沈阳理工大学
硕士学位论文
半固态压铸模设计研究及压铸过程数值模拟
姓名：吴琼
申请学位级别：硕士
专业：材料加工工程
指导教师：黄勇
2011-03-07
摘要
半固态金属成形技术具有成形件组织致密、表面平整光滑、力学性能高、模具寿命长等优点，该技术已经逐步在发达国家得到了商业应用，但无论在理论上还是技术上，该技术都需要进一步完善。而对于半固态压铸来讲，特别是在模具设计和工艺方面研究的还很少，到目前为止，还没有一个量化标准。
本文针对铝合金半固态浆料的粘度及压铸充型特点，进行了半固态流变成形标准试样的压铸模具设计，模具设计了自动控制加热系统和不同的内浇口的截面积，为研究半固态压铸模具设计及压铸工艺提供了技术保证。
利用铸造模拟软件ProCAST对半固态压铸件的充型及凝固过程进行数值模拟，通过正交试验的方法，获得了最优的压铸工艺参数：即压射速度为1m/s，浇注温度为580℃，模具预热温度为300℃。半固态浆料在整个充填过程中非常平稳，基本没有飞溅，直至充满铸件。
通过电磁搅拌的方法制备出半固态压铸实验的所需铝合金浆料，其浆料的组织圆整，且分布均匀。其搅拌工艺参数为搅拌温度为580℃，搅拌电流为450A，搅拌频率为6Hz，搅拌时间为25min。
通过半固态压铸实验，验证了数值模拟结果的正确性，并且证明了在压铸模无加热时，铸件难以充满型腔且缺陷较多，而在压铸模加热时，铸件成形良好，表面光滑。压射速度在0.5～4m/s范围内，随着压射速度的提高，半固态压铸件的力学性能先增大后减小。而对于压铸模内浇口截面积来讲，在铸件壁厚的范围内，内浇口截面积尺寸越大就越有利于成型，铸件质量就越好。
关键词：铝合金；半固态；压铸模；数值模拟
Abstract
Semi-solid metal forming has an extensive applications in many industries, due to its many significant advantages, for instance, the formed part possesses compacter microstructure，higher mechanical property, longer die life, etc. Semi-solid metal forming technology has been gradually commercial applications in developed countries. But both in theory and technology, the technology requires further refinement. For semi-solid die casting is concerned, especially in the semi-solid die casting mold design and die casting process, so far , there is few studies and no quantitative criteria.
With consideration of the viscosity of semi-solid aluminum alloy slurry and the mold filling characteristics in die casting, the die-casting mould for semi-solid aluminum alloy has been designed and manufactured. In order to study the impact of mold heating system and the cross-sectional area of ingate on the process of mold filling and mechanical properties, the mold was designed automatic control of heating systems and different cross-sectional area of ingate, so it achieves semi-solid aluminum alloy die-casting forming, and provides a theoretical basis on structure and properties.
The process of mold filling and solidification of semi-solid aluminum alloy in die casting was simulated by using ProCAST software. Through orthogonal test method, we obtained the optimal process：injection speed was 1m/s, casting temperature was 580℃, mould temperature was 300℃. The simulation results indicated that the semi-solid metal flows smoothly in the mould cavity. Molten metal splash has not been observed.
The semi-solid slurry prepared by magnetic stirring meet the test of die-casting, and its organizations was round and small. The semi-solid slurry were obtained as follows: stirring temperature was 580℃, stirring electric current of 450A, stirring frequency of 6Hz, stirring time was 25min.
Through the semi-solid die casting experiments, the results indicate that the correctness of the numerical simulation results.Without heating of mould, the production of semi-solid die casting is not full, and there are many defects in casting. When mould is heated, the production of the die casting has complete shape, and smooth surface. When the injection speed in the 0.5~4m/s range, With the increase of
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injection speed, the mechanical properties of semi-solid die casting first increases and then decreased. Within the range of cross-section of castings, the larger size of ingate has important effect on increase of the quality of die casting.
Key words: Aluminum alloy; Semi-Solid; Die casting mould; Numerical simulation
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第1章绪论
第1章绪论
1.1 选题的目的及意义
金属半固态成形(Semi-Solid Metal Forming/SSP，简称SSF或SSP)是指利用金属从固态向液态或者从液态向固态两相转变过程中的半固态区的金属具有良好的流变特性而进行的金属成形[1-3]。自20实世纪70年代初提出至今，已经成为了金属加工成形领域的研究热点之一，引起了各国研究者的极大关注，铝合金半固态成形技术与传统的液态成形和固态成形相比有许多自身独特的优点，被专家称为21世纪新一代的金属成形技术。但是与实际研究工作相比较，其工业应用的进展则相对滞后，现有的铝合金的成形工艺主要有传统液态压铸以及固态下的挤压、锻造等。半固态金属成形技术的巨大发展潜力使各国研究者都对其理论和技术的研究给予了极大重视，金属半固态金属成形技术的应用也随之得到了迅速的发展。目前大量应用到生产中的主要是触变成形，因其成本较高，使其应用受到了一定的限制。而半固态金属流变成形则省去了坯料的重新加热，成本较低，具有更大的应用前景。
由于半固态成形是一种近终成形的成形工艺，具有成形温度低、模具寿命长、成形件内部组织致密、表面平整光滑、缺陷少、力学性能好等一系列突出的优点，因此该技术已经在汽车零件制造、电子、军事、航空以及消费品等方面得到了越来越广泛地应用[4]。然而由于金属半固态成形件的性能受到坯料的组织、半固态加工工艺参数、半固态成形工艺参数以及模具设计等诸多因素影响，使该技术的实际应用与推广受到一定的限制。在众多成形工艺中，对于半固态金属压铸成形来讲，也受到诸多因素的影响，特别是半固态压铸模浇注系统设计(包括横浇道、内浇口)和压铸工艺参数设计(包括温度、压力、时间等)的研究很少。针对铝合金半固态浆料的粘度变化及浆料的流变压铸充型特点，考虑到试样的截面尺寸变化引起的卷气、夹杂和充型不完整等常见缺陷，进行了半固态流变成形标准试样的压铸模具设计，从而实现了铝合金半固态流变压铸成形，为组织及性能的研究提供了理论基础。
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近几年来，在掌握了半固态金属流变特性的基础上，人们正试图采用熟知分析的方法模拟并且预测半固态金属流变成形的过程及可能出现的缺陷。在压铸前对压铸件进行充型及凝固过程的计算机数值模拟是获得优质铸件的必要条件，可以帮助工作人员在实际压铸前对铸件可能出现的各种缺陷及大小和发生的部位予以有效的预测，以便压铸前采取对策，确保铸件的质量。
