江艷平英文翻譯.doc

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1、關(guān)于集成CAD/RP/FEA先進(jìn)壓鑄技術(shù)的鋅合金壓鑄工藝研究摘要:利用計(jì)算機(jī)輔助工程開發(fā)的CAD/RP/FEA系統(tǒng)可以減少壓鑄件的設(shè)計(jì)和鋅鑄件壓鑄制造技術(shù)參數(shù)升級(jí)所需的時(shí)間?？焖賶鸿T法包括：概念設(shè)計(jì)、虛擬原型設(shè)計(jì)、快速原型設(shè)計(jì)、P-Q2技術(shù)、快速壓鑄有限元分析（FEA）等。這些方法可以優(yōu)化壓鑄工藝參數(shù)，提高壓鑄質(zhì)量。利用熱流體流動(dòng)與傳熱模型模擬預(yù)測(cè)壓鑄制造過程中缺陷，提高壓鑄生產(chǎn)產(chǎn)量，完善制造工藝。以某鋅合金零件壓鑄為例，研究并驗(yàn)證一種通過CAD/RP/FEA技術(shù)和數(shù)字控制所支持的壓鑄制造工藝。關(guān)鍵詞：CAE；壓鑄；P-Q2技術(shù)；快速原型設(shè)；

2、澆注系統(tǒng)1前言作為一種眾所周知的機(jī)械制造技術(shù)，壓鑄制造工藝一直被人們記錄在案[1–3]。在壓鑄工藝中，熔融金屬在高速的條件下通過澆注系統(tǒng)注入模具型腔，并在高壓下凝固成形[4]。澆注系統(tǒng)主要由直流道、橫流道、內(nèi)澆道、余料等部分組成，熔融金屬通過澆注系統(tǒng)注入壓鑄模具型腔[2,3]。在早期階段，采用最低成本在最短時(shí)間內(nèi)制造出高質(zhì)量壓鑄件是提高壓鑄技術(shù)先進(jìn)性的關(guān)鍵。由于模具設(shè)計(jì)師對(duì)于壓鑄模具的基本要求，改進(jìn)后的壓鑄模具與之前有所不同，與此同時(shí)保證了壓鑄性能，也避免在壓鑄過程中產(chǎn)生的各種缺陷。一旦在最初的CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)中定型，并通過快速原型（RP）技術(shù)

3、進(jìn)行驗(yàn)證，則該設(shè)計(jì)方案就可以執(zhí)行，開發(fā)升級(jí)和改善生產(chǎn)的CAE技術(shù)也可以同時(shí)進(jìn)行。在壓鑄的生產(chǎn)和控制方面，許多研究人員已經(jīng)在有限元模擬領(lǐng)域內(nèi)有了大量的研究成果[5–7]。該研究成果集成了CAD/RP/FEA系統(tǒng)，有效地對(duì)壓鑄制造技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，并可在大批量生產(chǎn)前，在資源合理分配下減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。2研究方法在這項(xiàng)研究中，先進(jìn)的壓鑄制造開發(fā)的方法如方案（1）所示，主要包括：虛擬樣機(jī)（VP）的CAD數(shù)據(jù)和導(dǎo)出快速原型、有限元分析文件的數(shù)據(jù)模型（*.STL格式）、快速原型技術(shù)制造的概念原型、壓鑄過程中建模和模擬的有限元分析（溫度/壓力/流量/填寫時(shí)間/

4、凝固時(shí)間）、采用P-Q2的技術(shù)和有限元分析，壓鑄參數(shù)得以升級(jí)、注入鋅合金鑄件的熱室壓鑄機(jī)、連接到壓鑄機(jī)上的壓鑄數(shù)控（NC）的傳感器。用此方法提高壓鑄制造工藝。先進(jìn)的壓鑄方法是初始化CAD數(shù)據(jù)鑄造幾何體?？焖僭图夹g(shù)允許快速地物化虛擬鑄造零件的幾何形狀，并以此來分析分型面，設(shè)計(jì)角度和澆注系統(tǒng)位置。而且，這種方法可以判斷和修改來自有限元分析壓鑄產(chǎn)品的參數(shù)。對(duì)于滿足壓鑄部件的設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求，選擇適當(dāng)?shù)膲鸿T機(jī)是必要的，其參數(shù)主要包括計(jì)算金屬壓力，流速和鎖模力等。在壓鑄最后階段，鎖模力產(chǎn)生了，即鎖緊壓鑄模使之不被脹開。方案1壓鑄生產(chǎn)快速發(fā)展的方案2.1

