鎂合金寬輪轂壓鑄成型及有限元分析開題報告.doc

本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。 華 北 科 技 學(xué) 院 2013 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 論文題目： 鎂合金寬輪轂壓鑄成型及有限元分析 學(xué)生姓名： 胡博 學(xué) 號： 200902034102 系(部、院)： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 班 級： B091 指導(dǎo)教師： 劉漢武 2013年 5 月 1 日 一 鎂合金的優(yōu)點鎂合金作為目前最輕的金屬材料，具有許多優(yōu)點1,2化學(xué)成分見表1.1.1：表1 .1.1 工業(yè)AZ91D的名義化學(xué)成分元素 AL Zn Mn S i F e C u N i B e Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)%8.95 0.632 0.261 0.022 0.0003 0.0018 0.0005 0.0003 余量鎂合金重量輕，密度為1.68-1.90g/，約為鋁合金的64%，鋅合金的27%，鋼的23%，是輕型的金屬結(jié)構(gòu)材料之一。在汽車構(gòu)件中的應(yīng)用潛力3如表1.2表1.2 汽車用典型構(gòu)件的重量及鎂合金減重潛力材料 發(fā)動機(jī) 齒輪箱+離合器 油盤 車輪 發(fā)動機(jī)架鑄鐵kg 32 鋁合金kg 23.5 21.5+5 3 23 17.5鋼kg 36 25鎂合金kg 19 15+3 2 18 15減重kg 13 8.5 1 18 2.5減重比% 40 19 32 33 14鎂合金具有很高的比強(qiáng)度高、比剛度和比彈性模量，比剛度接近鋁合金和鋼，遠(yuǎn)高于工程塑料，在鑄造材料中僅次于鑄造鈦合金和高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼。鎂合金具有良好的阻尼減震性，受力時能產(chǎn)生較大的彈性變形，因而在受沖擊載荷和振動時能吸收較大的能量。鎂合金的彈性模量低，約為45000MPa，因此具有良好的能量吸收能力。在彈性范圍內(nèi)，鎂合金件受到?jīng)_擊載荷時吸收的能量比鋁合金件大1倍，所以鎂合金具有良好的抗震減噪性。 圖1.1.1 鎂合金具有良好的壓鑄性能，抗拉強(qiáng)度和鋁合金相當(dāng)，一般可達(dá)到250MPa，最高可達(dá)到600MPa以上,屈服強(qiáng)度、延伸率也和鋁合金接近。力學(xué)性能見圖1.1.1和圖1.1.2。鎂合金件具有良好的機(jī)械加工性能，鎂合金可以很高的速度進(jìn)行切削加工，其相對能耗低于其他金屬。鎂合金件的切削速度可比鋁合金件提高50%，加工能耗比鋁合金件低50%。圖1.1.2鎂合金具有良好的電磁屏蔽性、防輻射性能。鎂合金無環(huán)境污染并可做到100%的回收重復(fù)利用，因此被稱為21世紀(jì)綠色金屬材料。1.2鎂合金的缺點鎂與氧的化學(xué)親和力很強(qiáng)，且表面生成的氧化膜是不致密的，液態(tài)下該表面更疏松，故氧化劇烈很容易燃燒。氧化膜致密與否是由它的致密度系數(shù)決定的，鎂的值是0.79，遠(yuǎn)小于1，故氧化膜是疏松的9。疏松且導(dǎo)熱性能差的氧化膜的包覆不能阻礙鎂和氧氣的結(jié)合，因此鎂合金的熔煉和鑄造均需要采用專門的防護(hù)措施。砂型和金屬型涂料中也應(yīng)加入防氧化劑，防止鑄件凝固前后發(fā)生嚴(yán)重氧化或燃燒，熱處理是加熱也應(yīng)在保護(hù)氣氛下進(jìn)行。1.3鎂合金輪轂的應(yīng)用近二十年來，世界汽車、摩托車工業(yè)面臨著越來越嚴(yán)重的三大問題，即能源、公害和安全。汽車、摩托車技術(shù)的發(fā)展主要圍繞這三大問題進(jìn)行，各國政府也先后制訂了能源保護(hù)、廢氣排放、降低噪音及安全保障的法規(guī)3,8。其中能源問題最為突出，近兩年來汽油價格不斷上漲，極大的暴露了我國石油能源的緊缺，節(jié)能成為汽車、摩托車工業(yè)發(fā)展的核心問題。因此近年來世界各主要汽車公司從爭奪市場的戰(zhàn)略考慮，在注意美化外觀的同時，致力于提高汽車的經(jīng)濟(jì)性、降低燃油消耗的目標(biāo)，這樣可以緩和能源需求的緊張狀況，減輕環(huán)境污染、降低綜合費用、這是現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢1,4。在各種降低油耗的措施中，把實現(xiàn)汽車、摩托車輕量化，即減輕自重作為首選措施2。汽車、摩托車的許多問題，如操作性、排氣凈化、腐蝕等都與輕量化有關(guān)，但輕量化的主要目的是節(jié)能。影響汽車、摩托車燃油經(jīng)濟(jì)性的因素很多，如提高發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)的效率，降低滾動阻力、空氣阻力等，但做重要的是輕量化。據(jù)測算，汽車自重減輕10，其燃油效率可提高5.5。二 鎂合金輪轂的鑄造 采取低壓鑄造方式，鎂水在下，模具在上，用低壓方式把鎂水往上升，透過澆口鑄造成形。X光檢測（探傷檢查）：檢測鑄件的縮松、氣泡、渣滓等情況。鑄造后會做拋光試驗。低壓鑄造1低壓鑄造2X光探測儀鑄造模具的設(shè)計三 對鑄造過程中冷卻時間 熱應(yīng)力 進(jìn)行有限元分析輪轂材料如前面所提到的為AZ91D，模具使用的材料是H13鋼，兩種材料的物理參數(shù)分別見表8.1和表8.2。