镁合金笔记本电脑壳体压铸工艺优化设计

1、 镁合金笔记本压铸工艺优化设计 曾仁勇 材料成型及控制工程一班 20093911镁合金笔记本电脑壳体压铸工艺优化设计20122013学年第一学期铸造过程数值仿真课程论文学生姓名：曾仁勇教师姓名：曹韩学学 院：材料科学与工程学院专 业：材料成型及控制工程学 号：20093911电 话中国 重庆 重庆大学 材料学院二零一二年 十一月摘要随着信息技术的高速发展，电子产品更新换代速度越来越快。传统的塑料笔记本壳体，已经开始出现无法满足人们对笔记本便携，轻量，散热量好的需求。在这种背景下，人们开始考虑采用更加轻量化，散热性能更加良好的替代品。在众多的轻金属当中，镁合金具有无与伦

2、比的轻量特性。经过几代科研人员的不断努力，已经使镁合金满足轻量化的同时，保证产品具有一定的承载能力和强度要求。镁合金壳体件的成型工艺日趋成为工艺设计人员和笔记本生产厂商的研究方向。与此同时，随着压铸工艺的不断发展，人们已经能完成薄壁件的成型。但是像笔记本壳体这种薄壁大平面的零件压铸工艺还存在诸多问题 受到工艺设计的制约，导致镁合金笔记本壳体在压铸过程当中出现浇不足，冷隔，卷气严重等问题。如何合理的设计并优化镁合金笔记本压铸工艺成为了当下需要解决的一个现实问题，也为大平面薄壁零件的压铸生产积累经验。在整个课程当中，我们在老师的指导下完成了铸造模拟仿真软件的学习和应用，探讨了利用铸造模拟仿真软件对

3、镁合金笔记本壳体压铸工艺进行优化设计。接下来用实验报告的形式，把探讨后的工艺优化方案写出来。关键词：笔记本壳体 压铸工艺 优化设计 一、前言对于压铸成型而言，工艺设计的好坏直接影响到零件成型效果和性能。通过几个星期的学习，我们在老师的指导下，学习应用铸造模拟仿真软件AnyCasting AnyCasting：是韩国AnyCasting公司自主研发的新一代基于Windows操作平台的高级铸造模拟软件系统。是专门针对各种铸造工艺过程开发的仿真系统，可以进行铸造的充型、热传导、凝固过程和应力场的模拟分析。 ，对镁合金压铸见进行了铸造充型，热传导，以及凝固过程的模拟仿真，并结合相关技术手册，分组对镁合

4、金壳体压铸工艺进行了初步的工艺优化设计，并形成了工艺优化设计方案。二、方案设计1、 镁合金压铸件的铸件特点 在材料性能方面，该产品材料为AZ91D，其基本性能要求包括：密度=1.81 g/cm3、导热率= 51W/ m K 、拉伸强度= 240MPa、屈服强度= 160MPa、延伸率= 3%、杨氏模量=45 GPa尺寸：266mm206mm，质量：224.084g，体积：31170.3468mm3。该产品生产批量大、要求组织致密、尺寸精度高。该零件为薄壁大平面且含有复杂凸缘，主要材料分布在长宽方向。 镁合金笔记本壳体铸件三维建模图示2、浇注工艺特点由于该材料属于镁合金薄壁零件，对浇注、充型和凝

5、固时间有严格的限制，所以选取压铸工艺 由于压铸的特点是充型快、效率高、产品质量好。而且为了减少充型时间和缺陷产生，我们组选择从长度方向的凸缘边进行浇注。由于镁合金易氧化的特点，所以我们选择热室压铸。3、工艺CAD模型直浇道：由于热室压铸的特点，所以直浇道是热室压铸的特点。直浇道参数选择：查阅资料，根据设备的参数，压头直径为30mm，拔模斜度5，料柄厚度10mm。直浇道截面三维建模图示横浇道：根据该零件的特点，我们选取了扇形横浇道，在横浇道的两侧加了两个缓冲包，主要起缓冲金属液流和部分除渣的作用。横浇道参数：该横浇道的主参数设定是根据压铸工艺手册上的经验数据选取，横浇道进口宽度30mm，厚度为8

