【《轻量化活塞铸造可行性分析》2400字】

轻量化活塞铸造可行性分析目录TOC\o"1-3"\h\u7112轻量化活塞铸造可行性分析 1232121.1MAGMA分析 1159621.1.1活塞模拟计算主要参数设置 1140661.1.2活塞模拟计算结果分析 151681.2铸造模具 3208871.3毛坯制造 4234061.4铸造毛坯检验 4295601.5小结 5本文活塞是全新设计开发的一款技术含量高的轻型减重活塞。活塞裙部进行不对称结构设计，裙部壁厚不均匀，结构相对较复杂，尤其在活塞环带区域外销座上方大切口的新型减重结构，根据此类型减重活塞的经验及现有的铸造设备，采用顶朝上式的铸造方式，在设备精度相对较高的BCM4-95-R铸造机上进行生产。1.1MAGMA分析MAGMA铸造工艺模拟软件，减少模具设计和试验成本，其中汽油机活塞模具一次设计成功率达95%以上。在活塞模具设计及铸造工艺设计正逐步推行模具设计-三维造型-MAGMA模拟分析三种方法于一体的工艺设计技术。1.1.1活塞模拟计算主要参数设置（1）合金材料的定义及浇铸温度设置：根据产品图纸要求该产品使用M材料铝硅合金进行生产，所以在MAGMA1.3版数据库中选择M材料进行定义。同时，根据以往使用M材料合金液的浇铸温度760～830℃，考虑到从坩埚舀上铝液到浇注时铝液温度的损失，将模拟时的浇铸温度设置为800℃，使得模拟参数设定尽量接近实际生产。（2）网格划分：使用MAGMA软件提供的高级网格划分功能，同时考虑到重点关注的是毛坯网格划分的好坏，把毛坯及浇道单独进行网格划分，其余部件单独网格划分。1.1.2活塞模拟计算结果分析MAGMA1.3版本提供了丰富的充型结果及判断分析。本文从Fillingtemperature及Filltracer两个充型结果并结合AirEntrapment及AirPressure两个判据对模拟结果进行分析。通过模拟分析，可以判断充型过程中温度场的分布、冷隔产生的趋势和部位及充型过程中铝液前端被氧化后的氧化物的分布趋势和部位。模拟分析的结果见以下内容：（1）Fillingtemperatures：图1.1是充型到最后一秒时的温度场分布及冷隔容易产生的部位。实际生产过程中在浇道对面的温度比浇道附近低80～100℃。通过对浇注温度场的分析，该毛坯在浇注过程中在浇道对面部分的铝液温度已经低于液相温度，此处的铝液流动性变差，在浅蓝色的部分容易产生冷隔或浇铸不足的铸造缺陷。图1.1温度场（2）AirEntrapment及AirPressure判据，根据图1.2结果分析，毛坯顶面存在压力分布不均匀的现象，存在卷气风险。图1.2模型卷气判断（3）Filltracer：通过对前端铝液的粒子进行设置，可以形象的观察到充型过程中前端被氧化的氧化物在充型过程中的分布情况。由图1.3模拟粒子追踪可以看出，对于模具浇注系统的优化可以极大的减少铝液浇注过程中紊流的产生，因此，浇道口附近对于整个铸件是风险最大的，需要在实际生产或改进时进行重点关注。图1.3浇注结束时前端铝液及充型温度场对比1.2铸造模具初始活塞模具销芯、外模镶块和外模始终一起运动，这种模具设计无法实现环背凹腔的铸造，需要设计一种新的模具，实现销芯、外模及外模镶块相对独立运动。将外模镶块加工成斜滑块，当销芯拉动开模时，外模镶块首先向下移动，与活塞毛坯脱离。随后外模镶块与外模一起向外移动，解决了环背凹腔铸造困难问题，新型模具已应用到实际生产并可以满足批量要求。活塞外模采用镶块结构，活塞成型部位和外模上的串水腔结构分开，结合面起到了减缓传热的作用。外模能够最大限度的冷却而不影响活塞裙部成型，改善了活塞金相组织。采用分体式顶模结构，保温冒口与顶模冷却回路分离开，既保证冒口补缩效果，又兼顾了冷却水对铸件的最佳冷却效果。采用最先进的CMR快速冷却技术，使冷却水距离活塞顶面更近，销孔部位增加串水加强局部冷却，可以细化金相提高材料性能，研究表明活塞顶面提高性能12.2%以上，销孔承载能力可以提升15%以上，活塞减重模具如图1.4所示。图1.4减重设计模具1.3毛坯制造模具设计完成，进行活塞毛坯铸造，铸造过程如下：（1）合金熔炼：实现原铝液成分调整，避免二次熔化铝锭带来的烧损，熔化费用低，降低能耗成本活塞用铸造铝合金中主要合金元素及作用：

硅：减小热膨胀系数，提高耐磨性，与镁结合形成Mg2Si强化相。铜：强化合金中的α相，提高合金的耐热性。

镁：合金沉淀硬化剂，即在合金经热处理后表现出强的合金强化效果。（2）精炼处理：，采用惰性气体Ar进行精炼除气除去铝液中的氧化物和氢气。（3）毛坯浇注：生产前，先对模具及浇勺预热，浇铸件烫模时，要少量倒入，逐渐增多，浇注2-3个预热件，生产中要注意及时清理铝液表面氧化皮，浇注工使用浇勺将配制好的铝液通过浇口杯倒入模具，不允许有缩松、夹渣、气孔等铸造缺陷。（4）铣浇冒口：采用铣削方式将浇注完成的毛坯冒口去除，并测量冒口余量是否符合工艺要求。（5）热处理：将毛坯整齐摆放在淬火筛中，装入淬火电炉升温加热装炉，经过升温、保温处理后的毛坯吊出淬火炉，毛坯进入淬火介质。（6）毛坯入库：将热处理后毛坯检验合格后存入毛坯库。1.4铸造毛坯检验生产毛坯时，验证宏观等都合格，通过以上模拟计算及现场实际生产的结果，证实了前期模具设计及工艺设计时应该注意的事项是正确的。活塞毛坯如图1.5所示。活塞毛坯性能检验结果如表1.1所示。图1.5活塞毛坯表1.1毛坯检验结果检测项目规定值检测结果活塞硬度（HBW）105-135122124122同一活塞硬度差(HBW)≤10212常温抗拉强度（MPa）≥200MPa243246242高温抗拉强度（MPa）≥100MPa134132133金相宏观组织1级-4级122金相微观组织1级-4级基体：α-固溶体较细小，共晶硅呈短条状，初晶硅呈小块状（边长0.05mm),分布均匀(二级)

针铁：针状铁相夹杂物不明显(一级)

骨铁：少量点状、细小块状鱼骨状铁相夹杂物(二级)体积稳定性长轴≤0.025﹪0.00710.00520.0060短轴0.00600.00710.00711.5本章小结（1）通过MAGMA分析。在模具结构设计及工艺设计时需要注意以下几点：活塞顶面设置冒口对顶面补缩；因为顶面全部为加工平面，为了确保毛坯更好的成型及加工后的质量，必须考虑在顶面设置排气；将排气塞设置在销座的两边，能避免由于活塞壁厚较小而造成的成型不好问题。（2）活塞现有模具无法满足现有减重结构，使=用斜滑