采用计算机数值模拟技术来研究半固态压铸充型及凝固过程，还具有灵活方便、可节省大量的人力和物力，同时还具有结果直观、较高的精确度，可为实际充型及凝固过程提供参考，所以国内外不少学者对半固态金属压铸过程的数值模拟进行了大量研究工作，但至今仍存在着许多没有解决问题，因此有必要进行深入的探究。
1.2 半固态金属成形技术发展概况
1.2.1 半固态成形技术的特点
半固态金属浆料或坯料与传统过热的液态金属相比较，具有一半左右的初生固相，而与固态金属相比较，又含有一半左右的液相，且固相是非枝晶形态，所以，半固态金属成形技术具有以下优点[5]：
(1) 在半固态金属在充型的过程中，不易发生喷溅，减轻了合金的裹气和氧化，提高了铸件的致密性。因此，可以进一步通过热处理来提高铸件的力学性能，其强度也比液态金属的压铸件要高。
(2) 金属浆料或坯料在成形前已经析出一半左右的初生固相，减少了凝固所带来的收缩，铸件具有更少的收缩孔洞，能承受更高的液体压力。
(3) 在重力作用下，重熔加热后的半固态金属坯料粘度很高，可以方便机械搬运，也易于实现自动化操作；在高速剪切作用下，半固态金属坯料的粘度又迅速降低，便于成形。
(4) 半固态金属浆料或坯料的固相分数可以在一定的范围内按需要调整，借此改变半固态金属浆料或坯料的表观粘度，以适应不同铸件的成形要求。
(5) 半固态金属浆料或坯料不存在宏观偏析，所以铸件也不存在宏观偏析，其性能更好。
(6) 生产效率很高，如美国的阿卢马克斯工程金属工艺公司(Alumax Engineered Metal Processes，Inc)在半固态锻造铝合金汽车制动总泵体时，每小时可
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以生产150件，而利用金属型铸造同样的铸件，每小时只能生产24件。
(7) 半固态金属浆料或坯料的充型温度低，减小了模具的热冲击，提高了模具的使用寿命。如在压铸905半固态铜合金时，与压铸相同的液态铜合金相比，模具表面的最高温度下降75%，模具表面的温度梯度下降88%，模具表面的受热速率下降86%，可以延长模具的使用寿命，尤其在压铸高熔点合金时更是如此。
(8) 半固态金属的成形应力显著下降，所以半固态金属可以成形复杂的零件毛坯，降低了生产成本，而铸件性能与固态金属锻件相当。
(9) 加热半固态金属坯料要比熔化金属炉料可以节约能源25%～30%。
(10) 利用半固态金属可以进行机械零件的近终成形，可以大幅度减少零件毛坯的机械加工量，降低生产成本。
(11) 半固态金属成形车间不需要处理液态金属，工艺操作更安全，工作环境更优良。
(12) 半固态金属的粘度较高，可以方便地加入增强材料(颗粒或纤维)，为复合材料的廉价生产开辟了一条新的途径。
但是，半固态触变成形工艺也存在一些不足，尚有五大工艺难题：
(1) 传统的电磁搅拌功率大、耗能高、效率低，半固态金属坯料的制备费用比较昂贵，一般要高出很多。
(2) 坯料的锯削、重熔加热时流失的部分金属、浇注系统(占半固态坯料重量的10%～20%)和废品不能马上回收被利用，必须返回到半固态金属坯料制备车间或坯料供应者的生产厂，增加了成本。
(3) 半固态金属坯料的液相分数不能太高，成形非常复杂零件时比较困难，否则在半固态坯料搬时运难以实现。
(4) 传统电磁感应重熔加热半固态坯料的能耗高，坯料的表面氧化严重，而且加热时坯料总会流失一部分金属，该流失金属约占坯料总重量的5%～12%。
(5) 半固态金属触变成形工艺的工艺流程长，零件成本较高。因此进一步降低生产成本成为当今金属半固态成形技术应用所面临的最重要的课题。
1.2.2 半固态金属压铸技术
半固态金属成形工艺按照金属锭坯的制备状态可分为流变成形和触变成形。根据成形设备的种类，半固态金属流变成形又可分为流变压铸(如图1.1所示)、流
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变轧制、流变挤压、流变锻造等。但由于直接获得的半固态金属浆料的保存和输送很不方便，工艺参数较难控制，因而投入实际应用较少。相应的，根据成形设备的不同，半固态金属触变成形也可分为触变压铸(如图1.2所示)、触变轧制、触变挤压、触变锻造等[6-7]。
图1.1 半固态金属流变压铸示意图[8]
a) 连续流变器b) 半固态金属浆料放入压铸机压射室
c) 压射成型d) 半固态压铸件
图1.2 半固态金属触变压铸示意图[9]
a 金属冶炼
b 电磁搅拌及冷却系统
c 非树枝晶金属坯料
d 支架
e 定量分割的坯料
f 半固态感应加热
g 半固态成型
h 成型件
半固态金属压铸成形是在一般传统液态金属压铸的基础上发展起来的一种新型压铸工艺，这种新型压铸工艺克服了传统液态压铸的最大缺点，即可获得非常致密又可进行热处理强化的压铸件。在半固态金属压铸成形中触变压铸由于半固态金属坯料的加热、输送工艺较为方便，并易于实现自动化的操作，因此半固态金属触变压铸是目前最主要的生产工艺。
第1章绪论
压铸机是压铸成形的核心设备之一。压铸机性能的优劣将直接影响压铸生产的正常运行。半固态金属的充型特点与液态金属不同，半固态金属的表观粘度比液态金属的表观粘度要高很多，而且随着充型的进行，半固态金属的表观粘度还会发生不断的变化，因而半固态金属在充型时流动阻力较大。因此，为了满足半固态压铸的要求，所用压铸机应该具备以下功能：具有较高的压射压力和增压压力，容易使半固态金属充满型腔和减少紊流与裹气，易获得致密的压铸件；具有放置半固态金属浆料或坯料的特殊压室，满足半固态压铸的基本工艺要求[10-11]。
现在世界上有很多公司可以生产现代化的、具备实时数字化控制压射压力和压射速度能力的压铸机，如美国的EPCO分公司已经改造了一批专门用于半固态金属触变成形的压铸机，这些改造压铸机主要供给汽车厂，生产1.8~2.2kg的半固态压铸件，这些压铸机的主要特点在压室结构和具有更大的压射力；Italpresse of American 公司(位于Tuckerton，New Jersey，Italy)生产专门用于半固态金属触变成形的压铸机，压铸机的型号有4000KN、16000KN、21500KN；Prince Machine Corporation(位于Holland，Michingan，USA)也生产专门用于半固态金属触变成形的压铸机，如为Concurrent Technologies Corporation (CTC)生产的半固态金属触变成形压铸机的参数如下：锁模力5300KN，压铸模厚度范围406~914mm，压铸模行程432mm，压室内径178mm，压室行程483~711mm，最高压射冲头速度为7.6m/s，压射压力为4.1~13.8MPa，最大的增压压力为41.3MPa，该公司还开发了立式半固态金属触变成形压铸机[12]。
半固态金属压铸成形在工艺上有许多的优势，这些压铸工艺优势的获得，需要保证压铸工艺参数的合理。如果工艺参数选择不恰当，半固态压铸件的质量将得不到保证，甚至要比传统的液态金属压铸件的质量还差。因此，在生产时对半固态的压铸参数的控制规律对压铸过程的稳定性以及压铸件质量都具有十分重要的影响。
一般来说，影响半固态压铸工艺的参数主要包括：半固态合金坯料的固相率或半固态合金坯料的温度、冲头的压射速度或浇道中半固态金属浆料的流速、动态压射力和静态增压压力、压铸型和压射室的预热温度、浇注系统、排溢系统的设置等。另外，对于原始半固态金属坯料的制备工艺和半固态坯料的重熔加热工艺也会影响金属半固态金属压铸的成形过程。
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1.2.3 半固态压铸工艺研究现状
同传统液态压铸一样，半固态金属压铸也需要严格控制压铸工艺参数。若压铸工艺参数选择不合理，得不到理想的压铸件。国内外大量研究主要集中于压铸工艺参数上，如压射速度、浇注温度等压铸参数对压铸件力学性能的影响。其主要研究成果如下：
(1) 压射速度
压射速度是直接决定压铸件性能的主要压铸工艺参数。典型的半固态浆料直接压铸充型过程中主要分为三个阶段：压射冲头运动至封闭浇料口、压射冲头慢速堆聚熔融浆料及最后的快速充型。一直以来，对于压射速度的确定及影响规律都是研究的一个重点。现在关于压铸工艺参数的研究方法主要分为两种。首先是根据理论分析划出范围，再通过实验确定出最理想的值；接下来采取数值模拟的手段确定最理想的值，最后通过实验验证。半固态浆料直接压铸需要浆料处于层流状态，因此在充型速度可根据雷诺流动判据、流动的连续性以及不可压缩原理进行预估，从而去指导实验参数的确定。
现阶段国内外研究一般都是关于压铸充型速度也就是第三阶段速度的选择，而对于慢压铸速度的选择一直没做进一步的分析。但是要想得到充型完整、铸件内部诸如夹渣、卷气等缺陷较少或没有的压铸件，最慢压铸速度的选择控制无疑也是一个比较重要的阶段。该工艺参数的选择主要与合金熔体复杂的运动状态相关[13-15]。其作用是使半固态金属浆料在冲头前端堆聚并不产生跳跃波且不能从前端剥离，因此该过程要求压射冲头的临界速度必须大于跳跃波的速度，即最慢的压射速度。
(2) 浇注温度
如同传统液态压铸工艺一样，如果浇注温度越高，充型效果就越好，越容易成型，但是对成型零件的力学性能却有所降低。而肖泽辉等人也发现在浇注温度低的情况下，AZ91D镁合金的成型能力也随之降低，即此时应该适当将流变成形的压射速度以及压射压力增大[16] ；华中科技大学材料学院的吴树森等人通过对AZ91D镁合金的研究发现，该合金浇注时温度越低，半固态浆料的固相率就越高，同时固相晶粒也会更加圆整细小[17]。只有当浇注温度适当时，因为内部的粘性作用，浆料的流动处于层流状态，易于形成致密的组织，性能也有很大提高。所以它与
第1章绪论
压射力以及压射速度有着非常大的关系。
1.2.4 国际国内应用现状
目前，半固态铝合金、镁合金成形技术已经基本成熟，并取得了重大的应用的进展，许多的国家都步入了实际商业应用和进一步的技术开发的行列，美国处于世界最先进的地位，意大利、英国、瑞士、德国、奥地利、日本等国也积极进取，处于先进地位，我国也在努力超赶世界先进水平，并已取得重要进展。
