材料、工艺、组织和性能一体化塑性成形实验设计

塑性成形是材料成型与控制工程专业方向的一个重要分支,着重培养学生运用专业知识分析和解决塑性加工过程中复杂工程问题的能力。金属材料成形生产中涉及材质、工艺、组织和性能等多个要素。以板材轧制成形为教学内容,设计了一个将材料、组织、工艺和性能4个方面有机结合的塑性成形工艺实验课程。在实验教学方法方面,采用问题导向和交流讨论方式,培养学生的实践能力和创新能力。

铰链支架压铸工艺设计和优化

根据铰链支架结构进行压铸工艺设计,针对其结构特点设计了两种压铸工艺,利用Anycasting分析软件对两种工艺进行数值模拟,对比分析两种工艺方案铸件缺陷产生的位置及原因,结合实际生产条件,选择了一种较优的压铸工艺进行优化,优化内浇道和溢流槽的数量和位置,改空冷和水冷。经模拟分析及试模证实优化措施有效,满足生产质量要求。

基于数值模拟的铝合金通信机箱盖压铸工艺设计与优化

以某通信机箱盖铸件为研究对象,根据铸件产品结构特点选择合适的压铸工艺参数,并设计了浇注系统。通过CAE软件对其充型过程、凝固过程进行数值模拟。结果表明,初始压铸工艺中铸件的部分位置可能出现卷气及冷隔缺陷。生产试模结果与初始工艺数值模拟结果基本一致,初始压铸工艺无法满足生产要求。对初始压铸工艺进行优化改进,并对优化后的工艺方案进行数值模拟、产品试制,卷气和冷隔现象得到大幅改善,满足生产质量要求。

镁合金铸造成型中的数值模拟

以AZ91D镁合金汽车控制臂为研究对象,采用Magma Soft铸造模拟软件对汽车控制臂的挤压铸造成型过程进行数值模拟,包括汽车控制臂浇铸过程中的充型和后期凝固过程,并优化了成型工艺。模拟结果表明,汽车控制臂在充型过程中,在充型达到60%时易于在左侧部位出现易卷气部位而形成气孔、夹渣等缺陷。优化后汽车控制臂的充型过程相对优化前更加平稳,控制臂较薄处以及嵌件处的卷气得到消除,避免了形成气孔、夹渣等缺陷。优化后挤压铸造汽车控制臂的成型质量良好,没有出现浇不足以及凝固补缩等缺陷,整个充型过程平稳,表明采用数值模拟方法对AZ91D镁合金控制臂的成型过程进行模拟优化是可行的,能得到成型质量良好的挤压铸件。

汽车车灯支架压铸工艺CAE分析及模具设计

分析了汽车车灯支架的结构特点,进行了压铸工艺设计,并应用ProCAST软件对该铝合金压铸件的充型过程、压铸模具热平衡和温度场进行了数值模拟分析,预测缺陷产生的位置及原因,根据预测结果对模具结构进行了优化。实际生产表明,采用优化后的模具设计方案提升了铸件质量。

基于ProCAST的一模多腔YL112铝合金压铸件数值模拟及工艺优化

针对YL112压铸铝合金一模多铸产品的组织性能均一性需求,采用ProCAST软件对典型一模多铸工艺进行模拟,比较了两种不同充型顺序的压铸方案。结果表明:基于顺序凝固一模多腔压铸件由于充型与凝固过程的温度场分布不均,导致近浇口端铸件出现明显缩松缩孔缺陷,造成铸件性能均一性差。后续采用等流程浇注系统,实现一模多腔铸件同时充型凝固过程,改善了铸件温度场分布,减少了工艺缺陷。经过实际生产验证,获得了组织性能均一性好的压铸件。

熔体保温和超声振动对Al-Cu-Mn合金组织与性能的协同作用

含特定Cu/Mn比的铝合金能够形成稳定的二十面体准晶相(I-Al_(65)Cu_(20)Mn_(15)),但是在常规凝固组织中准晶含量较低且尺寸粗大。本文以Al-Cu-Mn准晶合金为研究对象,研究在准晶I相形成温度区间进行熔体保温和超声振动对I相形貌与尺寸的影响规律。结果表明,随着熔体保温时间的延长,准晶I相尺寸呈先减小后增大的趋势,特别是保温时间为20 min时,准晶颗粒呈细小的花瓣状;对保温20 min后的合金熔体施加600 W功率的超声振动,准晶尺寸发生细化,但继续增大功率会导致I相粗化。

铝合金变速箱后壳压铸工艺设计与数值模拟优化

以某汽车变速箱后壳为研究对象,选择合适的压铸工艺参数并设计了浇注系统。应用MAGMAsoft软件对其充型过程、凝固过程进行数值模拟。结果表明,金属液充型过程平稳,但凝固时间顺序不合理,产生缩松缩孔缺陷。根据铸件凝固时间顺序添加冷却系统。通过对优化后的工艺方案进行数值模拟分析、产品试制,最终得到了合理可行的压铸工艺方案,提高了压铸件的产品质量。

