铝合金压气机壳低压铸造工艺及模具开发研究

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汽车轻量化已成为主要趋势,使得铝合金铸件在汽车零件上的应用日益广泛。低压铸造技术作为一种近净成型的方法,非常适合复杂薄壁铝合金铸件的生产。论文的研究对象为涡轮增压器的一个重要部件—压气机壳。其材料采用AC4C合金。如何使压气机壳具有较好的内部质量和机械性能,保证其满足质量要求是论文需要解决的问题。论文采用CAD/CAE一体化技术,并从低压铸造模具设计到铸件的试生产全程跟踪优化,实现了实际铸造生产与计算机数值模拟技术的结合,提高了低压铸造铸件的成品率,缩短了模具开发周期。主要研究内容和成果包括以下几个方面。  确定了低压铸造工艺的设计内容。结合压气机壳的自身结构特点,介绍了低压铸造工艺的流程,并对浇注系统的设计进行了详细的阐述,包括:过滤网的选择、浇口套、浇口杯、升液管、分流锥和中转加铝液包的设计;采用冒口模数法对冒口系统进行设计;铸件的设计包括:机械加工余量、拔模斜度、铸造收缩率。  根据设计的低压浇注工艺参数和压气机壳的结构特点,确定了浇注温度和铸型初始温度、充型压力、结晶压力和保压时间;基于ProCAST铸造模拟软件,对压气机壳的充型与凝固过程进行模拟分析。采用单因素实验方法,讨论了浇注系统和充型压力对铸件质量的影响,得到了最佳浇注方案,即内浇口位置转移至压气机壳进气口端面,挂耳支架和出气口处增加冒口,充型压力确定为0.028 MPa。模拟结果表明:在最终方案下,铸件实现了自上而下的顺序凝固,达到了预期的效果。  确定了合理的铸型和热芯盒模具结构。结合压气机壳结构和低压铸造特点,对压气机壳低压铸造模具结构的设计进行了详细阐述,包括:确定铸型材料、设计排气系统、设计保温和加热系统、选定分型面、设计模具外形及壁厚;设计砂芯时,确定了热芯盒模具的排气系统、芯头和砂芯的分型面。  最后,结合实际试生产过程,阐明了生产操作中的规范,对模具准备、砂芯制备、升液管准备、合金液净化及检测、浇注、热处理、铸件清理这几个环节需要注意的问题进行了探讨;观察试样的金相组织,发现试样组织致密,测试其机械性能,抗拉强度σb≥230 MPa,延伸率≥2%,HB≥85,满足生产要求。总结了实际生产中缺陷产生的原因并提出了解决措施,为该产品顺利投入量产提供了技术支持。
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