在美国，1985年，Alumax铝业公司将有关触变成形的专利技术向欧洲转让，以生产V olvo、BMW和Audi等小轿车的铝合金零部件，并于1994年建立了第一个用半固态生产汽车零件的工厂，每年可生产2400万个零部件。1996年在阿肯色州筹建了第二个半固态技术专业工厂。该厂的主要产品为火箭架底座。目前该公司生产零件的重量从l0g到10Kg，直径可达中500
Φmm，同时还为国外提供刹车、发动机燃料输送系统，悬挂件等，每年并以百万件的速度递增[18]。
Thixoma公司使用半固态喷射成形专利技术生产镁合金零件。ITT公司则用半固态成形技术进行黄铜电接插件的生产。
在欧洲，意大利是半固态成形技术商业化应用最早的国家之一。Stampal是一个从事铝合金触变成形的欧洲厂商，能够生产直径为中Φ90~110mm，长度4000mm 的锭坯，并采用该成形方法为Ford汽车公司生产Zeta发动机油料注射挡板生产率为160件/小时，此外，该成形方法还用于生产齿轮箱盖与摇臂等零件。意大利WEBER铸造厂针对SSM压铸技术可以减少加工余量的特点，替代原来费用较高的工艺或材料，选择了汽车喷油系统中的“油道”和其他铝合金零件作为试品。这些零件其形状尺寸成形难度非常大且要求耐腐蚀，并且质量要求很高，使用压铸工艺后，利用一根直径为Φ0.8mm，长为32mm(锥度为0.04)的钢芯，就容易成形出油道孔，比原来的生产费用减低50%。Alfa Romeo公司为GTV和Spider高性能赛车开发了许多铝合金的多臂悬挂件[19-20]。
英国Sheffield大学的P.Kapranos等在100kN锻压机上进行半固态模锻成形，该设备能对压头速度、最终载荷和锁型时间进行计算机控制，并成功地试制尺寸精度极高的A357铝合金锻件和M2工具钢齿轮等零件。另外法国的Pechiney SA 公司、意大利的Fata等国际著名公司也己使用金属半固态成形技术生产零部。
在我国，无论是半固态坯料触变压铸成形还是半固态浆料流变压铸成形技术
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都尚未发展到可以工业化生产的程度。虽然有迹象表明，国内的半固态坯料触变压铸成形技术发展较为成熟，已经能够成型一些汽车上的重要零部件，诸如涡轮、连杆等，且性能良好。但从长远发展的角度来看，半固态浆料流变压铸技术一旦成熟起来，将会是压铸业发展的一条主流方向。就其本身而言，由于上述分析的一些关键性的技术尚未掌握，因而还没有得到工业化应用，但鉴于该技术所拥有的绝对优势，其工业化生产前景还是光明的。
1.2.5 现存问题
在我国这样一个人口多，能源、资源相对短缺的国家，更急需研究半固态成形技术。半固态成形技术的研究除了理论研究之外，重要任务是加快其工业应用的进程。尤其是为改变目前国内较国外半固态成形应用技术相对落后的状况，进行适合半固态制备与加工专用设备的开发具有重大意义。
首先，理论分析认为影响和制约着半固态浆料流变压铸技术的主要问题在于浆料的制备方法及定量浇注技术上的改进、压铸工艺参数的选取、浇注过程的工艺控制和系统设计等方面原因，而从已开展的研究情况及取得的研究成果来看，研究工作也主要集中在上述半固态浆料制备方法及流变压铸工艺参数的优化，标准试样组织性能及浆料固相率控制与测量等方面。除此之外对于半固态金属流变压铸工艺的掌握还不够成熟，一直没有一套标准的量化体制加以规范，这成为制约其发展的一个重要原因，因此今后需要加大在压铸工艺准则方面的研究，以推动整个半固态金属流变压铸成形技术研究领域的进步[21-25]。因为当今制造业自身发展的需要，所以轻量化、高性能合金材料的开发和利用十分重要，在更优质的合金被发现以前，铝镁合金无疑是当今时代的佼佼者，因此如何能最大限度的提高其使用价值及性能的问题日益受到业界人士的广泛关注。考虑到经过流变压铸成形的零件可以通过热处理工艺提高性能，所以其后续热处理工艺的研究也自然成为一项急需解决的问题。
1.3 论文主要的研究内容
从20世纪90年代开始，半固态金属成形技术逐步在发达国家得到了商业应用，但半固态成形技术毕竟是一门新兴的技术，无论是在理论上还是在技术上，它都需要进一步的完善和发展。在国内，特别是在半固态压铸模具设计和压铸工艺方面研究的还很少，限制了半固态压铸在工业中的广泛应用，而且到目前为止还没
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有一个通用标准。本课题针对铝合金半固态浆料的粘度和压铸充型特点，选用有色合金标准试样为压铸件，进行以下几方面的研究工作。
(1) 对标准试样半固态压铸模具进行设计，在内浇口设计时，采用不同的内浇口截面积。由于半固态铝合金浆料充型温度低，必须在动、定模套板(通过镶块)、支撑板和定模座板上安装加热系统，以便研究在有无加热情况下半固态压铸件的成型情况。
(2) 对试样半固态压铸充型及凝固过程进行数值模拟，为了减少模拟次数，在模拟前采用了三因素三水平的正交试验的方案设计，实验因素为：压射速度、浇注温度、模具的预热温度。分析不同参数下的充型和凝固过程以及模具温度场的变化，总结分析模拟结果。
(3) 在半固态浆料的制备方面，采用电磁搅拌的方法制备出满足半固态压铸实验要求的铝合金浆料。
(4) 在半固态模具加工、安装、调试后，进行标准试样的压铸工艺实验，根据模拟结果选出的最优压铸工艺参数，进行半固态压铸实验验证，以及不同压射速度对半固态压铸件的力学性能的影响。对比检测所得的每组力学性能数据，得出不同内浇口截面积对铸件性能的影响。
(5) 最后进行金相实验和断口扫面，观察半固态压铸件不同部位的显微组织以及断口的断裂形式。
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第2章半固态金属成形过程数值模拟方法
2.1 半固态金属成形过程数值模拟方法
对半固态金属成形过程进行数值模拟，必须要采用一定的数值计算方法和某种软件作为模拟计算的平台。目前，可以采用的数值计算方法有很多，如拉格朗日法、欧拉法、有限差分法、有限元法等，同时目前已开发的商业软件也很多。
2.1.1 拉格朗日法
拉格朗日法，又称轨迹法。主要研究流体质点的运动，跟踪每个流体质点的运动过程以及描述运动过程中的各个质点，找出各物理量随时间变化的规律。
在拉格朗日方法中，坐标系建立在流体质点上，网格跟随着质点一起变化。采用这种方法可以准确的处理自由表面，有效的跟踪流体质点的变形历史，容易实现网格优化。但是由于质点的运动会导致网格的缠结、扭曲，从而需要不断地重新划分网格，导致计算量过大，在计算中会因为网格相交而使计算的精度下降，甚至会导致不能继续计算，因此，这种方法一般应用在二维及简单三维形状的流体模拟当中。
2.1.2 欧拉法
欧拉法，又称流场法。欧拉法实际上是在固定的坐标系下观察流场的变化情况，对流场的计算分析是在固定的网格上进行的，通过标识粒子或流体体积函数的变化情况来确定自由表面，特别适应于具有较大变形的流体分析。
欧拉法主要着眼于空间质点，从空间的每一点上来描述流体运动参数随着时间的变化规律，并通过各空间点的各个流体质点的物理量变化来描述整个流场的运动变化情况。欧拉法具有操作方便、编程简单、计算量小等优点，因此在计算流体力学领域中得到了广泛的应用。目前采用欧拉法对半固态金属充型过程数值模拟的具体计算方法主要有SOLA-VOF法。
SOLA法是美国Los Aalmos科学实验室在MAC(标识粒子跟踪法)方法的基础上发展起来的新的计算方法[26-27]。其主要特点是在求解压力场与速度场时，每个计
第2章半固态金属成形过程数值模拟方法
算单元的压力值可直接由动量方程算出的速度值来估算，再代入连续性方程进行校正，直至满足连续性方程。具体的计算步骤如下[28-31]：
(1) 根据初始条件以及前一时刻的压力场和速度场，用动量方程计算出当前时刻的试算速度；
(2) 将试算速度代入连续性方程计算出误差项D i.j.k；
(3) 判断计算域内每个单元的D i.j.k，若D i.j.k <εmin (εmin为收敛精度)，则可认为满足收敛条件，也就是此时的速度场与压力场满足质量守恒方程和动量守恒方程，此时压力场与速度场计算完毕。若D i.j.k﹥εmin。则说明不满足收敛的条件，必须对压力场进行修正，直至满足收敛条件为止；
(4) 返回计算的最初状态，进入下一时刻的计算，直至整个型腔充满为止，在整个计算的过程中，并且由速度初值与猜测压力值来试算速度场，试算速度场的过程不参与迭代，因此是一场迭代，计算速度加快。
VOF法是在处理充型自由表面方面的一个重要突破，此方法定义了一个体积函数F(x，y，z)。当流体充满空间网格中的某一格时，该网格处的F值为1；当空间网格中的某一格无流体充填时，该网格的F值为0；当0﹤F﹤1时，表明空间网格中的某一格具有自由表面，通过计算出每个网格单元的液体体积分数，就可以确定自由表面的形状以及位置。这种算法大大减少了自由表面的计算量，一个网格单元只需要一个存储量，节省了大量的内存，处理自由表面的速度加快，因此，目前对充型过程中的自由表面的处理大都采用这种方法。
2.1.3 有限差分法
这种数值模拟计算方法是发展最早且应用到实际中最广的一种。有限差分法就是将求解域按照一定的格式划分为差分网格(如矩形网格)，用有限个网格代替连续的求解域，并用差商代替微商，从而把连续求解域的求解过程转化成有限个差分方程组的求解过程，该方程组所得的解就是这个连续求解域的近似解。所以，有限差分法实质上就是一种将微分问题转化成代数问题的近似求解方法。有限差分法具有差分公式导出容易、计算成本低和数据准备简单等优点，因而获得大家广泛的应用。但是，由于有限差分法是用差商来代替微商，使其应用收到了一定的限制，特别是对于形状复杂的铸件时，常常会使曲面域的求解结果与实际相差较远，且与网格的尺寸也有关系。一般来说，网格的尺寸越小，计算形状就越接
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近真实形状，但又会导致计算量过大，导致计算效率降低[32]。
2.1.4 有限元法
