劉貴祥、肖榕
(1. 本田生產(chǎn)技術(shù)(中國)有限公司 510730;2. 東風(fēng)本田發(fā)動機有限公司 510700)
目前世界各國都已經(jīng)將CAE技術(shù)廣泛應(yīng)用到鑄造領(lǐng)域中,但是使用到壓鑄領(lǐng)域中的較少。本文分析了基于CAE技術(shù)的鋁合金汽車支架壓鑄件指向性凝固工藝,以此優(yōu)化汽車支架壓鑄件,促進汽車工藝的持續(xù)發(fā)展。
壓鑄件的外形,主要使用ADC12合金,長寬高分別為202.0 mm、150.0 mm、68.0 mm,壁厚度為1.2 mm。凸臺及筋板都具有大量特征,需使用臥式冷壓式壓鑄機進行壓鑄。因為壓鑄件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,若澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)在設(shè)計過程中出現(xiàn)問題,會因為流動及凝固指向不一致,出現(xiàn)縮松及冷隔等缺陷,對壓鑄件力學(xué)性能及外觀造成影響。在實際生產(chǎn)過程中,一旦出現(xiàn)以上情況,就要使用大量人力及物力對問題進行解決,從而使產(chǎn)品生產(chǎn)周期變長,增加成本[1]。
在實現(xiàn)壓鑄件沖型數(shù)值模擬時,一般都會使用液體金屬,要求其能夠滿足以下方程需求。能量守恒方程公式如下。
其中λ指的是流體導(dǎo)熱率,T指的是溫度,Cp指的是流體的比熱容,p指的是密度,Q指的是內(nèi)熱源。
連續(xù)性方程公式如下。
其中v指的是流體速度的分量,t指的是時間。
對流熱交換方程公式如下。
在本次基于CAE技術(shù)鋁合金汽車支架壓鑄件工藝中,鑄件材料使用ZY113Y鋁合金,長度為310.0 mm,寬度為270.0 mm,高度為70.0 mm,隸屬中型壓鑄件。模具材料使用H13鋼,具體邊界條件為鑄件空冷,澆口處壓力為32 MPa,澆筑溫度660℃,模具預(yù)熱溫度設(shè)置在150±50℃,具體填充速度為10 m/s。
一般鑄造過程中的缺陷主要包括縮松、澆筑不足等,這都是在冷凝過程導(dǎo)致的。所以對凝固的規(guī)律進行研究和認(rèn)知尤為重要,能對鑄件組織進行改善,降低鑄造缺陷的發(fā)生率,使鑄件性能得到提高。如圖1所示為鑄件凝固的溫度場分布,因為成形、壓鑄及充填的時間過程短,所以會在短時間內(nèi)凝固。通過圖1a和圖1b可以看出來,在凝固時間為0.5 s的時候,合金熔體在溢流槽及逐漸橫澆道中會逐漸的收縮凝固。在凝固時間為25.0 s的時候,液態(tài)會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài),體積將會發(fā)生改變,而由于缺乏溢流槽的補縮,在這個地方就會形成縮孔,導(dǎo)致欠鑄情況的出現(xiàn)。如圖2所示,在鑄件的溢流槽部位存在著不同程度的縮孔縮松,說明溢流槽的位置設(shè)計較為合理。但與此同時,鑄件中大部位縮孔縮松依然十分明顯。
圖1 原方案鑄件溫度場分布及凝固時間
臺架搭建步驟:在臺架平臺上安裝發(fā)電機和支架;將試制完成的發(fā)電機按照裝備位置安裝到支架上;用皮帶連接發(fā)電機皮帶輪及拖動電機帶輪;在皮帶輪處貼上反光貼紙(用于轉(zhuǎn)速傳感器上的紅外反射);標(biāo)定各傳感器并安裝到相應(yīng)位置(如在溫度傳感器安裝、皮帶輪反光貼紙前安裝轉(zhuǎn)速傳感器等);連接蓄電池正極與B+端,蓄電池負(fù)極連接發(fā)電機接地端;連接調(diào)節(jié)器與蓄電池。
發(fā)電機效率試驗步驟:設(shè)定試驗臺架環(huán)境箱工作溫度為25℃,啟動試驗臺架并開始發(fā)電機預(yù)熱,設(shè)定發(fā)電機轉(zhuǎn)速為1 800 r/min,設(shè)置預(yù)熱時間為20 min,數(shù)據(jù)采集時間為10 min。在數(shù)據(jù)采集過程中共采集30組數(shù)據(jù)(15組最大扭矩、15組最小扭矩及扭矩對應(yīng)得恒定電流和電壓);再分別設(shè)定發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為3 000 r/min、6 000 r/min及10 000 r/min。根據(jù)試驗步驟進行試驗,并采集相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù),得到試驗結(jié)果如表1所示。
通過對比有限元分析結(jié)果,增加永磁體后,發(fā)電機轉(zhuǎn)子表面磁通密度分布比增加永磁體前更均勻,并且更小。通過對比試驗結(jié)果數(shù)據(jù),增加永磁體后,發(fā)電機的效率明顯提升。所以,同等外形尺寸的發(fā)電機,在改善轉(zhuǎn)子的磁通密度分布后,發(fā)電機效率會有改善,說明改變磁通密度對發(fā)電機效率是有影響的[7]。