汽车结构件半固态流变挤压铸造成形工艺研究

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由于汽车工业的飞速发展和对节能减排的需求,汽车铝合金制件以优越的性能正在逐步的取代钢铁制件。以铝合金的半固态流变挤压铸造工艺代替其他制造工艺,可以在做到效率与成本有效平衡的同时,大幅度地提升制件产品的质量。但是,该工艺在国内还处于实验研究到实际生产的过渡阶段,尚不能达到高性能零件的大规模生产。本文将轮毂作为典型汽车结构件,以Al Si7Mg铝合金为研究对象,结合数值模拟和试验验证对其流变挤压铸造成形工艺进行研究。通过模拟仿真和生产试制以及利用X射线探伤、金相组织检测和拉伸试验等多种检测方法来研究不同工艺参数对轮毂的质量和性能的影响,得出最佳的工艺参数组合。本文主要的工作内容如下:(1)根据汽车轮毂的结构特点,对轮毂的流变挤压铸造工艺进行了总体方案设计与分析,并设计了轮毂的流变挤压铸造模具。(2)使用Anycasting模拟软件对铝合金轮毂的流变挤压铸造成形过程进行数值模拟,研究了压射速度、浇注温度和模具预热温度3个主要工艺参数对半固态浆料的充型和凝固过程的影响规律。结果表明:在合适的工艺参数范围内(压射速度0.04~0.09m/s,浇注温度585~595℃,模具预热温度200~250℃)可以有效避免卷气、紊流的发生,确保半固态浆料的补缩,减少凝固时间,有利于铸件的微观组织和力学性能。(3)根据模拟仿真出的铸件缺陷情况进行了铸造工艺的分析与优化设计,并使用Anycasting软件,以压射速度、浇注温度和模具预热温度三个因素建立了三因素、三水平的模拟正交试验。试验表明:压射速度和浇注温度对浆料的充型和凝固过程影响最大,而模具预热温度则最小。初步得到了最佳工艺参数组合:压射速度0.07m/s,浇注温度595℃,模具预热温度225℃,其残余熔体模数最小为0.9649。(4)为了验证数值模拟的结果,本文采用了生产试制的方法对轮毂的流变挤压铸造成形工艺进行试验验证。通过各种检测手段,获得了铸件微观组织和力学性能的定性和定量数据,分析并总结了不同的工艺参数对铸件组织和性能的影响,且利用极差计算得出各指标因素的主次顺序和显著性,最后对最优组合进行了试验验证。结果表明:在压射速度0.07m/s,模具预热温度225℃,浇注温度595℃和挤压比压140MPa的最优工艺参数组合下流变挤压铸造的轮毂铸件组织致密,晶粒细小圆整,铸件在T6热处理后的力学性能可以达到328MPa的抗拉强度,259MPa的塑性延伸0.2%的屈服强度,10.3%的延伸率。
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