有限元法(FEM)将一个连续的求解域分为若干个形状适当的单元，并在各单元之间构造插值函数，而后根据极值的原理将流动问题的控制微分方程构造成积分方程，再对各单元进行积分，可以得到所有单元的离散化有限元方程，把总体的极值作为各单元的极值之和，就是将局部单元总体合成，形成嵌入了指定边界条件的代数方程组，然后再对此方程组求解，就可得到各节点上待求函数值，从而得到此流动域的数值解。有限元法实质上就是将微分方程转换成积分方程进行求解，是多段逼近，把整个流动域划分成有限个区域，构造分区的插值函数以逼近精确解。有限元法特别适用几何物理条件复杂的流动问题的求解，并且具有很好灵活性和适应性，特别是在处理复杂薄壁铸件的流动域求解时更有其独特的优点。但是，有限元法也存在着一些缺点，如三维自动网格划分不容易实现、计算工作量一般都大于有限差分法，因此是有限元法应用收到了一定的限制[33]。
除了有限差分法和有限元法之外，还有边界元法、直接差分法和有限分析解等多种方法，而现在普遍应用的是有限差分法和有限元法。
2.2 数值模拟软件ProCAST简介
数值模拟使用的软件包是美国UES(Universal Energy System.INC.)公司开发的铸造过程数值模拟软件ProCAST，现归法国的ESI公司所有。并成为了法国ESI 集团热物理综合解决方案的旗舰产品。其最新版本的是ProCAST2009.0。新版软件的整个界面焕然一新。使用者在前后处理窗口中可以用鼠标随意拖动和旋转三维模型，观察模拟结果时可以沿任何方向动态剖分，全部工作在同一界面就可以完成。同时，在流动分析、模具疲劳等方面，新版本都作了进一步的改进[34-36]。现在使用的版本还有ProCAST2004.0、ProCAST2005.0、ProCAST2006.0、ProCAST2007.0、ProCAST2008.0等一系列。
该软件由于其先进性和实用性，在国际铸造界享有很高的声誉。ProCAST铸造模拟软件的产生是基于铸造过程计算机数值模拟技术、可视化技术和数据库技术的发展和成熟。ProCAST一开始就采用有限元方法作为核心技术，并配备了功能强大的数据接口和网格自动划分工具，从而保证数值模拟过程的精度。由于采用了通用的、标准化的用户界面，任何一种铸造过程都可以用同一个软件包
第2章半固态金属成形过程数值模拟方法
ProCAST对铸件成形过程进行模拟和分析。它是目前所有铸造过程模拟软件中CAD/CAE集成化程度最高的一款软件[37]。
ProCAST可以用于低压铸造、砂型铸造、重力铸造、消失模铸造、挤压铸造、熔模铸造、壳型铸造、触变铸造、流变铸造、倾斜浇铸。
它还可以用来模拟研究设计结果，例如充型系统、溢流孔和通气孔的位置，冒口的大小等。ProCAST可以用来模拟任何不同的合金，从钢和铁到铝基、铜基、镁基、镍基、锌基合金，以及非传统合金和聚合体。实践证明ProCAST可以准确地模拟不同合金的型腔充型过程，精确地描述凝固过程。可以精确地计算加热或冷却通道的位置以及加热冒口的使用。
2.2.1 ProCAST软件的基本模块
ProCAST模拟软件是针对铸造过程进行流动—传热—应力耦合做出分析的系统[38]。它主要由以下八个模块组成。
软件的八个基本模块[39]：
(l) 基本模块(传热分析模块，Base Module)：基本模块包括温度场、凝固、材料数据库及前后处理等。本模块用于传热的计算并且包括ProCAST模拟过程中的所有前后处理功能。
(2)有限元剖分模块(网格划分，Meshing)：产生输入模型的四面体体网格。此模块与其他CAD软件可以实现无缝连接，它可以读入标准的CAD文件格式如STL 、IGES等，同时还可以导入诸如PATRAN、ANSYS格式的表面网格或实体网格。
(3) 应力分析模块(Stress)：对铸造模拟过程中的应力场进行模拟分析。本模块可以进行完全的流动、热和应力的藕合计算分析，可以显示由铸件变形而产生的铸件和模型之间的间隙，可进一步确定由这种间隙的出现而影响铸件冷却时间和模型中热节的产生。
(4) 流动分析模块(Fluid)：对铸造过程中的流场进行模拟和分析。流体分析模块可以模拟所有包括充型在内的液体及固体流动的效果。
(5) 显微组织分析模块(Microstructure)：ProCAST使用的最新晶粒结构分析预测模型进行轴状晶和柱状晶的形核与成长模拟。当液体中的过冷度达到一定程度时，随机模型就会确定一个新的晶粒的位置和晶粒取向。该模块可以用来确定不
沈阳理工大学硕士学位论文
同工艺参数对晶粒形貌和柱状晶到轴状晶的转变的影响。ProCAST 中所包括的显微组织模型有：通用型模型：包括等轴晶模型、包晶和共晶转变模型，将这几种模型相结合就可以分析处理任何金属材料的显微组织模拟问题。
(6) 辐射分析模块(Radiation)：对铸造过程中的辐射能量进行模拟分析。主要用于处理如熔模铸造、单晶铸造过程热辐射的计算，特别适用于高温合金。
(7) 电磁模块(Electromagnetic)：对铸造过程中的电磁场的变化进行模拟分析。
(8) 反求解模块 (Inverse)：采用逆运算计算界面条件参数和材料的热物理性能。本模块适用于科研和高级模拟计算之用。
2.2.2 ProCAST软件的特点
(l) 灵活性大，可重复性强
ProCAST采用基于有限元法(FEM)的数值模拟计算方法，与有限差分法 (FDM)相比，具有很好的灵活性，特别适用于模拟比较复杂铸件成形过程中的各种物理现象。有限差分法由于网格不能变形而不能进行应力分析模拟，比如以弹性、弹塑性、弹粘塑性模型进行热和应力耦合分析时，只能采用有限元法。在实际操作过程中，由于铸造工艺参数的繁多而且又相互影响，因此长时间连续监控所有的参数情况是不可能的。任何参数的变化都有可能影响整个模拟系统，但又不能进行全部针对各种参数变化的试验[40]。通过ProCAST的模拟软件可以检查每个参数的影响，从而得到可重复的、连续平稳的参数范围。另外，ProCAST依照模拟铸造过程的基本功能划分模块，而不以铸造方法进行模块的划分，极大地方便了用户，使用户可以灵活应用该软件解决多种工艺上的问题。
(2) 强大的材料数据库
ProCAST开发了由多种材料组成的材料数据库并且己被工业生产验证，有了强大的材料数据库作为支撑，ProCAST几乎可以用来模拟任何合金以及非传统合金和聚合体。其中有各种型砂、金属材料以及精铸的壳型材料等。除了基本的材料库外，ProCAST还有基本合金系统的热力学数据库。这个数据库可以根据用户需要直接输入的化学成分，自动会生成固相线温度、液相线温度、比热、潜热和固相率等热力学参数，用户可以自己的需要对其进行更新和扩展，这项功能也是ProCAST所独有的功能，。
(3) 模拟功能强大，可以虚拟试验
第2章半固态金属成形过程数值模拟方法
ProCAST软件作为针对铸造过程进行流动—传热—应力求解的软件，能够模拟分析铸造过程中绝大多数问题和许多物理现象。另外，在传热分析、应力分析以及电磁分析方面，也具有强大的分析功能。由于采用通用的用户界面，任何铸造过程都可以用ProCAST软件进行分析和优化。它可以准确地模拟型腔的充型过程以及精确地描述凝固过程，也可以计算加热或冷却通道的位置和发热冒口的使用效果等。比如，在铸造过程分析方面，能够模拟出低压铸造、压力铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程，并对压制腊模、压制粉末等的充型过程进行模拟，并且能提供了能够考虑气体、高压、旋转、过滤等对铸件充型过程的影响[41]。ProCAST也可以虚拟试验各种设计而取之最优，从而大大减少了工艺开发的时间，降低生产成本。
(4) 人性化的界面设计
ProCAST模拟软件的前后处理完全是基于Windows的用户界面，通过提供交互菜单、数据库和多种对话框完成用户信息的输入。ProCAST极易与具有设计和加工功能的CAD/CAM/CAE系统相集成，便于实现数据共享，大大的提高铸造生产率。主要是由于ProCAST提供了和机械设计CAD软件的接口，可直接读取铸件实体模型的IGES文件和通用CAE系统的有限元网格划分文件，还可以直接将模拟结果直接输出到CAD系统的接口。这使得ProCAST软件可运行于目前所有的主流操作系统平台，对与系统硬件也没有特殊要求。同时ProCAST也可运行在矢量计算机上和进行并行处理。
2.2.3 ProCAST软件的模拟分析能力
ProCAST铸造模拟软件几乎可以模拟分析任何铸造过程中可能出现的问题，便于为铸造工程师提供新的途径来研究铸造过程，使他们看到型腔内所发生的一切，从而设计出新的方案。可以分析缩孔、冷隔、浇不足、裹气、冲砂、裂纹、模具寿命、可重复性以及工艺开发[42]。
(1) 缩孔
缩孔是由于铸造凝固收缩过程中液体不能有效地从浇注系统和冒口得到补缩而造成的。ProCAST软件可以模拟由于冒口补缩不足导致了很大的内部收缩缺陷，并确认封闭液体的具体位置。在压铸中，ProCAST可以详细准确计算出模型中的热节、冷却加热通道的大小和位置，以及溢流口的位置。在砂型铸造中，可以优
实用标准文案 宁波大红鹰学院 毕业设计（论文） 说明书 题目 学生 系别 专业班级 学号 指导教师
摘要 先分析零件的冲压工艺；确定模具的总体结构；结合零件的冲压工艺及模具的总体结构设计排样图；根据排样图，计算利用率、冲载力、压力、选用设备及刃口的尺寸。根据资料再用 PRO/E，对模具进行设计，然后将三维图转成二维的装配图和零件图进行标注，并编制零件的加工工艺卡。 关键词：落料 ; 冲孔 Abstract First analysis of the stamping process parts; to determine the overall structure of mold; combination of parts stamping process and die design of the overall structure of the layout graph; layout plan based on calculating the utilization rate, red edge is contained, pressure, choice of equipment and cutting the size of . According to the information re-use PRO / E, the design of the mold, and then converted into two-dimensional three-dimensional map of assembly drawings and parts marked maps and compile card processing parts. Key words:Blanking ; Punching
