薄壁壓鑄件的扭曲變形預測

唐曉東 曹豐彬

[摘? 要：隨著復雜的鋁和鎂合金薄壁結構零件的生產，鑄造業已成功取代了許多傳統的金零件。該底盤不僅具有復雜的工程結構，而且具有出色的強度和耐用性，并且在發生碰撞時具有良好的安全性能。由于截面厚度相對于組件的整體尺寸較小，因此滿足尺寸公差已成為一項具有挑戰性的生產任務，通常只能通過校正來實現。但是這種校正工作成本高昂，并且會影響工藝流程。因此為了避免校正處理的發生，必須在整個制造鏈中抑制變形的形成。由于要考慮的參數范圍很廣，因此必須考慮合理的時間和成本投資，因此只能通過仿真來實現。本文探討了薄壁壓鑄件扭曲變形的預測，并探討了扭曲變形的預測計算。

關鍵詞：薄壁壓鑄件;扭曲變形預測]

隨著制造業的飛速發展，對機械零件的比強度和剛度的要求越來越高，并且經常使用薄板狀結構。這種類型的結構通常存在鑄造和自動化程度較差的問題。毛坯在鑄造過程中很容易變形，并且殘余應力和固化過程中支撐件固定到零件上的方法會受到不適當的變形，加工尺寸和位置的影響，精度很差，容易影響疲勞壽命和疲勞強度。

1薄壁壓鑄件扭曲變形原因

薄板鑄件的變形是壓鑄行業引起人們廣泛關注并致力于解決的技術難題之一。鑄件結構的原始設計不合理會導致鑄件嚴重變形。為了解決鑄件變形問題，我們從鑄件結構，鑄模和鑄件工藝設計、鑄模的重新設計、鑄件結構和鑄件工藝的優化等方面分析了鑄件變形的原因：

1.1鑄件材料和壁厚。

鑄件材料、壁厚和變形之間的關系，鑄件的原始設計由鋅合金制成。考慮到不同區域的環境溫度對鑄件強度和壽命的影響，應改用鋁合金。由于鋁合金的壓鑄性能不如鋅合金，因此根據鑄件和鑄造合金的最小壁厚與預期面積之間的關系，最小壁厚在壓鑄件的預期面積相同的范圍內，鋁合金鑄件的模數應略小于鋅合金。鋁合金超出了適用范圍，導致結果是合金的填充能力大大降低，不能在離澆口很遠的地方獲得致密的結構，并且形成較大的疏松空間，這導致板的強度和剛度降低。鑄件在彈出過程中很容易變形，在嚴重的情況下，鑄件可能會沿松動區域破裂。

1.2鑄件凸臺。

分布在板表面上的圓柱頭與板表面的厚度差異很大，并形成局部熱點，從而阻礙鑄件的剛度和收縮，并在頭周圍形成高壓區域。當取出鑄件時，由于阻力消失并且釋放壓力，因此容易使鑄件變形。

1.3鑄件過程中的殘余應力。

生產結構所需的工藝取決于所選擇的合金。通常使用兩種類型的合金，自然時效合金和人工時效合金。對于自然舊合金，制造過程包括鑄造和切割過程。人工時效合金的制造過程包括鑄造，切削，固溶退火，淬火和人工時效過程。上述過程會影響鑄件的扭轉變形。隨著鑄件冷卻的進行，慢冷卻區域和冷卻區域之間的溫度差也減小。這首先有助于消除澆筑應力，然后改變壓縮方向。由于高溫下的減壓作用，在發生反作用力時會發生塑性變形。冷卻后，鑄件的薄壁區域受到壓縮力，鑄件的厚壁區域受到拉伸應力。借助于氣體應變光柵解釋了形成該壓力的過程。隨后的切割過程將改變鑄造過程中形成的殘余應力的分布。因此，鑄造變形將改變。制造力和約束力可能會產生過大的壓力。在最壞的情況下，在鑄造過程中會形成裂紋。在退火過程中，材料的強度大大降低。在加熱過程中，由于加熱過程中金屬蠕變的影響，可以完全消除鑄造過程中形成的殘余應力。特別是在結構上，僅是部件的重量會導致永久變形（即扭曲變形）。如上所述，由于冷卻不均勻，在冷卻過程中將形成新的殘余應力和變形。在結構鑄件的生產中，空冷是最常見的方法，并且只能形成最小的殘余壓力和變形。最終的人工時效過程可以部分消除殘余應力。但是前提是殘余應力超過金屬蠕變所需的最小值。

2扭曲變形預測計算

在之后的應力計算中，將計算出的溫度值用作作用在鑄件和澆口上的外部載荷。冷卻速率最高的區域在硬化后立即開始收縮。這種收縮受到模板的限制。在這些區域中，在橫向方向上形成拉應力。在鑄件收縮作用在模具上的位置處，垂直于表面形成壓縮壓力。由于在該溫度條件下的強度值通常非常低，因此在這種情況下壓力也非常低。隨著鑄件的冷卻和鑄件強度的增加，壓力開始顯著增加。當從模具中取出模具時，幾乎整個鑄弧都將承受拉應力。將板從模具中取出后，由于模具的限制其將消失，并且板可自由變形和變形。只有澆口可防止鑄件收縮，而鑄件朝澆口收縮。在加工階段的“脫模”溫度狀態為在冷卻至室溫期間的鑄造應力和變形提供了基礎。

實際上使用坐標測量機來測量變形量。坐標測量機用于測量實際幾何結構在指定點相對于首選目標幾何的位移。但是在仿真中，將相對于起始幾何圖形計算元素（或節點）中的變化量。因此不能直接比較測量結果和計算結果。為了獲得可比的結果，必須重新計算測量操作。首先必須將變形的網格放置在參考點上以測量變形。這包括重復該過程，因為變形鑄件上的參考點的位置未知。在最終放置變形的網格之后，第二步可以確定測量點相對于目標幾何形狀的距離。

3結語

控制薄壁結構鑄件的扭轉變形是一項非常困難的制造任務，只有全面了解扭轉變形的機理及其對鑄件的特殊影響后，才能解決該問題。當前的現代仿真技術可以準確預測扭轉變形，包括鑄造，切削和熱處理過程引起的扭轉變形。根據獲得的結果，可以獲得適當的優化程序，這些程序可用于生產過程和鑄件設計中。典型鑄造過程的相關程序包括：優化流道系統設計，優化脫模時間或鑄造熱條件以及模具變形的預校正。正確使用特殊支架可以減少熱處理過程中的變形，這些發展必須得到現代仿真技術的支持。使用上述創新計算解決方案進行的模擬有助于壓鑄制造商生產高質量的薄壁結構鑄件。

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