 ，铝合金模温低于l8 0 ，都易产生这类缺陷；填充速太 高；涂料用量过多。 排除措施：调整内浇口截面积或位置；调整模具温度，增大溢流槽； 适当调整填充速度以改变金属液填充型腔的流态；涂料适用薄而喷匀。 2 2 2 冷隔 其他名称：冷接。 特征：温度较低的金属流互相对接但未熔合而出现的缝隙。呈现不规则的形， 有穿透的和不穿透的两种，在外力作用下有发展趋势。 产生原因：金属液浇注温度低或模具温度低；合金成分不符合标准。 动性差；金属液分股填充，融合不良；浇口不合理，流程太长；填充 速低或排气不良；比压偏低。 排除措施：适当提高浇注温度和模具温度；改变合金成分，提高流动性； 改进浇注系统，改善填充条件；改善排溢条件，加大溢流量；提高压射度， 改善排气条件；提高比压。 2 2 3 擦伤 其他名称：拉伤、拉痕、粘模伤痕。 特征：顺着脱模方向，由于金属粘附，模具制造斜度太小而造成铸件表面拉 伤痕迹，严重时称为拉伤面。 产生原因：型芯、型壁的铸造斜度大小或出现倒斜度；型芯、型壁有伤 痕：合金粘附模具；铸件顶出偏斜或型芯轴线偏斜；型壁表面粗糙；涂 料常喷涂不到；铝合金中含铁量低于0 6 。 排除措施：修正模具，保证制造斜度；打光压痕；合理设计浇注系避 免金属流对冲型芯型壁，适当降低填充速度；修正模具结构；打光表面； 涂料用量薄而均匀，不能漏喷涂料；适当增加含铁量至适当增加含铁量 0 鲫8 。 6 重庆大学硕士学位论文 2 压铸工艺介绍 2 2 4 凹陷 其他名称：缩凹、缩陷、憋气、塌边。 特征：铸件平滑表面上出现凹瘪的部分，其表面呈自然冷却状态。 产生原因：铸件结构设计不合理，有局部厚实部位，产生热节；合金缩 率大；内浇口截面积太小；比压低；模具温度太高。 排除措施：改善铸件结构，使壁厚稍为均匀，厚薄相差较大的连接处应步 缓和过渡，消除热节；选择收缩率小的合金；正确设置浇注系统，适当增大 内浇口的截面积；增大压射力；适当调整模具热平衡条件，采用温控装以及 冷却等。 2 2 5 气泡 其他名称：鼓泡。 特征：铸件表皮下，聚集气体鼓胀所形成的泡。 产生原因：模具温度太高；填充速度太高，金属液流卷入气体过多； 涂料发气量大，用量过多，浇注前未燃尽，使挥发气体被包在铸件表层；排气 不畅；开模过早；合金熔炼温度过高。 排除措施：冷却模具至工作温度；降低压射速度，避免涡流包气；选 用发气量小的涂料，用量薄而均匀，燃尽后合模；清理和增设溢流槽和排气道； 调整留模时间；修整熔炼工艺。 2 2 6 气孔 其他名称：空气孔。 特征：卷入压铸件内部的气体所形成的形状较为规则，表面较为光滑的空洞。 产生原因：主要是包卷气体引起。浇口位置选择和导流形状不当，导致金 属液进入型腔产生正面撞击和产生旋涡；浇道形状设计不良；压室充满度不 够；内浇口速度太高，产生湍流；排气不畅；模具型腔位置太深；涂料 过多，填充前未燃尽：炉料不干净，精炼不良机械加工余量太大。 排除措施：选择有利型腔内气体排除的浇口位置和导流形状，避免金属液 先封闭分型面上的排溢系统；直浇道的喷嘴截面积应尽可能比内浇口截面积大； 提高压室充满度，尽可能选用较小的压室并采用定量浇注；在满足成型良好 条件下，增大内浇口厚度以降低填充速度；在型腔最后填充部位处开设溢流槽 和排气道，并应避免溢流槽和排气道被金属液封闭；深腔处开设排气塞，采用 镶拼形式增加排气：涂料用量薄而均匀，燃尽后填充，采用发气量小的涂料； 炉料必须处理干净、干燥，严格遵守熔炼工艺；减少机械加工余量；调整 压射速度和快压射速度的转换点。降低浇注温度，增加比压。 