三通管接头压铸模三维CAD设计及CAE仿真成型设计概要Word格式文档下载.docx

1、压力铸造作为一种终形和近终形的成形方法，具有生产效率高、经济指标优良、压铸件尺寸精度高和互换性好等特点。在制造业获得了广泛的应用和迅速的发展，压铸件已成为许多产品的重要组成部分。随着轿车、摩托车、内燃机、电子通信、仪器仪表、家用电器和五金等行业的飞速发展，压铸件的功能和应用领域不断扩大，从而促进了压铸技术不断发展，压铸合金品质不断提高。压铸技术涉及到机械制造、液压传动、材料、冶金、自动化、计算机、化工、电子、传感器、检测、电气等诸多学科并正在向边缘学科渗透。随着以上诸多学科的发展和工业技术的进步，压铸技术也取得了突飞猛进的发展，具体表现为5：1）压铸机及外围设备整体性能和控制系统水平的大幅度提

2、高。2）计算机模拟技术在压铸中的广泛应用，加深了对压铸充型、凝固过程规律的认识。3）压铸型材质和制造技术的发展，提高了压铸型使用寿命和压铸件质量。4）薄壁压铸件成形技术的开发与应用，为实现轻量化的目标创造了条件。5）压铸型涂料的开发，改善了铸型润滑特性，提高了压铸件表面质量。在我国,压铸模起始于20世纪40年代，至21世纪，我国的压铸技术达到较高水平。但与国外相比，我国压力铸造业仍然存在很多不足7。本设计主要运用Pro/e三维建模，并通过Pro/e三维建模完成各部件间的装配。从而减少试模的次数；其次，对模具浇注系统、冷却系统和加热系统的优化设计，以及通过Pro/e三维建模，使数控铣削加工型腔、

3、型芯更为简单与方便，相对于传统加工，提高了压铸模的制造精度与生产效率，保证了产品质量，降低了废品率，提高了市场竞争力与模具使用寿命，增强模具的可靠性；然后通过压力、压射速度、填充时间、快压射转换位置等压铸工艺参数的优化设计，确定最佳工艺参数，提高压铸件合格率。通过本毕业设计，掌握压铸原理及模具结构，掌握压铸模设计的步骤，模具制造工艺的编制能力，具有较强的从事压铸工艺及模具技术工作的能力，组织模具生产管理的能力。2 压铸件结构及工艺分析2.1 三通管接头体压铸件由于三通管接头压铸件结构较复杂，尺寸精度要求较高，如图1所示。三通管接头零件材料为YL112，表面质量和内部质量要求严格等特点，成型时要

4、保证压铸件的质量，克服成型缺陷，因此对压铸件的成型工艺选择要求科学、合理，压铸模结构具有良好的工艺性。另外，压铸铝合金还有较大的比热容和凝固潜热且具有良好的填充性能、较小的热裂倾向。所以压铸工艺适用于三通管接头体压铸件的生产。 图1 三通管接头体压铸件2.2 压铸工艺参数的选择1 压铸压力为了提高铸件的致密度，提高压射比压无疑是必要的，但是压射比压过高，会使型腔受金属液的冲刷和粘模的倾向严重，降低模具的使用寿命；压射比压过低会导致逐渐组织不致密和轮廓不清晰。因此，应根据铸件的特点和合金的不同来选择合适的压射比压。一般在保证压铸件成形和使用要求的前提下选用较低的比压。一般的压铸铝合金其压射比压为

5、p=2570 MPa；取其中间值为p=35 MPa。2 压铸速度充填速度的高低直接影响压铸件的内部和外观质量。充填速度过小会使铸件的轮廓不清，甚至不能成形。充填速度选择过大，会引起铸件粘型并使铸件内部气孔率增加，使力学性能下降。复杂壁厚铸件的铝合金充填速度为2530 m/s13，本次设计选为30 m/s。3 温度压铸铝合金（YL102）的浇注温度（铸件壁厚3 mm，其铸件结构较复杂）为610650 。在连续生产中，压铸模温度往往升高，尤其是压铸高熔点合金时，温度升高很快。温度过高除产生液体金属粘型外，还可能出现铸件因来不及完全凝固、推出温度过高而导致变形、模具运动部件卡死等问题。同时过高的压铸

6、模温度会使铸件冷却缓慢，造成晶粒粗大而影响其力学性能。压铸模工作温度一般可按下式计算 T型=1/3t浇t （1）式中t型是压铸模工作温度（）；t浇是液体金属的浇注温度（）；t是温度控制公差（一般取25）。将已知参数代入（1）式，可得该压铸工艺的温度为T型=1/3 t浇t=1/363025=210254 充填、持压和开模时间三通管接头体铸件平均壁厚2 mm，填充时间为0.0280.040 s13；生产中常用的持压时间铸件壁厚2.5 mm铝合金为12 s；压铸铝合金常用停留时间（铸件壁厚为 Q1=1.785kW，所以，冷却水道的长度合格。3.5 弯销抽芯机构弯销为矩形的截面，能承受较大的弯曲应力；