铸造过程模拟仿真 1、概述 在铸造生产中，铸件凝固过程是最重要的过程之一，大部分铸造缺陷产生于这一过程。凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺，预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。 凝固过程数值模拟可以实现下述目的： 1）预知凝固时间以便预测生产率。 2）预知开箱时间。 3）预测缩孔和缩松。 4）预知铸型的表面温度以及内部的温度分布，以便预测金属型表面熔接情况，方便金属型设计。 5）控制凝固条件[1]。 为预测铸应力，微观及宏观偏析，铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。作为铸造工艺过程计算机数值模拟的基础，温度场模拟技术的发展历程最长，技术也最成熟。温度场模拟是建立在不稳定导热偏微分方程的基础上进行的。考虑了传热过程的热传导、对流、辐射、结晶潜热等热行为。所采用的计算方法主要有：有限差分法、有限元法、边界元法等；所采用的边界条件处理方法有N方程法、温度函数法、点热流法、综合热阻法和动态边界条件法；潜热处理方法有：温度回升法、热函法和固相率法。 自丹麦Forsound于1962年第一次采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来，为铸造工作者科学地掌握与分析铸造工艺过程提出了新的方法与思路，在全世界范围内产生了积极的影响，许多国家的专家与学者陆续开展此项研究工作。在铸造工艺过程中，铸件凝固过程温度场的数值模拟计算相对简单，因此，各国的专家与学者们均以铸件凝固过程的温度场数值模拟为研究起点。继丹麦人之后，美国在60年代中期开始进行大型铸钢件温度场的计算机数值模拟计算研究，且模拟计算的结果与实测温度场吻合良好；进入70年代后，更多的国家加入了铸件凝固过程数值模拟的研究行列中，相继开展了有关研究与应用，理论研究与实际应用各具特色。其中有代表性的研究人员有美国芝加哥大学的R.D.Pehlke教授、佐治亚工学院的J.Berry教授、日本日立研究所的新山英辅教授、大阪大学的大中逸雄教授、德国亚探工业大学的P.Sham教授和丹麦科技大学的P.N.Hansen教授等。我国的铸件凝固过程温度场数值模拟研究始于70年代末期，沈阳铸造研究所的张毅高级工程师与大连工学院的金俊泽教授在我国率先开展了铸造工艺过程的计算机数值模拟研究工作，虽然起步较晚，但研究工作注重与生产实践密切结合，取得了较好的应用效果，形成了我国在这一研究领域的研究特色[2]。 1988年5月，在美国佛罗里达州召开的第四届铸造和焊接计算机数值模拟会议上，共有来自10个研究单位的从事铸造凝固过程计算机数值模拟技术研究的专家和学者参加了会议组织的模拟斧锤型铸件凝固过程的现场比赛。由于该铸件在几何形状上属复杂类型，模拟计算有一定的难度。从比赛结果看，绝大部分的模拟结果与实际测温结果相吻合。此次比赛得出如下结论[8]： l）铸件凝固过程的计算机模拟达到了相当的水平，如三维自动刻分、三维模拟计算、三维温度场显示等，并产生了一些软件包，如日立公司的HICASS、丹麦的Geomesh、大阪大学的SOLAM及亚琛的CASTS等。 2）模拟计算的结果都接近实测，这说明有限差分、有限元和边界元这三种计算方法对温度场计算都能满足精度要求，同时也说明了铸件凝固过程温度场计算机模拟计算技术已趋成熟。
河南机电高等专科学校 课程设计说明书 题目：端盖塑料模具设计 系部材料工程系 专业模具制造与设计专业 班级模具081班 学生姓名韩雪飞 学号081304129 指导教师于智宏 2011年 3 月15 日 目录 绪论…………………………………………………………………………………… 1
一、模塑工艺工艺规程的编制 (2) 1.塑件工艺性分析 (2) 1.1塑件的原材料分析 (2) 1.2.1塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 (3) 1.3计算塑件的体积和质量 (3) 1.4塑件注塑工艺参数的确定 (4) 1.5塑件成型设备的选取 (4) 二、注塑模具结构设计 (5) 2.1分型面选择 (5) 2.2.1确定型腔数目和排列方式 (6) 2.2.1.1按注射机的额定锁模力确定型腔数量 (6) 2.2.1.2按注射机的注塑量确定型腔数量 (6) 2.2.2型腔的排列方式 (7) 2.3浇注系统的设计 (8) 2.4.推出机构的设计 (9) 2.5凹模的设计 (10) 三、端盖注塑模具的有关计算 (11) 四、模具加热和冷却系统的设
计 (12) 五、模具闭合高度确定 (13) 六、注塑机有关参数的校核 (13) 七、注塑模具的安装和调试 (13) 八、结论 (16) 九、参考文献 (17)
绪论 大学三年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。 随着工业的发展，工业产品的品种和数量不断增加。换型不断加快。使模具的需要补断增加。而对模具的质量要求越来越高。模具技术在国民经济中的作用越来越显得更为重要。 模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。 在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在新飞电器有限公司、洛阳中国一拖的生产实习，我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正
! 收稿日期：２００６－０１－１６；修回日期：２００６－０７－１９ 作者简介：胡红军（１９７６－），男，重庆工学院讲师，主要研究铸造ＣＡＤ／ＣＡＥ软件研究和开发。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｈｊ＠ｃｑｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。 铸造工艺的数值模拟优化 胡红军，杨明波，龚喜兵，李国瑞 （重庆工学院材料科学与工程学院，重庆４０００５０） 摘 要：为了研究和预测铸造工艺对铸件质量的影响，设置合理的军用汽车转向臂的铸造浇冒口系统和工艺参数。应用铸 造模拟软件对转向臂的三种不同工艺方案进行凝固模拟，根据凝固模拟结果显示的缺陷及内部缩松情况，提出改进工艺方案并对其进行凝固模拟，选择最佳方案应用于生产。研究表明，３＃是最合理的浇冒口布置方式，最优的浇注温度８２５℃，浇注时间１５ｓ，采用水平分型。应用表明，铸造模拟软件能够准确地预测充型凝固过程中可能产生的缺陷，从而辅助工艺人员进行工艺优化。 关键词：凝固模拟；军用汽车转向臂；铸造工艺优化；浇冒口系统；缩孔；铸造模拟软件中图分类号：ＴＧ２５０．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－２４４Ｘ（２００６）０６－００５１－０３ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｕｔｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ＨＵＨｏｎｇ－ｊｕｎ，ＹＡＮＧＭｉｎｇ－ｂｏ，ＧＯＮＧＸｉ－ｂｉｎｇ，ＬＩＧｕｏ－ｒｕｉ （ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｎｃａｓｔｉｎｇｓｑｕａｌｉｔｙ，ｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｐｏｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｓｅｔ．Ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｈａｖｅｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｒｅ－ｓｕｌｔｓａｎｄａｐｐｅａｒａｎｃｅｄｅｆｅｃｔｓａｎｄｉｎｎｅｒｓｈｒｉｎｋａｇｅｐｏｒｏｓｉｔｙｏｆｔｈｅｃａｓｔｉｎｇｓｉｎｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｂａｓｅｄｕｐｏｎｔｏｂｒｉｎｇｆｏｒ－ｗａｒｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓａｎｄｓｅｌｅｃｔａｎｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｊｅｃｔｕｓｅｄｉｎｂａｔｃｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｎｏ．３ｃａｓｔｉｎｇｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ｔｈｅｍｏｓｔｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐｏｕｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ８２５℃，ｐｏｕｒｉｎｇｔｉｍｅｉｓ１５ｓ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｃａｎｈｅｌｐｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｔｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｙｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｃａｓｔｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓｄｕｒｉｎｇｍｏｌｄｆｉｌｌｉｎｇａｎｄｓｏｌｉｄｉ－ｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃａｓｔｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｔｅｅｒｉｎｇａｒｍｃｏｍｐｏｎｅｎｔｕｓｅｄｉｎｈｅａｖｙｍｉｌｉｔａｒｙｔｒｕｃｋ；ｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｐｏｕｒ－ｉｎｇａｎｄｒｉｓｅｒｓｙｓｔｅｍ；ｓｈｒｉｎｋａｇｅ；ｃａｓｔｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ 铸造数值模拟是要通过对铸件充型凝固过程的数值计算，分析工艺参数对工艺实施结果的影响，便于技术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化，以及寻求工艺问题的尽快解决办法。