5、壓鑄過程壓鑄制造工藝中，通過模擬分析來完善金屬壓力和流速。呂教授等學(xué)者[8]研究并建議對(duì)于壓鑄填充“五階段”過程進(jìn)行重新分類。以案例研究為基礎(chǔ)，這種重構(gòu)方案得以提出和討論。圖1金屬壓力、活塞速度、活塞位置的關(guān)系圖1所示為金屬壓力、活塞速度和活塞位置之間的關(guān)系，包括填充階段和兩條曲線。第一階段稱為“預(yù)填充階段”。本階段，在低速和低壓力下，熔融金屬填充到氣缸里。如果本階段的速度選擇不當(dāng)，氣體進(jìn)入柱塞缸和熔融金屬里，然后進(jìn)入型腔。隨后，這些氣體存在于鑄件中，稱為氣孔。實(shí)際上，本階段的緩慢運(yùn)動(dòng)是由于模具沒有排氣裝置，氣體需要通過分型面排出。因此，柱塞

6、以初始加速度逐步向下移動(dòng)去避免這個(gè)問題。計(jì)算本階段v1ph的逐步上升速度，其方程式如下：其中：fi是填充型腔的百分比，dP是柱塞直徑和k是比例常數(shù)?？焖偬畛淞鞯?，直到熔融金屬到達(dá)澆口，才進(jìn)入第二階段。通過分析此階段轉(zhuǎn)折點(diǎn)的位置，可以提高鑄件質(zhì)量。第三階段，通常認(rèn)為型腔的平均壓力近似為常數(shù)，而在本階段，柱塞速度可以控制。它通常在本階段達(dá)到速度的最大值因?yàn)槿廴诤辖鹨呀?jīng)流過了澆口。由于噴嘴的特殊構(gòu)造，合金壓力分布圖表明可提前關(guān)閉澆口而使合金凝固，這是由于缺乏注射系統(tǒng)的壓力傳輸和減少在澆口的凝固時(shí)間[9]，這將導(dǎo)致不合格的液態(tài)金屬流入模腔。很快的澆口

7、凝固速度不僅會(huì)引起液體飛濺，影響鑄件質(zhì)量，而且通過增加壓力，浪費(fèi)能源。本階段，由于在型腔模具中出現(xiàn)非常復(fù)雜的流動(dòng)模式，這大大影響氣體滯留和壓鑄件質(zhì)量的多孔性。因此，可以通過有限元分析軟件模擬來提高壓鑄周期。此階段結(jié)束時(shí)，壓力開始形成?！皼_擊壓力”發(fā)生時(shí)，就進(jìn)入了第四階段，同時(shí)型腔已經(jīng)填充完畢[2]。由于流體力學(xué)條件的特定設(shè)置，第四階段僅僅持續(xù)1-5毫秒。事實(shí)上，在高壓壓鑄過程中，這就是壓力沖擊，這和流體動(dòng)力學(xué)的水錘現(xiàn)象類似。第五階段（圖1沒有描繪出），由于最大的壓力，流體動(dòng)力系統(tǒng)有一個(gè)最大輸出功率。在高壓下，壓力得以維持，只要加強(qiáng)來自液壓系統(tǒng)

8、壓力，此階段的壓力仍然可以傳送到模具型腔粘性金屬中[10]。并且，壓縮殘余氣體往往可以消除大的氣泡，可以降低鑄件多孔性或?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)換成固體，這就提高了鑄件的致密度。此