7、弯销的各段可以加工成不同的斜度，甚至是直段，因此根据需要可随时改变抽芯速度和抽芯力或实现延时抽芯；抽芯力较大或型芯离分型面较远时，可在弯销末端装支撑块，增加弯销的强度；开模后，滑块可不脱离弯销，因此该设计不设定位装置。弯销三维图如图7所示。 图7 弯销3.6 模具装配图开模时，由于摆钩作用使得分型面先在I处打开，延时距离为33 mm，动模向下运动因定位杆产生二次分型，并将压室凝料拉断，弯销延时作用，然后弯销侧抽芯，抽芯距离为70 mm，推板推出零件，整个动模行程为160 mm。合模时，弯销推动侧滑块复位，楔紧块锁紧侧滑块，完成各抽芯机构复位；同时推板作用推杆，使推出机构复位。最终完成模具型腔对

8、中合模。具体压铸模具结构如图8所示。图8模具装配二维图及三维图1、35、36、37、39型腔镶块；2、46楔紧块；3、47弯销；4、45斜滑块；5、27斜滑块压板；6、9斜滑块托板；7前进限位块；8后退限位块；10、18、19、33销钉；11复位杆；12动模座板；13、20、24、41、48内六角螺钉；14推杆固定板；15推板；16推板导柱；17推板导套；21垫块；22推杆；23支承板；25动模套板；26导套；28定模套板；29动模镶块套板；30定模座板；31导柱；32、40、44型芯；34定模镶块套板；38压室；42分流锥；43浇口套。4 三通管接头压铸CAE模拟4.1仿真模型建立数值模拟软

9、件的前处理工具具有较强的有限元建模功能，但造型功能比较简单，不具备构造复杂几何形状的能力，因而，一般借助于专用的CAD软件，如：Pro/E、UG、CATIA等软件。本模拟应用Pro/E软件建立三维模型图，然后以.igs的格式输出。4.2网格划分将刚生成的.igs格式的文件输入到MSC PATRAN软件中进行网格划分，设置网格边长为3 mm，网格类型为tetrmesh，所生成的体网格格式为*out格式，导入Precast，如图9所示。图8 导入MSC PATRAN中的模型 图9 铸件网格划分图4.3模拟参数设置建立25019080的虚拟模具，模具的材料选用为H13钢（4Cr5MoSiV1），模具

10、与铸件之间的换热系数设置为1000。选择压铸浇口速度为v=30 m/s，浇注温度设置为T=630 C，浇口处压射比压设置为P=50 Mpa。铸件的冷却方式设置为水冷，模具的预热温度为180 C，铸件设置为630 C8-10。4.4模拟结果及分析1充填过程图10表明金属液平面整体向前推移，并且流体始终填满流道。流体进入型腔后并不冲击浇口型壁对面，而是顺序逐渐充填满型腔，最后充填处于型腔位置的溢流槽。150 Steps 220 Steps图10 铸件充填过程2铸件温度场图11显示整个冷却过程由型腔向浇口、由外而内的冷却顺序进行。该冷却方式有利于提高铸件凝固时的补缩能力，减少铸件内缩孔缩松，提高铸件

11、质量。220 Steps 300 Steps图11 充型后铸件温度变化3凝固过程充填结束后，铸件先开始凝固的部位是工件，浇道边缘，然后是溢流槽发生凝固，最后是浇注系统的凝固。较好地实现了铸件的顺序凝固，从而提高了铸件的力学性能。图12 铸件凝固过程4缩孔、缩松及等效应力最终缩孔数值为0.06，数值较小，可以忽略不计；等效应力最大值约为70 Mpa，而压铸件设计许用应力为100 Mpa。所以，该压铸件的设计比较合理，充填过程流畅。图12 缩孔分布 图13 等效应力分布5 结论通过该压铸模的结构设计，获得了以下几个方面的结论：（1）压铸压力、充填速度、模具温度、充填时间等工艺参数对模具设计具有重要

12、的影响。（2该压铸件的环形浇口充填时流程短、排气通畅；浇注系统、环形溢流系统在模具分型面上的投影面积小，可改善压铸机的受力状况，使模具结构紧凑，浇注系统金属消耗量较少。（3）镶拼式结构对于该压铸件的复杂型腔可分块加工，简化加工工艺，提高模具制造质量，满足成型部位的精度要求；（4）弯销为矩形的截面，能承受较大的弯曲应力。弯销抽芯机构能满足该压铸模的抽芯速度、抽芯力和延时抽芯的要求。（5）通过借助 Pro/Engineer软件，运用单一数据库进行修改时，相关联的2D图形和3D模型均自动更改，同时组合、制造等相关尺寸参数设计也会自动修改，确保了数据的正确性，避免了反复修正的耗时性，并大大缩短了设计周

13、期，提高了工作效率。参考文献1 赖华清压铸工艺及模具M北京：机械工业出版社，20042 潘宪曾压铸模设计手册M北京：机械工业出版社，20043 模具标准选编组模具标准汇编M北京：中国标准出版社，19924 陈光明压铸模CAD/CAE/CAM的现状和发展对策J模具技术，2003（5）：45-495 耿鑫明压铸技术现状与生产发展探讨J能源研究与利用2003（1）：19-236 亭仁杰压力铸造技术M北京：国防工业出版社，19967 宋才飞中国压铸业发展的特征与规律J铸造，2006，（3）：317-3208 朱广余，薛克敏，李 萍，薛传妹铝合金框架压铸工艺数值模拟及分析J浙江科技学院学报，2009，2

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