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镁合金以其优异的性能在汽车、计算机、通讯及航空航天等众多领域得到越来越广泛的应用。镁合金在汽车零部件上的应用,主要以压铸件为主。压铸件的生产过程中,可能会由于浇注系统设计的不合理、压铸工艺参数的选取不合适、或者模具结构的原因导致缺陷的产生,甚至无法生产出合格的产品。压铸过程的计算机数值模拟技术,使得我们能够先于实际压铸生产,进行充型、凝固过程的数值模拟,通过图片或动画的方式,观察金属液的流动、凝固状况,掌握缺陷产生的原因,从而有效地对前面的设计工作及压铸工艺参数的选取进行修正和改进。本文以镁合金汽车发动机缸盖罩为研究对象,结合计算机数值模拟技术,完成了其浇注系统的设计及优化、压铸模具的设计及工艺参数优化的研究。
压铸件浇注系统是关系能否生产出合格压铸件及模具设计的关键。本文对缸盖罩的浇注系统进行了对比设计,设计出:T形浇注系统、喇叭扇形浇注系统及锥形双切向浇注系统,并借助铸造专用数值模拟软件JSCAST完成了三种浇注系统的模拟,经分析,选出T形浇注系统作为缸盖罩的最终浇注系统。同时,结合企业的实际生产中存在浇注系统整体尺寸偏大,造成能耗增加、生产成本加剧的现状,对选出的T形浇注系统进行优化,对其横浇道的厚度以及排溢系统进行改进,并通过软件的模拟得到了尺寸更优的浇注系统,优化后的铸件总体积比原来降低6.9％,对企业减少能耗、节约成本、提高出品率有现实意义。
结合浇注系统的优化结果,本文基于Pro/Engineer的Pro/Moldesign模块与EMX专家模架设计模块,完成了缸盖罩压铸模具的设计。模具设计过程中,专家模架系统EMX的运用,大大提高了模具设计的效率。
合理的选取压铸工艺参数也是生产高质量压铸件的保证,因此,本文基于正交试验,选取压射速度、模具温度及浇注温度作为参数,进行了压铸工艺参数的优化模拟,并最终确定了指导企业压铸生产的工艺参数：压射速度7 m/s,浇注温度690℃,模具温度210℃。企业的镁合金缸盖罩压铸工艺试验结果验证了本文优化设计的可行性及所确定优化压铸工艺参数的合理性,同时也证明了压铸过程数值模拟的可靠性。
本论文的研究受到广东省粤港关键重点突破招标项目[关键领域重点招标项目(2006A15103001)]资助。