中国压铸杂志

压铸结构件浇铸系统数字拓扑优化

作者:admin 来源:原创 发表时间:2017-05-04

 
摘要:本文介绍铝压铸时,浇口系统以模拟为基础的优化新工艺,在汽车制造业,尤其是铝合金结构件加工中,压铸工艺不仅在轻量化,而且在低成本生产方面提供最大可能性。掌握这样的工艺技术对延长模具使用寿命,具有重要意义。在压铸工艺中,合适的浇口系统的选择,对这两方面有决定性影响。
一、 浇口技术的历史与现状
汽车制造业21世纪面临的挑战,是不断减少CO2排放。早在1997年,欧共体提出减排目标是,至2020年总的CO2排放较1990年下降20%。CO2的排放及相应的燃料消耗涉及到汽车工业的经济利益。轻量化的交通工具使降低排入成为可能。在此情况下,新进行的试验是要降低单件的重量,如:车身构件,承载构件或曲轴传动机构的重量。如果重量减少,不影响功能、强度,刚性或撞碰性能,汽车总重量整体上可以减少,效率提高。
压铸结构件对此有着重要的贡献,因为这样的构件对于功能一体化,高的灵活性,同时又减少重量,表现出很大的潜能。压铸工艺以短的循环时间,通过模具(压铸件约为120000),实现资源效益及经济效益大批量生产。在建造模具时,合适的浇口体系设计,对于压铸模具逐步的损坏及其寿命,还有压铸件的质量,有着重要作用。在此论及的是综合流动体系。是按技术水平经验值进行设计,这样的处置方法有着主观的成分,与设计人员的个人经验有关。如图1所示,是一个具有吸收前端熔化物的浇口体系,主要用于引导充模情况,使熔化物尽可能地在所有浇口同时流入构件内。尽管构件类型及尺寸是可比的,浇口体系的这些结构并不一致,是按设计人员的经验与模具制造者的经验而定的。
 

 
在图1其他不同之处是浇道设计。在图1a浇注通道的主分支,以持续的横断面,在浇铸活塞运行方向,要比离开的浇注分支设计的厚;而在图1b浇注通道的主分支,以不持续的横断面,在浇铸活塞运行方向,与离开的浇注分支的厚度设计的一样。


 
在图2所示浇铸件有料柄,浇口、构件及溢流。绿色的浇口体系是按实际水平,依相继的工作步骤,通过设计与模拟来计算设计的,由于是纯粹的经验设计与随后的模拟不能确保在模具设计过程获得浇口系统整体优化,只不过是局部最佳。此外,这样的流体物理学关系如此复杂,在其他方面,局部结构作用往往导出一个负面的影响。



 
图3表示在活塞起动后约1.4S,浇口范围内结构铸件充填模拟的一个断面。该模拟是以Flow3D软件(Flow Science)进行的。在图内可以看到,在无可挑剔的浇口体系上,由于活动半径过渡,金属熔化物是如何造成流动侵蚀的。这样的流动状况,在两个不同方面起着负面作用:一方面有损于构件的质量,因为由于重复循环及流动侵蚀,气体会旋入金属熔化物,在铸件内形成气孔;另一方面,有损于模具的工作寿命,因为速度过高,加之流动侵蚀会增加在此位置模具表面的冲蚀。
如果在模拟辅助设计阶段认识到这样的现象,按目前的技术水平,在优化过程就可以进一步实施重要循环,然而这并不能保证,通过对流动特征局部的改善,不对其他范围造成负面的影响。
目前,在压铸模及压铸工艺中,对于浇口几何造型已有许多方法。有可能找到有关未来几何形状预选的最佳方案。这样的预选局限于技术上可实现的几何形状。通过浇口技术参数设计及浇口分支设计来实现。借助于充模模拟,将所获的设计方案,以模拟结果,例如对旋入的空气,由此所产生的孔隙度,表面缺陷以及速度的分布进行分析。参数设计预选抉择方案,有可能将一个浇口体系不同的元素数据库,软件导引的结合,选出一个流动技术合适的总体系。类似问题所提模式的经验值或数字计算是以此数据库为基础。
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