7 重庆大学硕士学位论文 2 压铸工艺介绍 2 2 7 缩孑l 其他名称：缩空、缩眼。 特征：压铸件在冷凝过程中，由于内部补偿不足所造成的形状不规则，表面 较粗糙的孔洞。 产生原因：合金浇注温度过高；铸件结构壁厚不均匀，产生热节；比 压太低；溢流槽容量不够，溢口太薄；压室充满度太小，余料太薄，最终补 缩起不到作用；内浇口较小；模具的局部温度偏高。 排除措施：遵守合金熔炼规范，避免合金液过热太长，降低浇注温度； 改进铸件结构，消除金属积聚部位，壁厚均匀，缓慢过渡；适当提高比压； 加大溢流槽容量，增厚溢流口；提高压室充满度，采用定量浇注；适当改善 浇注系统，以利压力很好地传递；冷却模具局部温度偏高处。 2 2 8 花纹 特征：铸件表面上呈现的光滑条纹，肉眼可见，但用手感觉不出，颜色不同 于基体金属的纹路，用0 # 砂布稍擦几下即可去除。 产生原因：填充速度太快；涂料用量太多；模具温度偏低。 排除措施：尽可能降低压射速度；涂料用量薄而均匀；提高模具温度。 2 2 9 裂纹 特征：铸件上合金基体被破坏或断开形成细丝状的缝隙，有穿透的和不穿透 的两种，有发展趋势。裂纹可以分为冷裂纹和热裂纹两种，他们的主要区别是冷 裂纹铸件开裂处金属未被氧化，热裂纹铸件开裂处金属被氧化。 产生原因：铸件结构不合理，收缩收到阻碍，铸造圆角太小；抽芯及顶 出装置在工作中发生偏斜，受力不均匀；模具温度低；开模及抽芯时间太迟； 选用合金不当或有害杂质过高，使合金塑性下降。 排除措施：改进铸件结构，减少壁厚差，增大铸造圆角；修正模具结构； 提高模具工作温度；缩短开模及抽芯时间；严格控制有害杂质，调整合金 成分。 2 2 1 0 欠铸 其他名称：浇不足、轮廓不清、边角残缺。 特征：金属液未充满型腔，铸件上出现填充不完整的部位。 产生原因：合金液流动不良引起：1 ) 合金液含气量高，氧化严重，以致流 动性下降；2 ) 合金浇注温度及模具温度过低；3 ) 内浇口速度过低；4 ) 蓄能器内氮 气压力不足；5 ) 压室充满度小；6 ) 铸件壁太薄或厚薄悬殊等设计不当。浇注系 统不良引起：1 ) 浇口位置，导流方式，内浇口股数选择不当；2 ) 内浇口截面积太 小。排气条件不良引起：1 ) 排气不畅；2 ) 涂料过多，未被烘干燃尽；3 ) 模具温 8 重庆大学硕士学位论文 2 压铸工艺介绍 度过高，型腔内气体压力较高，不易排出。 排除措施： 改善合金的流动性： 1 ) 采用正确的熔炼工艺，排除气体及非金属夹杂物；2 ) 适当提高合金浇注温 度和模具温度；3 ) 提高压射速度；4 ) 补充氮气，提高有效压力；5 ) 采用定量浇注； 6 ) 改进铸件结构，适当调整壁厚。 改进浇注系统： 1 ) 正确选择浇口位置和导流方式，对不良形状铸件及大铸件采用多股内浇口为 有利；2 ) 增大内浇口截面积或提高压射速度。 改善排气条件： 1 ) 增设溢流槽和排气道，深凹型腔处可开设通气塞；2 ) 涂料使用薄而均匀，吹 干燃尽后合模；3 ) 降低模具温度至工作温度。 2 2 1 1 压痕 其他名称：推杆印痕、镶块或活动块拼接印痕。 特征：铸件表面由于模具型腔磕碰及推杆、镶块、活动块等零件拼接所留下 的凸出和凹下的痕迹。 产生原因：推杆调整不齐或端部磨损；模具型腔、滑块拼接部分和其活 动部分配合欠佳；推杆面积太小。 排除措施：调整推杆至正确位置；紧固镶块或其他活动部分，消除不应 有的凹凸部分；加大推杆面积或增加个数。 2 2 1 2 网状毛刺 其他名称：网状痕迹、网状花纹、龟裂毛刺。 