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导读:沈阳航空航天大学毕业设计(论文)外文翻译,沈阳航空航天大学毕业设计(论文)外文翻译基于数值模拟的镁合金雷达壳体压铸工艺设计与优化摘要:根据雷达壳体的材料要求和结构特点,初步设计了不同的压铸工艺方案。然后,利用有限元分析软件ProCAST模拟方案。同时,通过对仿真结果的分析,确定了最佳工艺方案。在选定方案的基础上,增加了溢流系统,降低了铸件的缩松体积含量。其次,采用正交试验设计优化方案,得到最佳

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沈阳航空航天大学毕业设计(论文)外文翻译

基于数值模拟的镁合金雷达壳体压铸工艺设计与优化

摘 要:根据雷达壳体的材料要求和结构特点,初步设计了不同的压铸工艺方案。然后,利用有限元分析软件ProCAST模拟方案。同时,通过对仿真结果的分析,确定了最佳工艺方案。在选定方案的基础上,增加了溢流系统,降低了铸件的缩松体积含量。其次,采用正交试验设计优化方案,得到最佳工艺参数。通过实际生产和应用,获得了质量优良的镁合金压铸件。

关键词:镁合金,雷达壳体,浇注系统,正交试验。

1 绪论

镁合金是近年来发展迅速的一种工业轻合金材料,其密度在各种压铸合金中最小,仅有四分之一的钢和三分之二的铝,此外还有很高的比强度和刚度[1]。镁合金液体粘度低,流动性好,易于填充薄壁复杂腔体。镁合金的熔点和结晶潜热低,填充型腔后凝固速度快,生产效率高,模具寿命更长。铸件收缩率均匀可预见,组成和尺寸稳定性好,生产的铸件具有较高的尺寸精度,加工性能较好[2]。作为压铸镁合金的一系列优良特性,其生产效率和质量保证,并已被广泛应用于航空航天,汽车电子,医疗器械等领域[3]。

有限元分析软件Procast用于模拟雷达壳体模型,并预测可能发生缺陷的位置并优化工艺方案[4][5]。此外,它可以为实际生产提供指导,使铸件的收缩孔隙率降低,综合性能变得更好。

2 零件结构和材料性能分析

压铸镁合金外壳,是八角形薄壁件,边长330毫米,凸圆台最大外径720毫米。复杂壳体的壁厚不均匀,最大壁厚5毫米,最小壁厚2毫米。壳体表面有很多凸台和加强筋。图1显示了Shell模型。

(a) (b)

图1 雷达外壳:(a)上表面,(b)下表面

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雷达外壳材质为AM60,它不但具有良好的塑性,韧性和耐腐蚀性,而且抗拉强度高。它可用于能承受冲击载荷并需要高安全性能的结构部件[6][7]。表1是AM60的化学成分。

表1 以重量%计的AM60合金的化学组成

Al 5.6-6.4 Mn 0.26-0.50 Zn 0.26-0.50 Cu 0.008max Si 0.05max Other 0.01max Mg Bal.

3流程方案

3.1门控系统

根据雷达壳体的结构特点,开发了三种不同的方案,并进行了仿真。模具材料为H13,设定参数如下:浇注温度,660℃;注射速度,3.5米/秒; 模具的预热温度为200℃。

图2-4分别为三种浇注系统方案的模拟结果,即熔融金属在不同时间填充模腔。图2(a,b和c)是方案1的填充过程。熔融金属在通过浇口后被分成两股,然后从浇口进入空腔。直到0.0635秒,熔融金属开始加入连接处,不稳定地填充并缓慢地收敛。

方案2基于方案1添加了水平流道。图3(a,b和c)是方案2的填充过程。可以看出,中间流道的熔融金属首先填充腔体,熔融金属进入模腔直到0.0618秒。这会导致潜在的对流和夹带空气的情况。图4(a,b和c)是方案3的填充过程。它表明熔融金属被分成四股,同时填充模腔。熔融金属收敛后向前推进,平稳稳定,没有明显的对流和夹带现象。腔体已经用0.0971秒的时间完成熔融金属的填充。

从上述三种方案中,这些方案的填充时间分别为0.0977s,0.0993s和0.0971s。可以知道方案2所需时间最长,与前两者相比,方案3的熔融金属填充更均匀,流动更平滑。

(a)

图2 方案1填充过程:(a)0.0635s,(b)0.0783s,(c)0.0977s

(b) (c)