为技术人员设计较合理的铸件结构和确定合理的工艺方案提供了有效的依据，从而避免传统的依靠经验进行结构设计和工艺制定的盲目性，节约试制成本［１－４］。 １ 铸造过程充型数值模拟方法 军用汽车转向臂的几何实体造型采用ＵＧ软件建 立，在得到三维几何数据后，利用ＵＧ软件的反向出模模块，通过设定铝合金收缩率、铸件起模斜度、浇注系统的位置和分型面等，作为凝固模拟的几何模型。由于金属液充型过程数值模拟技术所涉及的控制方程多而复杂，需要根据连续性方程、动量方程及能量方程，并进 行速度场、压力场的反复迭代，计算量大而且迭代容易发散，致使其难度很大。通过不断完善数值计算方法，如有限差分法和ＳＯＬＡ－ＶＯＦ体积函数法，开发出一些实用软件。该产品的凝固模拟就是采用ＭＡＧＭＡ软件。作为整个模拟的核心部分，ＣＡＥ的数值模拟效果最终将影响模拟的真实与否。在液态金属浇注过程中，热传导过程计算是数值模拟的主要内容。处理热传导问题采用傅里叶定律（式１），式２是根据能量守恒定律推导的方程［５－８］。 ｑ＝－λ !ｔ !ｎ （１）ρｃ!ｔ!τ＝!!ｘ（λ!ｔ!ｘ）＋!!ｙ（λ!ｔ!ｙ）＋!!ｚ（λ!ｔ !ｚ）＋ｑｖ （２）其中ｑ为热流密度，λ为导热系数，ｔ为温度（函数）， ｎ为温度传递方向上的距离，Τ 为温度，ρ为密度，ｃ为质! ２００６年１１月兵器材料科学与工程 ＯＲＤＮＡＮＣＥＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．６Ｎｏｖ．，２００６ 第２９卷第６期
课程名称：压铸工艺及模具设计课程设计 学院：机械工程专业：材料成形及控制工程姓名：吴远发学号：080803110033 年级：成形082 任课教师: 丁旭
目录 第一章零件的工艺分析 (2) 第二章选用分型面及浇注系统 (3) 第三章压铸机的选用 (4) 第四章计算压铸模成型部分尺寸 (6) 第五章设计零件图 (8)
第一章零件的工艺分析 图1所示为管接头零件图,材料为YL102,按卧式冷室压铸机设计压铸模。 图1 管接头零件图 该零件结构简单，但是两端存在凸台，不利于分型，因此在压铸模具设计时需要设计抽芯机构抽芯。零件表面大部分为圆柱曲面和平面，用一般的机械加工模具即可得到。铸件壁厚基本均匀，铸造难度适中。零件未标注尺寸公差，按要求公差取IT12级，用压铸方法生产该零件能达到相应的尺寸要求。压铸材料为ZL102，为压铸铝合金，可以作为该零件的材料，查手册可知道，其平均收缩率为0.7%。
第二章选用分型面及浇注系统 该零件形状为一圆筒两端带凸台，考虑各方面的因素，采用如图所示的分型面。该零件在卧式冷室压铸机上成型，零件的两端不利于脱模，采用抽芯机构，如图所示。 图2 分型面的确定
图3 浇注系统的确定 第三章 压铸机的选用 计算主胀型力F 主= 10 AP ，查表取该零件的压射比压P 为90Mpa 。面积A 为铸件及浇注系统在分型面上的投影面积，经估算，A 约为40cm 2。所以F 主=90×1÷10=360KN 。 计算分胀型力F 分=∑（ 10 P 芯A tan α），F 分=2×（50×90÷10）tan1o=15.7KN; α为楔紧块的楔紧角。 计算锁模力F 锁≥K （F 主+F 分）=1.25×（360+15.7）=470KN 。 现在预选用J1118H 型压铸机，其主要参数：锁模力为1800KN 最大压射力Fmax 为200000N ，现在去压室直径为40mm ，则其对应的最大压射比Ｐ： Ｐ＝4Fmax ×10-6／πD=6 210 4014.3200000 4-???×10-6=159Mpa 。 校核锁模力：F 主=159×40÷10=636KN F 分=159×50÷10=795KN
班前准备事项一 1压铸工上班必须按规定穿戴劳保用品，包括：工作服、工作鞋、工作帽，严禁穿背心、短裤、赤膊。 2压铸工必须提前20 分钟到岗，进行上岗前准备，包括：查看交接班记录 查看上个班次本班及其它班产品质量情况 每班交接班前提前15 分钟。检查机床、模具状态是否正常。压铸操作规范二 生产准备验证: 生产前必须按《生产准备作业验证》进行验证，其中工艺验证包括：核对现场实际工艺和工艺卡是否一致；将没有输入的工艺逐项输入并核对。 压铸操作规范三 1机床启动。 2启动机床前，必须全面检查机床确保机床处于正常状态。 3启动机床前，手动润滑后再开机。 4点动启动机床并观察机床运转情况，如有异常立即停机。 5机床启动后，应开冷却水，以防油温升高。 6机床发生故障或报警信号响起，应立即查看原因后报修，严禁机床带病工作。 压铸操作工艺流程作步骤四 模具安装f调试T清理预热模具f喷刷涂料f合模f涂料准备f 涂料配制 f 压铸 f 冷却与凝固 f 开模 f 顶出铸件f质量检验T成
品T废品f合金熔化 一、模具安装 模具安装前，压铸工必须全面了解模具结构状况，包括： 1模具有无抽芯；动模抽芯，还是静模抽芯；滑块抽芯，还是液压抽芯。 2是否需要安装复位杆。 3浇口套大小，溶杯大小，结合尺寸是否一致。 5 是否中心浇口。 6 顶棒位置、大小、长短是否合适。 二、操作规范 1根据模具情况更换熔杯冲头，必要时调节压射升降机构。 2检查动静模板，确保表面无异物、无高点。 3正确安装吊具，在确定安全的情况下起吊，并确保模具进入机床前无摇动，以免撞伤机床。 4根据模具情况，正确安装模具。特别注意，带有液压抽芯的模具，必须将机床相对应抽芯状态调到“选择”并且抽芯在动模的，要调到“锁模前”插芯；抽芯在静模的，要调到“锁模后”插芯状态。 5压紧模具，接好油管及冷却水管完成模具安装。 三、模具调试 1安装完毕后进行模具调试，装有抽芯器的先调试抽芯器，调试时必须注意。
U形弯曲件模具设计 1零件工艺性分析 工件图为图15所示活接叉弯曲件，材料08F钢，料厚2mm。其工艺性分析内容如下： 图15 弯曲工件图 1.1材料分析 08F优质碳结构钢，具有良好的塑形。
1.2结构分析 零件结构简单，左右对称，对弯曲成形较为有利。可查得此材料所允许的最小弯曲半径r=0.5t=1，而零件弯曲半径mm = r，故不会弯裂。另外， 2> 5.1 mm 零件上的孔位于弯曲变形区之外，所以弯曲时孔不会变形，可以先冲孔后弯曲。计算零件相对弯曲半径1<5，卸载后弯曲件圆角半径的变化可以不予考虑，而弯曲中心角发生了变化，采用校正弯曲来控制角度回弹。 1.3.精度分析 零件上只有个别尺寸有公差要求，其余未注公差尺寸也均按IT13选取，所以普通弯曲和冲裁即可满足零件的精度要求。 4.结论：由以上分析可知，该零件冲压工艺性良好，可以冲裁和弯曲。 2工艺方案的确定 零件为搭扣，该零件的生产包括冲孔，弯曲和落料三个基本工序，可有以下三种工艺方案： 方案一：先落料，后冲孔，再弯曲。采用三套单工序模生产。 方案二：落料—冲孔复合冲压，再弯曲。采用复合模和单工序弯曲模生产。 方案三：冲孔—落料连续冲压然后弯曲。采用弯曲级进模。 方案一模具结构简单，但需三道工序三副模具，生产效率较低。 方案二需两副模具，且用复合模生产的冲压件形位精度和尺寸精度易保证，生产效率较高。。 方案三，结合了强两种方案的有点，又节省了工序和成本，所以方案三比较适合。
3零件工艺计算 3.1.弯曲工艺计算 3.1.1毛坯尺寸计算 对于t r 5.0>有圆角半径的弯曲件，由于变薄不严重，按中性层展开的原理，坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，可查得中性层位移系数x=0.42，所以坯料展开长度为70 由于零件宽度尺寸为18mm ，故毛坯尺寸应为70mm×41mm 。弯曲件平面展开图. 3.1.2弯曲力计算 弯曲力是设计弯曲模和选择压力机的重要依据。 因为是U 型弯曲所以 1.自由弯曲力 F 自=0.7*1.3*41*4*（280~390）/4=10446N~14551N 2.顶件和压料力 FQ=0.5F 自=10446*0.5~14551*0.5=5223~7276N 3.压力机吨位的确定 F 压机>F 自+FQ=15669~21827N 所以选择JG23-40开始双柱可倾式压力机。 3.2.冲孔落料连续模工艺计算 3.2.1刃口尺寸计算 由图3-2可知，该零件属于一般冲孔、落料件。根据零件形状特点，冲裁模的凸、凹模采用分开加工方法制造。尺寸10mm 由落料获得，φ3.5mm 和φ5.2mm 由冲孔同时获得。查得凸、凹模最小间隙mm 246.0min =Z ，最大间隙 mm Z 360.0max =，所以mm 114.048.066.0min max =-=-Z Z 。
工作说明书版次 A 壓鑄模流道設計標準作業規範 页数 壓鑄模 流道設計 標準作業規範 发行日期修订日期原发行单位核准审查拟稿
工作说明书版次 A 壓鑄模流道設計標準作業規範 页数1 目 錄 前言 一、 模具流道設計基本流程 二、 模具流道設計前相關資料 2.1、說明 2.2、設計時产品3D电子档确认及檢討 2.3、壓鑄機車壁圖設計確認及要求事由 2.4、产品外观面及特殊要求确认方能設計流道 2.5、产品流道設計及模流分析 三、 模具流道設計分析 3.1、模具流道设计要点 3.2、流道分析与检讨 四、 流道設計(鎂鋁鋅流道設計) 4.1、鎂合金壓鑄模設計標準化 4.1.1 鎂合金流道設計(125t)(灌口置下) 4.1.2 鎂合金流道設計(150t)(灌口置下) 4.1.3 鎂合金流道設計(200t)(灌口置下) 4.1.4 鎂合金流道設計(125t)(灌口置中) 4.1.5 鎂合金流道設計(150t)(灌口置中) 4.1.6 鎂合金流道設計(200t)(灌口置中) 4.1.7 鎂合金流道設計(350t)(灌口置中) 4.1.8 鎂合金流道設計(500t)(灌口置中)