基于正交试验的铝合金减速机壳体低压铸造工艺优化

利用数值模拟方法对铝合金蜗轮减速机壳体低压铸造过程进行分析,预测壳体中可能产生的缩松缩孔缺陷及位置分布,并分析其形成原因。在此基础上,通过改进冷却方案,并基于正交试验对工艺参数进行了多目标优化。得到的最优工艺参数为:浇注温度740℃、模具预热温度240℃、冷却水温度20℃。结果表明,优化后的壳体无缩松缩孔缺陷。通过生产试制和金相分析,验证了此优化工艺的可行性。

6082铝合金汽车法兰挤压铸造数值模拟及试验验证

对挤压铸造6082铝合金汽车法兰件进行了不同挤压铸造工艺参数的数值模拟,并预测了缩松缩孔缺陷产生的位置。结果表明:各参数下的汽车法兰件充型完整,保压过程中由于三个凸台对应的部位壁厚大,该处最后凝固;保压结束后,模具承压部位温度明显高于其他部位,温度分布表现出不均匀性,在实际压铸过程中应当注意防护以免模具损伤。缩孔缩松位置主要出现在三个凸台对应的厚壁位置,与温度场结果一致。成形试验获得了优良的铸件,表明数值模拟结果准确、可靠。

孔隙和α-Al(Fe/Mn)Si相对高压压铸Al-7Si-0.2Mg合金塑性的影响

采用高压压铸工艺制备两批次不同尺寸的Al-7Si-0.2Mg(质量分数,%)合金,获得显微组织和孔隙非均匀分布的薄壁铸件,并对比研究孔隙和显微组织对铸态合金塑性的影响。结果表明:不同铸件和不同位置样品的伸长率有较大波动(9.7%~17.9%)。当合金存在大面积孔隙时,有效承载面积减小导致由孔隙产生的应力集中使合金伸长率显著降低。当合金只存在小面积孔隙时,塑性变形过程中合金中的α-Al(Fe/Mn)Si相先于共晶硅相发生脆性断裂,α-Al(Fe/Mn)Si相的数量密度对伸长率的波动起主导作用,具有高数量密度α-Al(Fe/Mn)Si相试样的伸长率显著降低。此外,局部较高的冷却速率导致铸件α-Al(Fe/Mn)Si相数量密度的增加。

铝锰压铸铝合金铸造性能的正交试验研究

选取锰、镍、硅和钛等4个合金元素,设计了L_(25)(5^(4))正交试验方案,探讨了锰、镍、硅和钛元素及其含量对铝锰压铸铝合金的熔点、凝固温度区间和流动性等铸造性能的影响。结果表明,对铝锰压铸铝合金流动性影响的主次顺序为Ti、Mn、Si和Ni元素。当合金成分(wt%)为Al-0.6Mn-0.1Ni-0.1Si-0.0Ti时,铝锰压铸铝合金具有最佳的流动性。铝锰压铸合金的熔点为663.2℃,比ADC12压铸铝合金的熔点高75.9℃;该压铸铝合金凝固温度区间为28.6℃,比ADC12压铸铝合金的凝固温度区间56.2℃小27.6℃,该铝锰压铸铝合金的流动性与ADC12压铸铝合金流动性相当。

铝合金后端盖压铸工艺优化及局部挤压设计

分析了铝合金后端盖铸件结构工艺性,根据压铸工艺经验公式设计了浇注系统。采用Flow-3D软件进行数值模拟,发现后端盖铸件悬置孔区域不能实现金属液顺序充填。根据数值模拟结果修改浇注系统设计并进行实际生产,铸件厚壁区域产生缩孔缺陷。针对厚壁区域设计局部挤压工艺,在其凝固过程中进行挤压补缩,消除了后端盖铸件悬置孔部位缩孔缺陷。

汽车机油泵体压铸工艺数值模拟与优化

为满足汽车铝合金机油泵体压铸件高气密性和高强度的要求,解决该铸件缩松、缩孔缺陷问题,进行压铸工艺设计和优化。首先对铸件进行工艺分析,根据经验分别设计浇注排溢系统并初步选取工艺参数;再运用田口正交试验法设计了5因素4水平压铸工艺参数方案,并使用Procast进行数值模拟。将16组正交试验结果基于信噪比进行极差和方差分析,结果表明,模具温度对缩松缩孔的影响最为显著,5因素的最优工艺参数为:浇注温度650℃、模具温度240℃、慢/快压射距离200 mm/60 mm、快压射速度为3.0 m/s、慢压射速度为0.2 m/s。数值模拟结果显示,该工艺参数组合下铸件缩松、缩孔体积为1.067 cm^(3),较优化前降低了26.5%。试模结果表明,铸件外观完好,关键部位X射线探伤显示无明显缩孔;采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对铸件进行组织观察,发现铸件各区域组织致密;力学性能测试表明,压铸件显微硬度大于HV85,同等工艺下试棒平均拉伸强度为253.36 MPa,铸件满足使用要求。

