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进气歧管铸造过程模拟及工艺优化的研究
中文名称: 进气歧管铸造过程模拟及工艺优化的研究
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论文编号: 3122352收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: The Simulation of Casting Process for Intake Manifold and Technical Optimization Research
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 钢铁冶金
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 进气歧管 铸造过程模拟 工艺优化 三维造型 铸造工艺 过程模拟 铸造缺陷
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论文简介:发动机轻量化的重要措施即大量铝合金材料的应用。国内某款乘用车V型6缸发动机进气歧管(319.0)开发过程中,屡屡出现缩孔、气(针)孔等铸造缺陷,严重地影响了供应商的正常供货以及整车厂产能的提升。由于该款发动机进气岐管结构复杂,零部件生产厂在产品开发过程中没有充分考虑模具设计、流体流动、凝固现象等的合理性,从而导致产品毛坯合格率一直很低,仅维持在20%左右的低水平。 通过对该款产品试生产阶段进行的缺陷统计与分析,可知缩孔和气(针)孔是缺陷产生的主要原因,其它缺陷的存在与之也有密切关系。缩孔和气(针)孔的产生与原料、模具设计、浇注工艺等有着重要的关系,在持续改进这些工艺参数的基础上,可以不断降低缺陷。而要合理改进工艺,必须借助现代先进的设计和制造理念,对现有过程中铝液流动状态、温度分布状态和模具设计之间的关系进行分析,才能做到有的放矢,这在现代铸造工业中显得十分必要。 本研究通过对产品及其模具进行三维造型,结合其铸造工艺,对铸造过程进行了CAE计算机辅助处理和分析,模拟了充型过程流场和温度场分布情况。对铸造过程充型模拟的计算结果可知,在气道附近区域,流体流动的速度梯度很大,容易出现卷气、冲刷砂芯等现象,因此,在这些区域出现气孔、针孔和缩孔、砂孔等缺陷的可能性很大,为此,必须保证铸件凝固补缩良好、排气通畅。从铸件充型和冷却过程的温度分布情况看,在铸件气道口附近的厚大区域,温度梯度分布不合理,出现孤立液相区的可能性很大,必须使冒口区域有充足的液相,才能防止出现缩孔、浇不足等缺陷。 根据计算结果所确定的缩孔、疏松和气孔等缺陷可能存在的位置,及其产生的原因,从工艺角度提出了相应的改善方案。着重从排气措施和模具设计两个方面进行优化改进,通过局部区域强化排气和适当加大冒口等措施,显著改善了缺陷的发生率。通过系列工艺改进,铸件的毛坯合格率在较短的时间内上升到稳定的93%左右,解决了缩孔、针(气)孔、疏松等缺陷。从而从理论和实践两方面找到了提升该类产品质量的最佳工艺,实现了该产品的完全国产化。 除了铸造缺陷外,产品开发初期的硬度等力学性能也差强人意,达不到设计要求的水平。为此,课题对所用合金进行了成分微调,对合金中的Si含量略微上调,同时改善了精炼措施,利用Ti-B变质,结合惰性气体搅拌,从而起到了细化晶粒的目的,使产品的机械性能得到了提高。 稀土金属元素可以改善合金的机械性能、物理性能、加工性能与综合使用性能。本研究还利用富镧混合稀土合金对铸造铝合金进行了实验研究,以探索稀土对铝合金综合性能的影响。通过分析其拉伸断口形态、金相组织形貌和综合氢含量等,表明稀土处理有利于提高合金的塑性和强度,具有很好的变质和固氢作用。对稀土处理前后合金中氢总含量的分析,说明稀土未能将合金中的氢清除,而是改变了氢的存在形式。稀土的加入避免了合金发生氢脆的诱发因素,这与稀土元素对铝液的良好变质作用是分不开的。应用“惰性气体除气+稀土变质”的铝液处理方式,可以进一步在进气歧管类复杂铸件铸造过程中的应用加以实验研究。
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