特征：由于模具型腔表面产生热疲劳而形成的铸件表面上的网状凸起痕迹和 金属刺。 产生原因：模具型腔表面龟裂造成的痕迹，内浇口区域附件的热传导最集 中，摩擦阻力最大，经受熔融金属的冲蚀最强，冷热交变最剧，最易产生热裂， 形成龟裂；模具材料不当，或热处理工艺不正确；模具冷热温度变化大； 合金液浇注温度过高，模具预热不够；模具型腔表面粗糙度r a 太大；金属 流速高及正面冲刷型壁。 排除措施：正确选用模具材料及合理的热处理工艺；模具在压铸前必须 预热到工作温度范围；尽可能降低合金浇注温度；降低合金液浇注温度，模 具预热到合适温度；提高模具型腔表面质量，降低r a 数值，镶块定期退火， 消除应力：正确设计浇注系统，在满足成型良好的条件下，尽可能用较小的压 射速度。 9 重庆大学硕士学位论文2 压铸工艺介绍 2 2 1 3 有色斑点 其他名称：油斑、黑色斑点。 特征：铸件表面上呈现的不同于基体金属的斑点，一般由涂料碳化物形成。 产生原因：涂料不纯或用量过多；涂料中含石墨过多。 排除措施：涂料使用应薄而均匀，不能堆积，要用压缩空气吹散；减少 涂料中的石墨含量或选用无石墨水基涂料。 2 2 1 4 麻面 特征：充型过程中由于模具温度或合金温度太低，在近似于欠压条件下铸件 表面形成的细小麻点状分布区域。 产生原因：填充时，金属分散成密集液滴，高速撞击型壁；内浇口厚度 偏小。 排除措施：正确设计浇注系统，避免金属液产生喷溅，改善排气条件，避 免液流卷入过多气体，降低内浇口速度并提高模具温度；适当调整内浇口厚度。 2 2 1 5 飞边 其他名称：披缝。 特征：铸件边缘上出现的金属薄片。 产生原因：压射前机器的锁模力调整不佳；模具及滑块损坏，闭锁元件 失效；模具镶块及滑块磨损；模具强度不够造成变形；分型面上杂物未清 理干净；投影面积计算不正确，超过锁模力；压射速度过高，形成压力冲击 峰过高。 排除措施：检查合模力或增压情况，调整压射增压机构，使压射增压峰值 降低；检查模具滑块损坏程度并修整之，确保封锁元件起到作用；检查磨损 情况并修复；正确计算模具强度；清除分型面上杂物；正确计算，调整好 合模力；适当调整压射速度。 2 2 1 6 分层 其他名称：隔皮。 特征：铸件上局部存在有明显的金属层次。 产生原因：模具刚性不够，在金属液填充过程中，模板产生抖动；压射 冲头与压室配合不好，在压射中前进速度不平稳；浇注系统设计不当。 排除措施：加强模具刚度，紧固模具部件；调整压射冲头与压射，保证 配合良好；合理设计内浇口。 2 2 1 7 疏松 特征：铸件表面上呈现松散不紧实的宏观组织。 产生原因：模具温度过低；合金浇注温度过低；比压低；涂料过多。 l o 重庆大学硕士学位论文 2 压铸工艺介绍 排除措施：提高模具的温度之工作温度；适当提高合金浇注温度：提 高比压；涂料薄而均匀。 2 2 1 8 错边( 错扣) 其他名称：错缝。 特征：铸件的一部分与另一部分在分型面上错开，发生相对位移( 对螺纹称 错扣) 。 产生原因：模具镶块位移；模具导向件磨损；两半模的镶块制造误差。 排除措施：调整镶块，加以紧固；更换导柱，导套；进行修整，消除 误差。 2 2 1 9 变形 其他名称：扭曲、翘曲。 特征：铸件几何形状与设计要求不符的整体变形。 产生原因：铸件结构设计不良，引起不均匀的收缩；开模过早，铸件刚 性不够；铸件斜度太小；取置铸件的操作不当；堆放不合理或去除浇口方 法不当：推杆位置布置不当。 排除措施：改进铸件结构，使壁厚均匀；确定最佳开模时间，加强铸件 刚性；放大铸造斜度；取放铸件应小心轻取轻放；铸件堆放应用专用箱， 去除浇口方法应恰当；有的变形铸件可经整形消除。 