铸件的落芯是铸造过程中重要的环节,对于型腔复杂的铸件大都采用震动落芯机进行落芯。影响铸件落芯质量好坏的关键因素是落芯冲击参数,落芯冲击参数主要包括空气锤脉冲的幅值、宽度、频率及脉冲作用点的位置及数目。合适的落芯冲击参数既可以保证铸件落芯的质量,同时又可以提高落芯效率,所以确定合适的落芯冲击参数对于实现铸件高质量的落芯是至关重要的。因此提出对震动落芯机冲击参数进行优化研究。目前主要依靠经验选取落芯冲击参数,采用试凑法对铸件进行反复冲击实验来选择落芯冲击参数。对于铸造厂家而言,对于不同类型的铸件,主要靠落芯机生产厂家对其进行反复的冲击实验,观察落芯效果,进而确定相应的落芯冲击参数。每次实验后还需要把铸件剖开观察落芯质量的好坏,既费时又费力,而且试凑实验缺乏科学指导,难以确定出最佳落芯冲击参数。因此有必要提供一种既方便又可靠的方法来选择落芯冲击参数,以提高铸件的落芯质量和落芯效率。在总结国内外落芯冲击参数研究现状的基础上,提出了一种通过动力学分析法来优化选择落芯冲击参数的方法,并对落芯冲击参数进行了优化。完成的主要工作如下:(1)阐述了震动落芯技术的发展现状,针对目前选择落芯冲击参数费时费力、效率低及可靠性低等问题,提出震动落芯机冲击参数优化研究这一课题。介绍了震动落芯机的工作原理,分析了影响落芯效果的主要因素,将空气锤的脉冲幅值、脉冲频率、脉冲宽度及空气锤冲击作用点位置和数目作为主要优化参数。(2)基于傅里叶变换理论对落芯冲击力脉冲序列进行了频谱分析,获得了冲击力脉冲序列时域参数与频域参数之间的关系。根据冲击理论对空气锤冲击铸件的过程进行了理论分析,建立了空气锤冲击铸件的模型。利用冲击理论估算了空气锤冲击铸件的脉冲宽度,为脉冲宽度的优化选择做好准备,缩小了脉冲宽度的取值范围,提高了脉冲宽度的优化效率。(3)基于SolidWorks软件采用分块化建模的方法建立了铸件的三维模型,利用坐标点连接的方法对铸件施加了弹性约束并划分网格,建立了复杂的铸件有限元模型。通过模态分析获得了铸件的各阶固有频率及振型,对铸件进行了谐响应分析,通过谐响应分析得到铸件粘砂界面的最大响应峰值频率,结合模态分析确定出脉冲频率的选择范围。通过模态分析和谐响应分析进一步缩小了脉冲频率的选择范围,提高了脉冲频率的优化效率。(4)通过试验设计分析,对落芯冲击参数进行了优化。首先采用单脉冲对铸件进行冲击试验设计分析,得到的优方案为四个冲击作用点均匀布置的A2B1C3参数组合,该方案表明:各因素对铸件粘砂界面的剪切应力、拉应力及加速度等落芯指标的影响大小次序依次为脉冲幅值,其次是脉冲宽度,最后是脉冲作用点的位置。研究还发现脉冲宽度越宽,改变脉冲作用点位置对各落芯指标的影响越小,脉冲宽度越窄,脉冲作用点越靠近铸件下部支撑位置时所获得的各项落芯指标值越大。保持其它因素不变,改变脉冲宽度,脉冲宽度越窄则对应的各项落芯指标值越大。通过两脉冲及多脉冲对铸件的冲击试验设计分析,得到的优方案是四个冲击作用点均匀布置的A2C1B2参数组合,该方案表明:各因素对铸件粘砂界面的剪切应力、拉应力及加速度等落芯指标的影响大小次序依次为脉冲幅值,其次是脉冲频率,最后是脉冲宽度。此时优方案的脉冲宽度等于脉冲周期的一半,脉冲序列频谱的基频、五次倍频、六次倍频分别对应铸件的第一阶、第七阶、第十阶固有频率。通过试验设计分析,获得了铸件的落芯冲击参数优化方案,克服了传统上主要依靠经验选取落芯冲击参数时费时费力、低效率、低可靠性等缺点,使落芯更加可靠,提高了生产效率。(5)基于主成分分析法构建了落芯指标的综合评价方程。对落芯指标进行了主成分分析,获得了落芯指标综合评价方程,并对落芯指标综合评价方程进行了验证。可以得到:综合评价值越大,其所对应的落芯冲击参数方案越好,而试验设计分析得到的优化方案所对应的综合评价值最大。落芯指标综合评价方程可以实现对落芯指标的综合评价,进而可以根据综合评价值的大小来确定落芯冲击参数的优化组合,克服了主观因素对落芯指标综合评价的影响。(6)空气锤及振动电机会对落芯机机体及底部的隔振器造成冲击,进而造成损坏,影响震动落芯机的工作性能,进而影响到落芯的效率。利用Adams研究了落芯冲击参数及振动电机对落芯机振动响应的影响。随着脉冲宽度由小到大变化,隔振器的振动响应各参数值呈现先增大后减小变化趋势,脉冲幅值比脉冲宽度对其振动响应各参数值的影响大,脉冲幅值是影响最大的因素。当脉冲频率变化时,隔振器的振动响应各参数值总体上与脉冲频率成正比。因为振动电机对隔振器造成冲击,振动电机对隔振器的损坏作用最为严重,可以考虑增加隔振器的扭转刚度或更换抗扭性能较强的隔振器。落芯机振动响应的研究对于减小振动冲击对隔振器的损坏,使震动落芯机获得好的工作性能,进而实现可靠、高效率的落芯具有十分重要的意义。