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(a) (b) (c)

图3 方案2填充过程:(a)0.0618s,(b)0.0778s,(c)0.0993s (a) (b) (c) 图4 方案3填充过程:(a)0.0612s,(b)0.0759s,(c)0.0971s 3.2溢出系统

图5显示了添加溢流系统后的填充过程。可以看出,整个灌装过程平稳,没有明显的对流和夹带现象。图6显示改进前后方案的收缩孔隙度分布。也就是说,图片中的圆圈的紫色部分。普罗斯特可以算出收缩量孔隙率分别为0.3522立方厘米,0.1992立方厘米。它表明后者的数量与前者相比减少了很多。可以看出,溢流槽的设置合理,有效地收集了夹渣,降低了铸件内部缺陷的含量。

(a) (b)

图5 添加溢流系统的填充过程:(a)0.0622s,(b)0.0846s,(c)0.1104s

(c)

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(a)

图6 收缩孔隙的分布:(a)改进之前,(b)改进之后 (b)

图7是由上述方案生产的压铸件的X射线检测。缺陷集中在最大直径的四个圆柱体和不均匀厚度凸台的中间,与仿真结果一致。为了获得更合理的方案,需要进一步优化。

(a)

图7 铸件的X射线检测:(a)圆柱体,(b)凸面平台 (b)

3.3工艺参数的优化

为了获得最佳的解决方案和工艺参数,设计了正交实验方案。选择三个因素:浇注温度,模具温度和注射速度。同时,对每个方案进行模拟和分析。表2是因素和水平

表2 正交实验。

水平 浇注温度[°C] 因素 模具温度[°C] 注射速度[m/s] A 1 2 3 660 680 700 B 180 200 220 C 3.0 3.5 4.0 以缩孔率体积总和为指标,指标越低,方案越合理,铸件质量越好。此外,进行了模拟

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结果的范围分析。表3显示了正交实验和范围分析的结果。

表3 正交实验和范围分析的结果

水平 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 K1 K2 K3 K1/3 K2/3 K3/3 Range 因素 A 1 1 1 2 2 2 3 3 3 0.6502 0.6624 0.7992 0.2167 0.2208 0.2664 0.0497 B 1 2 3 1 2 3 1 2 3 0.7511 0.6828 0.6779 0.2504 0.2276 0.2260 0.0244 C 1 2 3 2 3 1 3 1 2 0.7957 0.6449 0.6712 0.2652 0.2150 0.2237 0.0502 空置的列 1 2 3 3 1 2 2 3 1 0.7053 0.7315 0.6750 0.2351 0.2438 0.2250 0.0188 收缩量的总和 孔隙率[cm3] 0.2635 0.1992 0.1875 0.2072 0.2033 0.2519 0.2804 0.2803 0.2385 索引总和 平均值 指数的总和 通过分析正交实验的模拟结果,方案3的收缩孔隙体积总和最小。即浇注温度为660℃,模具预热温度为220℃,注射速度为4.0m/s,压铸质量最佳。同时,通过仿真结果的范围分析,可以得出结论:注射速度对试验结果的影响最大,最小的是模具的预热温度。

采用最佳参数进行生产时,压铸件不会出现冷闭,误动,裂纹等缺陷。图8显示了X射线检测,气瓶和凸台的收缩孔隙体积较小。通过预测铸件可能发生的缺陷位置,对实际生产起到指导作用,提高铸件质量。图9是压铸。

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(a)

(b)

图8 优化铸件的X射线检测:(a)圆柱体,(b)凸面平台

(a)

图9 压铸件:(a)采用浇注系统,(b)不采用浇注系统 (b)

4 结论

本文通过对浇注方案的模拟和优化,最终得到了优质压铸件。得出以下三点结论: (1)根据壳体的结构特点,ProCAST用于模拟不同的设计方案。基于每种方案的填充过程比较,得到最合理的解决方案。

(2)在浇注方案的基础上,增加了溢流系统。模拟结果表明,收缩孔隙体积总和减小,表明溢流槽的布置合理。

(3)通过正交实验优化工艺参数。浇注温度,模具预热温度和注射速度分别为660℃,220℃和4.0m/s时,铸件收缩孔体积达到最低,质量最好。从范围分析可以看出,注塑速度对试验结果影响最大,最小的是模具预热温度。

5致谢

本研究得到国家重点研究发展计划(No.2016-YFB0301003)的支持。

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