X X科技(y y)有限公司 作业办法/规定（续页）编号 工作说明书版次 A 壓鑄模流道設計標準作業規範 页数2 4.1.9 鎂合金流道設計(650t)(灌口置中) 4.1.10鎂合金流道設計(350t)(灌口置下) 4.1.11鎂合金流道設計(500t)(灌口置下) 4.1.12鎂合金流道設計(650t)(灌口置下) 4.2、鋁合金壓鑄模設計標準化 4.2.1鋁合金流道設計(125t)(灌口置下) 4.2.2鋁合金流道設計(250t)(灌口置下) 4.3、鋅合金壓鑄模設計標準化 4.3.1 鋅合金流道設計(75t)(灌口置中) 4.3.2 鋅合金流道設計(100t)(灌口置中) 4.3.3 鋅合金流道設計(75t)(灌口置下) 4.3.4 鋅合金流道設計(100t)(灌口置下) 五、產品豎流道長度限制規範標準化 5.1、鎂合金豎流道長度設計標準化 5.1.1 鎂合金豎流道長度設計限制(125t,150t,200t) 5.1.2 鎂合金豎流道長度設計限制(350t,500t,650t)(12”,13.4”,15”) (產品尺寸) 5.1.3 鎂合金豎流道長度設計限制(500t.650t)(17”,19”)(產品尺寸) 5.2、鋅合金豎流道長度設計標準化 5.2.1 鋅合金豎流道長度設計限制(75t,100t) 5.3、鋁合金豎流道長度設計標準化 5.3.1 鋁合金豎流道長度設計限制(125t,250t) 六、模具結構設計規範標準化 6.1鎂合金（125T，150T，200T），鋅合金（75T，100T），鋁合金（125T，250T）模具結構 設計規範標準化。 6.1.1鎂合金（125T，150T，200T），鋅合金（75T，100T），鋁合金（125T，250T）模 具結構設計規範標準化（模具無滑結構）。 6.1.2合金（125T，150T，200T），鋅合金（75T，100T），鋁合金（125T，250T）模
多工位级进模的设计 -----------------------作者：
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多工位级进模的设计(基础知识) 01 1 概述 多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度、高效率、长寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，是冲模发展方向之一。这种模具除进行冲孔落料工作外，还可根据零件结构的特点和成形性质，完成压筋、冲窝、弯曲、拉深等成形工序，甚至还可以在模具中完成装配工序。冲压时，将带料或条料由模具入口端送进后，在严格控制步距精度的条件下，按照成形工艺安排的顺序，通过各工位的连续冲压，在最后工位经冲裁或切断后，便可冲制出符合产品要求的冲压件。为保证多工位级进模的正常工作，模具必须具有高精度的导向和准确的定距系统，配备有自动送料、自动出件、安全检测等装置。所以多工位级进模与普通冲模相比要复杂，具有如下特点：（1）在一副模具中，可以完成包括冲裁，弯曲，拉深和成形等多道冲压工序；减少了使用多副模具的周转和重复定位过程，显著提高了劳动生产率和设备利用率。（2）由于在级进模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在复合模的“最小壁厚”问 题，设计时还可根据模具强度和模具的装配需要留出空工位，从而保证模具的强度和装配空 间。 （3）多工位级进模通常具有高精度的内、外导向（除模架导向精度要求高外，还必须对细小凸模实施内导向保护）和准确的定距系统，以保证产品零件的加工精度和模具寿命。 （4）多工位级进模常采用高速冲床生产冲压件，模具采用了自动送料、自动出件、安全检测等自动化装置，操作安全，具有较高的生产效率。目前，世界上最先进的多工位级进模工位数多达50多个，冲压速度达1000次／分以上。 （5）多工位级进模结构复杂，镶块较多，模具制造精度要求很高，给模具的制造、调试及维修带来一定的难度。同时要求模具零件具有互换性，在模具零件磨损或损坏后要求更换迅速，方便，可靠。所以模具工作零件选材必须好（常采用高强度的高合金工具钢、高速钢或硬质合金等材料），必须应用慢走丝线切割加工、成型磨削、坐标镗、坐标磨等先进加工方法制造模具。 （6）多工位级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm)、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件。用这种模具冲制的零件，精度可达IT10级。 由上可知，多工位级进模的结构比较复杂，模具设计和制造技术要求较高，同时对冲压设备、原材料也有相应的要求，模具的成本高。因此，在模具设计前必须对工件进行全面分析，然后合理确定该工件的冲压成形工艺方案，正确设计模具结构和模具零件的加工工艺规程，以获得最佳的技术经济效益。显然，采用多工位级进模进行冲压成形
铸造过程数值模拟 摘要：铸造过程数值模拟技术是当今公认材料科学的重要前沿领域。铸造过程的数值模拟是本学科发展的前沿之一，包含铸件充型、凝固过程、缩松缩孔的预测、应力场、热裂、微观组织的计算机模拟以及计算机模拟软件开发等研究内容。 关键词：数值模拟；充型过程；微观组织；应力；热裂； 计算机技术的飞速发展，已使其自电力发明以来最具生产潜力的工具之一，数字化时代正一步步向我们走来。计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAM）和计算机辅助制造（CAE）等技术在材料科学领域的应用正在不断扩大和深入，已经成为材料科学领域的技术前沿和十分活跃的研究领域。就铸造领域而言，铸造过程数值模拟已经成为计算机在铸造研究和生产应用中最为核心的内容之一，涉及铸造理论、凝固理论、传热学、工程力学、数值分析、计算机图形学等多个学科，是公认的材料科学的前沿领域。 一、铸件充型过程数值模拟的研究概况 液态金属的充型过程是铸件形成的第一个阶段, 许多铸造缺陷, 如卷气、夹渣、浇不足、冷隔及砂眼等都是在充型不利的情况下产生的。然而由于本身的复杂性, 与凝固过程相比, 充型过程计算机数值模拟技术的起步较晚。长期以来人们对充型过程的把握和控制主要是建立在大量的试验基础上的经验准则。从20世纪80年代开始, 在此领域进行了大量的研究, 在数学模型的建立、算法的实现、计算效率的提高以及工程实用化方面均取得了重大突破。 许多铸造缺陷如卷气、夹杂、缩孔等都与液态金属的充型过程有关。为了控制充型顺序和流动方式，对充型过程进行数值模拟非常必要。其研究多数以SOLA—VOF法为基础，引人体积函数处理自由表面，并在传热计算和流量修正等方法进行研究改进。有的研究在对层流模型进行大量实验验证之后，用K一￡双方程模型模拟铸件充型过程紊流现象。 目前，虽然已研究了许多算法，如并行计算法、三维有限单元法等，但最好的算法仍然没有找到。常用的网格划分为矩形单元(2D)或正交平行六面体(3D)。日本的I.Ohnaka等人提出了无结构非正交网格，这种技术是通向较高精度充型模拟的可能途径之一。砂型铸造的充型模拟研究在铸造过程计算机模拟中占主导地位，然而消失模铸造、金属型铸造等充型模拟的研究工作已经开始。充型模拟的另一发展趋势是浇注系统辅助设计，R.McDavid和J.Dantzig在这方面进行了尝试，并取得了一定的成果。 二、缩松和缩孔预测的数值模拟研究概况 铸件缩松、缩孔形成的模拟预测是铸件充型凝固过程模拟软件的主要功能之一。目前国内外常用的凝固模拟软件中均提供了多种判据用于铸件缩松、缩孔的预测．但是，大多数判据均是在用于铸钢件或不含石墨的铸造合金时比较有效。由于石墨铸铁凝固时析出比体积较大的石墨。因此其体积变化较铸钢等复杂得多，必须采用专门的判据。 铸钢件缩松、缩孔预测判据经过多年的发展，从最初的定性温度场热节法，发展到后来的E．Niyama提出的G／R1／2法，再到后面的流导法、固相率梯度法等定量预测方法，无论从精度还是从使用范围看，均达到了较高的水平，可以有效地预测铸件钢中的缩松、缩孔。 而铸铁件，特别是球墨铸铁件缩松、缩孔的预测一直缺乏可靠有效的判据。1994年，李嘉荣等在大量试验的基础上提出了球墨铸铁缩松、缩孔形成预测的“收缩膨胀动态叠加法(DECAM)”，该法基于Fe—C平衡相图，用杠杆原理计算凝固过程中收缩和膨胀量，将收缩和膨胀量进行叠加，可以预测球墨铸铁件缩松、缩孔的形成．李文珍等在进行球墨铸铁微观
压铸模具设计说明书 专业：材料成型及控制技术班级： 学生姓名： 学号： 指导教师：
压铸模具设计说明书 一、设计内容 1、带浇铸系统的铸件图设计 2、模具型腔部分设计 二、压铸机的选择 铸件材料：铝合金冲头直径d=Ф40 铸件体积V1=3.14x120x28 -3.14x108x20=133387.2错误！未找到引用源。 压射力Fy=Py错误！未找到引用源。/4=错误！未找到引用源。=94200N 压射比p=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=75 L为压射室长度350 冲头直径d=Ф40 压射室合金溶液体积：V3=错误！未找到引用源。L/4=439600错误！未找到引用源。 充满度错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。=60.7% 铸件在分型面上的投影面积（浇注系统与溢流槽的面积取铸件的30%）A=A1（1+0.3）=18812错误！未找到引用源。 胀模力F=pA=75x18812=1410900N 合模力(锁模力)实际压铸时要率大于胀模力 三、浇铸系统的设计
铸件的平均壁厚b=7.6mm 填充时间t=0.2s （查铸造手册）填充速度v=30m/s（查铸造手册） 铝合金的密度取错误！未找到引用源。 浇注金属液的重量G=G1(铸件重量)+G2（浇注系统和溢流槽的重量） G1=ρV1=320.2g G2=10%G1=32g G=352.3g 1）内浇口的尺寸 内浇口的截面积Ag=K错误！未找到引用源。=4.0x错误！未找到引用源。=78.4错误！未找到引用源。 内浇口深度D=2mm 则宽度C=错误！未找到引用源。=39.5≈40mm（取整） 2）横浇道的尺寸 横浇道的截面积取Ar=3Ag（查铸造手册） 深度Dr=错误！未找到引用源。=9.7≈10mm（查铸造手册） 则宽度Cr=错误！未找到引用源。=24.3≈24mm（查铸造手册）横浇道长度L错误！未找到引用源。1xCr=40mm 取L=50mm（查铸造手册） 横浇道设计成扇形横浇道 3）直浇道的尺寸 冲头直径d=Ф50 浇口套尺寸如图（查铸造手册） 4）溢流槽的设计 参照铸造手册：全部的溢流槽的溢流口截面积的总和An应等于内浇口截面积Ag 的60%～70% 取An=0.7Ag=0.7x78.4≈55错误！未找到引用源。 设计3个弓形溢流槽每个溢流口的截面积为20错误！未找到引用源。