拉伸试棒模具结构对铸造铝合金组织的影响

针对现有的国家标准铝合金的试棒浇注模具,浇注的试棒存在夹渣、气孔、缩松、冷隔等铸造缺陷,无法合理反映合金的真实力学性能的现状,本文使用ANSYS等软件,利用流体静力学和传热学原理科学的分析了直浇道的倾斜角度和内浇道与集渣腔连接的位置铝合金组织的影响,设计了一种铝合金拉伸试棒的铸造模具。模拟结果表明,直浇道的倾斜角度为70°时,流体流速波动范围最小;内浇道与集渣腔连接的位置为集渣腔压心时,集渣腔集渣过滤效果最佳。浇注实验结果表明,本模具成型的ZL205A和ZL101试棒平均晶粒和枝晶间距均优于GB/T1173-2013模具成型试棒组织。分析认为,合理的流速控制(直浇道的倾斜角)和集渣腔高度设计有利于试棒获得晶粒细小,铸造缺陷少的组织。

铝合金一体化压铸技术研究进展

铝合金密度小、比强度高,广泛应用于航空航天和汽车领域的轻量化成形制造。一体化压铸技术生产大型复杂薄壁铸件,能有效帮助飞机、汽车减重增程,是重要的一体化成形技术。全面综述铝合金大型一体化压铸技术的发展,分析免热处理铝合金的成分设计与已开发的铝合金特点,介绍了国内外大型一体化压铸机和压铸模具的研制情况,归纳总结了一体化压铸件充型、凝固、缺陷、微观组织、热应力和疲劳寿命预测的数值模拟研究现状,对一体化压铸技术的发展提出展望。

基于组织特征的挤压铸造A356合金局部力学性能研究

采用基于微观组织特征的有限元分析(FEA),计算了A356挤压铸件不同部位的力学性能。通过不同分析域尺寸、网格尺寸和FEA模型的分析,确定了合适的有限元模型,使用试验拉伸结果对FEA结果进行了验证,探讨了组织特征对性能的影响。结果表明,Si粒子长度和形状因子增大,抗拉强度与伸长率均呈下降趋势;Si粒子的密度和面积分数的增大,抗拉强度提高和伸长率降低;A356合金的损伤演化过程可分为Si粒子断裂(微裂纹的形成)、裂纹的扩展和连接三个阶段;Si粒子小而圆整且分布较均匀时,局部力学性能各向异性小,Si粒子长宽比较大且呈现出明显的方向性时,局部力学性能各向异性加大。

A356铝合金套筒低压铸造工艺参数的优化

为了探究最优的A356铝合金套筒低压铸造工艺参数组合,本文综合运用了铸造数值模拟、响应面分析法及遗传算法,以最小缩孔缩松体积和最低二次枝晶臂间距值为优化目标,对上模具预热温度、侧模具预热温度、下模具预热温度和浇注温度进行匹配及优化。结果表明,优化的工艺参数组合为上模具预热温度307℃,侧模具预热温度为330℃,下模具预热温度为394℃,浇注温度为701℃。上述优化参数组合能有效提高铸件的成型质量及力学性能。

基于砂型3D打印技术的壳体低压铸造工艺开发与验证

壳体型腔复杂且壁薄,采用传统工艺不仅造型困难,而且从模具设计到整体铸造工艺开发与验证,所用周期长、效率低,生产成本高。基于砂型3D打印技术快速制样优势,本文对壳体浇注系统采用随形设计方案,实现了型腔、叶片一体化结构成形制造,结合数值仿真计算分析,对浇注工艺进行设计优化,开展了浇注试制与铸件实物检测。结果表明,选用3D打印砂型整体成形工艺可实现复杂结构壳体的短周期、低成本与高精密制造,实现工艺样件的快速制造。

电动滑板车前叉的低含气量压铸工艺研究与实践

基于压铸CAE云计算平台智铸超云,对电动滑板车前叉铸件的压铸工艺进行了设计及优化,分析了不同压射工艺对压铸件质量的影响,同时进行了实际铸件生产的压射工艺试验验证。结果表明:模拟结果与实际生产结果基本一致,采用优化后的压射工艺设计获得了外形轮廓清晰、表面光滑、尺寸精度高、无缺陷的前叉压铸件,实现了压铸件的T6处理,从而进一步提高了其力学性能。经上机实测,铸件达到了电动滑板车产品的前叉零件技术要求,可实现“以铸代锻”。