經(jīng)過多次模擬分析結(jié)果比較，擬確定工藝參數(shù)如下：澆注溫度為680，鑄型初始溫度為300，沖頭壓射速度為0.7m/s,保壓壓力80MPa,當(dāng)金屬也完全充滿型腔后，在85ms內(nèi)將壓力迅速增大100MPa，保壓時間為40s。表8.1 AZ91D物理參數(shù)物理性能數(shù)據(jù)密度()1.689比熱()1.3液相線()595固相線()470潛熱()3373表8.2H13物理參數(shù)物理性能數(shù)據(jù)密度()7.367比熱()0.7262液相線()1471固相線()1403熱導(dǎo)率（800）（W/m.K）28.07得到輪轂的三維模型以后根據(jù)輪轂的具體結(jié)構(gòu)，對輪轂的充型澆注情況進(jìn)行初步分析，并對其進(jìn)行澆注系統(tǒng)的初步設(shè)計。由于該輪轂為中心對稱結(jié)構(gòu)，五個輪輻均勻?qū)ΨQ的分布在輪輞內(nèi)部。因此，考慮合金熔液由中間充型，初步預(yù)測合金熔液是沿輻條均勻的流動到型腔各處，最后在上模對接。所以，在輪輞上上模部分合金對接處均布溢流槽，并利用模具間隙進(jìn)行排氣。本輪轂采用中心澆注金屬液從底部中心孔進(jìn)入，然后在分流錐的作用下向周圍輪輻充填，為了防止脫模后溢流槽脫落在型腔內(nèi)取不出來，故將溢流槽做成環(huán)狀分布在輪轂的上下邊緣。確定澆注系統(tǒng)后，對鑄件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。根據(jù)初步的預(yù)測，設(shè)計出的帶澆注系統(tǒng)的輪轂鑄件，如圖（8.3）：圖8.3輪轂鑄件 參考文獻(xiàn)1彭曉東，劉江.輕合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用J.汽車工藝與材料,1999（1）:1-5.2陳世平.汽車輕量化及其材料J.汽車工藝與材料,1995（4）:1-4.3孫景林，郭靜.鎂合金在汽車輕量化方面的應(yīng)用J.輕金屬,2008.74吉澤升等.鎂合金壓鑄技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀J.輕合金加工技術(shù),2001(12)：1-4.5張總,張懷亮.汽車鋁合金輪轂生產(chǎn)工藝研究J.輕金屬,2008.106唐靖林,曾大本,常安國.擠壓鑄造發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀J.中國鑄造裝備與技術(shù).1998(3):3-6.7機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊（特種鑄造）M.機(jī)械工業(yè)出版社.2003.2.648郭洪河，劉生發(fā)，黃尚宇，等.鎂合金在汽車中的應(yīng)用與發(fā)展J.汽車工藝與材料,2005.79許娟,李鵬飛，郭鋒.Y對AZ91D鎂合金鑄態(tài)組織和性能的影響M內(nèi)蒙古.輕金屬,2009.710Schuh C,D unand D C.Whisker alignment of Ti-6A l-4V/TiB composites during deformation by transformation superplasticityJ.International Journal of Plastic ity,2001,17:317-340.11機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會.鑄造手冊（特種鑄造）M.機(jī)械工業(yè)出版社.2003.2.12美K H候伯納.工程師用有限元素法M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1981.13陳榮，蔣國璋.基于pro/E的汽車輪轂?zāi)＞咴O(shè)計J.機(jī)械制造42卷，第475期.14Warren C.Young,Richard G.Budynas.Roaks Formulas for Stress and Strain(SeventhEdition)M.Beijing:Tsinghua publication.15顧金聲,崔越男.如何選用壓鑄機(jī)M北京：（壓鑄?？?2008.16李景涌.有限元法M.北京:北京郵電大學(xué)出版社,1999.17王迎春,李大永,彭穎紅,曾小勤.鎂合金輪轂低壓鑄造過程模擬J上海交通大學(xué)學(xué)報,2005.12.模擬的主要環(huán)節(jié)或論文的基本內(nèi)容本課題先采用有限元分析軟件中電磁場模塊對磁控濺射制備太陽光譜選擇性吸收涂層過程的磁場分布進(jìn)行數(shù)值模擬與仿真，然后再利用有限元分析軟件中的LS-DYNA模塊對Cu基體上噴涂不銹鋼粒子過程中粒子與基體的變形進(jìn)行模擬分析，最后通過Matlab軟件對磁控濺射工藝參數(shù)與涂層性能間的關(guān)系用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）技術(shù)予以模擬，以期找出它們之間的關(guān)系，更方便地用于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。其主要內(nèi)容包括：1、基于ANSYS中強(qiáng)大的電磁場模塊對磁控濺射制備太陽光譜選擇性吸收涂層過程的磁場分布進(jìn)行數(shù)值模擬與仿真；2、基于ANSYS中的LS-DYNA模塊對Cu基體上噴涂不銹鋼粒子過程中粒子與基體的變形進(jìn)行有限元數(shù)值模擬；3、用Matlab軟件通過ANN技術(shù)分析和確定中高溫選擇性吸收涂層磁控濺射法制備的工藝參數(shù)與涂層性能間的關(guān)系。3.進(jìn)度安排1、第1周： 查閱相關(guān)資料，對研究課題作初步的了解；2、第