6、mm，从YZ面的截图如下，该斜度选取3，该断面的长度为50mm。横浇道xz方向三维建模图示横浇道xy方向三维建模图示其参数有：长度方向和内浇道一致根据公式L=0.7*零件长度，所以选取186mm，两边与缓冲包接触的宽度为8mm，中间利用R40的圆弧过渡到横浇道进口处。缓冲包：两个直径和高度一致，直径都为12mm，高度15mm。内浇道：由于选择从凸缘处浇注，为了后处理不影响铸件质量，所以内浇道厚度选择0.5mm，长度选取186mm，宽度选为3mm。4.CAE过程仿真参数选择：压头浇注温度680，速度3m/s，界面换热系数选择0.001，压铸模选择H13。网格划分大概有四千多万，而且关键要注意内浇

7、口和壳体大平面的过渡部分的网格划分，最好每个地方有5个小块，使得整个零件的充型是连续的。CAE单元网格划分充型问题：浇注方向选取Z+方向，尽量使金属液体进入型腔后以凸起的扇形或者平直形式充型，这样有利于保证铸件质量。充型时间最好在0.05s以内，这样保证生产率和铸件质量。最后输出充型情况，间隔为2%，使整个模拟过程更有指导意义。压铸模拟参数选择4.结果分析初步预测：金属液会以平直的方式填充型腔，填充时间0.1s左右。主要缺陷为卷气引起的氧化夹渣和部分死角的浇不足。截图如下：卷气顺序图：充型过程仿真图示充型时间图：（1）开始充型 开始充型图示分析：出现了浇注缓慢的情况，可能是由于参数选择不恰当，

8、但整个的充型呈扇形，属于比较好的充型方式。（2）充型前期分析：出现了充型不平直不同步的情况，可能是由于中间充型过快，或者过渡区网格划分不够细致。（3）充型后期分析：开始出现了部分卷气夹渣缺陷，初步分析原因是网格划分不当（4） 充型结束充型结束图示小结：充型时间超过了0.1s，而且后面也出现了氧化夹渣的问题，这些问题需要我们进行参数的优化和细节的处理。5、优化方案参数改变：充型速度5m/s，网格划分更密更合理。优化后截图：卷气顺序：分析：比优化前的情况好很多，没有在初期就出现卷气，而且充型快速平稳。（1） 充型初期分析：充型快速平稳，属于比较好的充型形式。（2） 充型中期分析：充型较平稳，没有出

9、现气孔和浇不足，比较符合理想情况。（3） 充型后期分析：出现了中间比较慢的情况，这时候需要我们在中间合理的布置一些溢流槽，来转移或者消除部分缺陷。小结：在铸造模拟中，细节的优化（浇注的设定、参数的选择、网格的划分等等）对结果影响很大，不仅仅需要我们从源头着手，更需要我们理解本质，从分析过程的每个细节不断挖掘所含信息，然后进行分析优化，最后得到满意的结果。3、 总结与展望通过本次学习，初步掌握了铸造模拟仿真软件的应用，学会了如何应用模拟仿真软件对工艺设计进行优化处理。也掌握了镁合金压铸件的一些材料和工艺特点，对今后的工作和学习积累了宝贵的实践经验。接下来我将我对镁合金在今后国民生产和建设当中的运

10、用前景，结合自身的浅薄认识做一个展望。在科技发展迅猛的今天，传统结构材料已经不能满足人们对于轻量化的要求。尤其是在航空航天工业上，凭借其良好的比强度，镁合金越来越成为一种重要的结构和功能材料。航天器和飞机重量的减轻，在帮助实现其性能改善的同时带来良好的经济效益。与此同时，镁合金轻型武器也越来越受到军工企业的欢迎。实现武器装备轻量化，提高武器装备各项战术性能的理想结构材料。军工上应用，如直升机、歼击机都要大量使用；坦克、装甲车、军用吉普车、枪械武器等等，可使单兵综合作战系统降到6.37Kg。用镁板制造子弹壳、炮弹壳，使单兵子弹负载增加一倍。在民用工业上，镁合金型材和零件也越来越受到人们的重视，其被广泛运用于各种工业产品上，帮助减轻重量实现轻量化。如汽车、火车、船舶等，减轻重量、节省能源、减少污染，国家正大力发展。 同时在和人们密切相