2 2 2 0 碰伤 特性：铸件表面因撞击而造成的伤痕。 产生原因：去浇口，清理，校正和搬运流转过程中不小心碰伤。 排除措施：清理铸件要小心，存放及搬运铸件，不应堆叠或互相撞击，采用 专用存放运输箱。 2 2 2 1 硬质点 其他名称：氧化夹杂、夹杂。 特征：铸件基体内存在有硬度高于金属基体的细小质点或块状物，使加工困 难，刀具磨损严重，加工后铸件上常常显示出不同亮度的硬质点。 产生原因：合金中混入或析出比基体金属硬的金属或非金属物质，如：a 1 2 0 3 及游离硅等。 氧化铝( a 1 2 0 3 ) 。1 ) 铝合金未精炼好；2 ) 浇注时混入了氧化物。 有铝、铁、锰、硅组成的复杂化合物，主要是由m n a l 3 在熔池较冷处形成， 然后以m n a l 3 为核心使f e 析出，又有硅等参加反应形成化合物。 游离硅混入物。1 ) 铝硅合金含硅高；2 ) 铝硅合金在半液态浇注，存在了游 离硅。 重庆大学硕士学位论文2 压铸工艺介绍 排除措施： 熔炼时要减少不必要的搅动和过热，保持合金液洁净，铝合金液长期在炉 内保温时，应周期性精炼去气。 铝合金中含有钛、锰、铁等元素时，应勿使偏析并保持洁净，用干燥的精 炼剂精炼，但在铝合金含有镁时，要注意补偿。 铝合金中含铜、铁量多时，应使含硅量降低到1 0 5 以下，适当提高浇注 温度，以免硅析出。 2 2 2 2 脆性 特征：铸件基本金属晶粒过于粗大或细小，铸件易断裂或碰碎。 产生原因：合金液过热过大或保温时间过长；激烈过冷，结晶过细； 铝合金中杂质锌、铁等含量太多；铝合金中含铜量超出规定范围 排除措施：合金不宜过热，避免合金长时间保温；提高模具温度，降低 浇注温度；严格控制合金化学成分；保证坩埚涂料层完整良好。 2 2 2 3 渗漏 特征：压铸件经试验产生漏水、漏气或渗水。 产生原因：压力不足：浇注系统设计不合理或铸件结构不合理；合金 选择不当；排气不良。 排除措施：提高比压；改进浇注系统和排气系统；选用良好合金； 尽量避免加工；铸件进行浸渍处理。 2 2 2 4 化学成分不符合要求 特征：经化学分析，铸件合金元素不符要求或杂质过多。 产生原因：配料不正确；原材料及回炉料未加分析即行投入使用。 排除措施：炉料应经化学分析后才能配用；炉料应严格管理，新旧料要 按一定比例配用；严格遵守熔炼工艺；熔炼工具应刷涂料。 2 2 2 5 机械性能不符合要求 特征：铸件合金的机械强度、延伸率低于要求标准。 产生原因：合金化学成分不符标准；铸件内有气孔、缩孔、夹渣等； 对试样处理方法不对等；铸件结构不合理，限制了铸件达到标准；熔炼工艺 不当。 排除措施：配料、熔化要严格控制化学成分及杂质含量；严格遵守熔炼 工艺；按要求做试样，在生产中要定期对铸件进行工艺性试验；改进铸件结 构；严格控制合金熔炼温度和浇注温度，尽量消除合金形成氧化物的各种因素。 1 2 重庆大学硕士学位论文3 压铸数值模拟和模具设计软件介绍 3 压铸数值模拟和模具设计软件介绍 3 1p r o c a s t 简介 3 1 1 序 p r o c a s t 软件是有美国u s e 公司开发的铸造过程的模拟软件，采用基于有限 元( f e m ) 的数值计算和综合求解的方法，可对铸件充型、凝固和冷却过程中的 流场、温度场、应力场、电磁场进行模拟分析。 3 1 2 适用范围 p r o c a s t 适用于砂型铸造、消失模铸造；高压、低压铸造；重力铸造、倾斜 浇铸、熔模铸造、壳型铸造、挤压铸造；触变