压铸工艺实操全过程 一、概述 压铸：熔化的金属从模具口高速注入，在未凝固之前加高压，使模具各部分型腔铸满，加工的产品表面美观，且尺寸精度高、稳定。 压铸大致可分为两种：冷式压铸机作业法和热式压铸机作业法。前者一般适用于铝合金、镁合金、铜合金等高熔点合金；后者适用于锌、铅、锡等低熔点合金压铸。 二、压铸机简介 压铸机也根据作业方法的不同分为：冷式压铸机和热式压铸机。 冷式压铸机又可分为：卧式压铸机与立式压铸机 xxx目前所使用的均为冷式卧式压铸机。故以冷式卧式压铸机为例。 压铸机主要分为三大机构：锁模机构、压射机构、顶出机构
冷式压铸机本机各部名称： 下面是冷式压铸机各装置的典型布局
主要有压铸机本机、给汤机、喷涂机、取出机等组成。 三、压铸安全操作注意事项 1、开机作业前，必须确认“安全门”、“非常停止按钮”、“操作电源开关”、的功能是否正常。 2、必须确认开合模、与取出机、喷雾机之间的安全互锁关系是否正常。 3、严禁两人或更多的人同时操作按钮。当有帮手时（换模），必须在相互确认，高声呼喊，方可下一步动作。 4、压铸作业时，模具分型面前方严禁站人。 下面是铸造作业时发生灾害事故的分析：(数据来源日本) a 模具分型面最容易飞散铝液引起烫伤事故。43%
b 开模时候的料饼裂碎会引起烫伤事故。7% c 被顶出板夹住引起事故。6% d 被曲柄夹住引起事故。2% e 其他的灾害事故42% 5、取出机活动范围内严禁站人。 6、清理或修理模具时，必须关闭“操作电源开关”或按下“非常停止”按钮。 7、给汤机勺子作业前要预热、涂钛白粉、烘干，以免造成爆炸。熔解炉中严禁注水。 8、压铸机、模具修理时，如有身体一部分要进入动作结构时，必须切断电源开关，以免机械误动造成人身伤害。 四、发生事故时的应急措施 1、铝液爆炸时，操作工应尽快躲避，并高声通知。 2、发现火情，应立即关闭电源，随后用灭火器或砂子扑灭。 3、生产中，发现异常动作时，都应立即停止，报告领导，寻找原因。
机械制造工艺学 课程设计说明书 题目:设计行程开关架零件模具加工艺 设计者:龙建 学号：201110115119 指导教师:樊学良 成都学院 2013年12月 机械制造工艺学
课程设计任务书题目:设计模具零件的机加工艺 内容:1.批产量按6000件 2.绘制指定零件图 3.绘制指定零件毛坯图 4.设计机加工艺流程 5.编制各工序工艺卡 6.设计指定工序模具装配图 7.设计本模具两个复杂零件工程图 8.编制本课程设计说明书 班级:2011级车辆1班 学生:龙建 学号：201110115121 指导教师:樊学良 成都学院 2013年12月
目录 第一，零件设计任务 (1) 第二，冲裁件的工艺分析 (2) 2.1工件材料 (2) 2.2工件结构形状 (3) 2.3工件尺寸精度 (3) 第三，冲裁工艺方案 (3) 第四，模具结构形式的选择 (5) 4.1模具的类型的选择 (5) 4.2卸料装置 (5) 4.3定位装置 (5) 4.3.1．送料形式 (5) 4.3.2．定位零件： (5) 4.4.模架类型及精度 (5) 4.4.1．模架 (5) 4.4.2.精度 (6) 第五，冲压工艺计算： (6) 5.1．排样 (6) 5.1.1．排样方案分析 (6) 方案一：有废料排样沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由 冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。 (6) 5.1．2．计算毛胚的长度 (7) 根据零件形状，查<<冲压模具设计手册>>毛胚的长度： (7) 计算条料宽度 (7) 5.1.3．确定布距： (7) 5.1.4．计算材料利用率 (8) 5．2．冲压力计算 (8) 5.2.1．冲裁力计算 (8) 5.2.2．推件力计算 (9) 5.3．压力中心的计算 (9) 5.4．模具工作部分尺寸及公差 (10) 5.4.1．落料尺寸大小为 (10) 5.4.2．冲孔尺寸大小为 (10) 6.2.1.冲孔圆形凸模： (11) 6.2.3.落料凸模 (13) 6.4．固定板的设计 (14) 6.4.1.凸模固定板: (14) 6.4.2. 凹模固定板: (14) 6.5．模架以及其他零部件的选用 (15) 7.1 校核模具闭合高度 (15) 7.2 冲压设备的选定 (16) 参考文献 (19)
压铸模具设计实例 前言： 本章将藉由几个例子，介绍压铸模具设计的程序，及设计时所应考虑的一些因素。经由实际的计算，读者可以知道一些设计参数的来源，最后每个例子都会有一套模具图供读者参考, 以便了解压铸模具的实际结构。 1铝合金气压缸盖模具设计实例 1.1.1 方案设计 1. 铸件基本数据体积=116cm3（由计算得知） 材质=ADC12 铸件投影面积=65m M 65mm= 4225mfri 图1.1铝合金气压缸盖铸品图 2. 模具设计参数 铝合金气压缸盖最薄处平均厚度为3mm根据前面章节所述充填时间范围在0.05?0.10秒之间（表2.2 ），在此取充填时间为0.06秒。 依据前面章节所述浇口速度范围在34m/sec?43m/sec （表2.5 ），在此取浇口速度为 36m/sec。 所需浇口面积Ag： —充填伯積〔含迤井1 ■ L 充填時間册口速度 A匚A■制
含溢流井) 0.06t&)x36(rfl/3ec) 依据前面章节所述浇口厚度范围1.5?2.5mm（表2.8 ）,因为在分模面浇口处铸件壁较厚，在此取浇口厚度为2.5mm浇口长度25mm 所需逃气道面积Av: A申N 丄* Ag ? 取加 =21 nun1 3. 射出条件计算 锁模力： 此铸件属于有气密性要求之耐压铸件，故铸造压力选定为800kg/cm2 （表2.1 ） 所需锁模力二铸造压力X铸造投影面积（包含铸件、料头、流道、溢流井等，约略估算相当于铸件投影面积的两倍） =800（kg/cm2）X 42.25（cm 2）X 2 =67600（kg） =76.6 吨 据此数据可选择锁模力适当的压铸机 考虑压铸锁模力安全系数，在此例中我们选择125吨冷室压铸机，使用直径50mn之柱塞头。压铸机柱塞头高速速度Vp： 无塡醴哨〔；「;;「」： P充塡時間X拄塞頭面積 =1J3 m/scc 4. 流道设计
压铸产品基本工艺流程 压铸工艺是将压铸机、压铸模和合金三大要素有机地组合而加以综合运用 的过程。而压铸时金属按填充型腔的过程，是将压力、速度、温度以及时间等工艺因素得到统一的过程。模具结构设计、热处理工艺、模具制造及模具装配对铝合金压铸模寿命的影响。 压铸工艺流程图示
1.11压铸工艺原理 压铸工艺原理是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。冷、热室压铸是压铸工艺的两种基本方式，其原理如图1-1所示。冷室压铸中金属液由手工或自动浇注装置浇入压室内，然后压射冲头前进，将金属液压入型腔。在热室压铸工艺中，压室垂直于坩埚内，金属液通过压室上的进料口自动流入压室。压射冲头向下运动，推动金属液通过鹅颈管进入型腔。金属液凝固后，压铸模具打开，取出铸件，完成一个压铸循环。 1.12压铸工艺的特点 优点 （1）可以制造形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的金属零件。。压铸件的尺寸精度较高，表面粗糙度达Ra0.8—3.2um，互换性好。 （2）材料利用率高。由于压铸件的精度较高，只需经过少量机械加工即可装配使用，有的压铸件可直接装配使用。生产效率高。由于高速充型，充型时间短，金属业凝固迅速，压铸作业循环速度快。方便使用镶嵌件。 （3）缺点 （1）由于高速填充，快速冷却，型腔中气体来不及排出，致使压铸件常有气孔及氧化夹杂物存在，从而降低了压铸件质量。不能进行热处理。 （2）压铸机和压铸模费用昂贵，不适合小批量生产。 （3）压铸件尺寸受到限制。压铸合金种类受到限制。主要用来压铸锌合金、铝合金、镁合金及铜合金。 1.13压铸工艺的应用范围 压铸生产效率高，能压铸形状复杂、尺寸精确、轮廓清晰、表面质量及强度、硬度都较高的压铸件，故应用较广，发展较快。目前，铝合金压铸件产量较多，其次为锌合金压铸件。 第二章压铸合金
课程编号： XXXX大学 专业课程设计说明书 设计人：XXX 专业班级：XXX 学号：XXXXXX 指导教师：XXX 日期：X年X 月X日
目录 一、绪论 (3) 二、设计任务书及产品图 (4) 三、零件的工艺性分析 (6) 四、冲裁零件工艺方案的确定 (7) 五、排样 (7) 六、工序压力计算、压力中心的确定、压力机的选择 (8) 七、模具工作零件刃口尺寸和公差的计算 (9) 八、模具零件的选用及设计 (10) 九、模具部分结构件详细设计及模具结构简图 (14) 十、其他需要说明的内容 (18) 十一、参考资料 (18)
一、绪论 1.1冲压的概念、特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称冲压或冲压件）的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成型工程术。 冲压所使用的模具称为冲压模具，简称冲模。冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行；没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。 与机械加工及塑性加工的其它方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。 主要表现如下: (1) 冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。 （2）冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有