1、山东科技大学学士学位论文 I 摘 要 本文介绍了镁基整流罩压铸模具设计过程，分析了整流罩及其压铸模的特点及要求，并基于 Anycasting 软件对浇注系统进行数值模拟分析。 首先利用 Pro/Engineer 对该零件进行三维建模。为了得到合格的零件产品，必须先进行生产方案的分析与确定，然后进行工艺计算，进行有限元分析，并进行数值模拟分析。 对整流罩压铸成形充型及凝固过程进行数值模拟，根据模拟结果进行成形性分析，为优化工艺参数和模具结构提供了强有力的工具。 压铸模具的设计包括工艺参数选择、压铸模结构设计、分型面确定、浇注系统设计、成型零件设计、推出机构设计、模架选择，最后进行了复合模具的三维
2、设计并进行了装配，并进行动态模拟运行动画。最终由模具的三维模型绘制二维装配图和零件图。 关键词 ：整流罩；压铸；镁合金；有限元模拟；模具设计。 山东科技大学学士学位论文 II Abstract This paper introduces the design process of magnesium matrix fairing die casting mold, analyzes the characteristics and requirements of fairing and die casting mold, and analyzes the casting system based
3、 on Anycasting software. First of all, the use of Pro / Engineer on the three-dimensional modeling of the parts. In order to get qualified parts products,firstly,we must analyze and determine the production plan, then carry out the process calculation, determine the finite element analysis, and carr
4、y on the numerical simulation analysis. The numerical simulation of the filling and solidification process of the castings was carried out, and the forming analysis was carried out according to the simulation results, which provided a powerful tool for optimizing the process parameters and mold stru
5、cture. The design of the die-casting mold includes the selection of the process parameters, the design of the die-casting mold, the determination of the parting surface, the design of the casting system, the design of the molded parts, the design of the parts and the selection of the mold, and final
6、ly the three-dimensional design and assembly of the composite mold Dynamic simulation of running movies. Finally, the three-dimensional model of the mold is drawn from the two-dimensional assembly drawing and the part drawing. Keywords: Fairing;Die casting;Magnesium alloy;Numerical simulation; Mold
7、design. 山东科技大学学士学位论文 III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 录 . III 1. 绪 论 . 1 1.1 镁合金概述 .1 1.2 镁基整流罩简介 .2 1.3 压铸成型介绍 .3 1.3.1 压铸技术简介 . 3 1.3.2 压铸发展现状及前景 . 4 1.3.3 压铸成形的优缺点 . 8 1.4 本课题主要研究方向 .9 2 结构工艺性分析及分型面设计 . 10 2.1 整流罩三维实体建模 .10 2.2 结构工艺性设计 .10 2.2.1 铸件壁厚 .11 2.2.2 铸孔 .11 2.2.3 脱模斜度 .12 2.2.4 压铸件尺寸精度 .
8、13 2.2.5 表面要求 .14 2.3 压铸工艺参数的选择 .14 2.3.1 压射比压 .14 2.3.2 充填速度 .15 山东科技大学学士学位论文 IV 2.3.3 温度 .15 2.3.4 时间 .17 2.4 分型面设计 .18 3 压铸机选择及有关参数校核 . 20 3.1 压铸机选择 .20 3.2 压铸机参数校核 .21 3.2.1 锁模力的计算 .21 3.2.2 压室容量的核算 .22 4.压铸模设计 . 23 4.1 浇注系统设计 .23 4.1.1 浇注系统的结构 .23 4.1.2 浇注系统设计原则 .23 4.1.3 内浇口的设计 .23 4.1.4 浇道及浇口
9、套的设计 .25 4.2 排溢系统设计 .27 4.2.1 溢流槽的设计 .27 4.2.2 排气槽的设计 .29 4.3 模架与成型零件 .31 4.3.1 成型零件 .31 4.3.2 压铸模模架选择 .38 4.4 推出机构设计 .40 4.4.1 推出机构的主要组成与分类 .40 4.4.2 推出机构的尺寸 .41 4.5 加热与冷却系统设计 .42 山东科技大学学士学位论文 V 4.5.1 加热系统的设计 .42 4.5.2 冷却系统的设计 .43 4.5 模具材料 .43 4.5.1 工作条件和失效分析 .43 4.5.2 压铸模具材料选择 .44 4.6 压铸模制造技术要求 .4
10、5 4.6.1 压铸模表面粗糙度 .45 4.6.2 结构零件的公差与配合 .45 4.7 装配总装图 .47 5. 基于 ANYCASTING 的整流罩压铸 CAE 分析 . 50 5.1 压铸模 CAE 基本内容 .50 5.1.1 压铸模 CAE 的原理 .50 5.1.2 压铸模 CAE 采用的数值计算方法 .51 5.1.3 铸造 CAE 模拟软件简介 .52 5.2 压铸模 CAE 理论基础 .54 5.2.1 流动充型分析 .54 5.2.2 传热凝固分析 .55 5.3 CAE 分析 .56 5.3.1 前处理 .56 5.3.2 充型过程模拟分析 .58 5.3.3 凝固过程
11、模拟分析 .60 5.3.4 缺陷分析 .62 6.总结与展望 . 65 6.1 总结 .65 山东科技大学学士学位论文 VI 6.2 展望 .65 参考文献 . 66 致谢 . 68 附录一 . 69 附录二 . 91 山东科技大学学士学位论文 1 1. 绪 论 1.1 镁合金概述 镁合金作为目前最轻的金属材料，具有许多优点： （ 1）镁合金重量轻，密度为 1.68-1.90 3g/cm ，约为铝合金的 64%，锌合金的 27%，钢的 23%，是轻型的金属结构材料之一。在汽车构件中的应用潜力巨大。 镁合金具有很高的比强度高、比刚度和比弹性模量，比刚度接近铝合金和钢，远高于工程塑料，在铸造材料
12、中仅次于铸造钛合金和高强结构钢。 （ 2）镁合金具有良好的阻尼减震性，受力时能产生较大的弹性变形，因而在受冲击载荷和振动时能吸收较大的能量。镁合金的弹性模量低，约为 45000MPa，因此具有良好的能量吸收能力。在弹性范围内，镁合金件受到冲击载荷时吸收的能量比铝合金件大 1 倍，所以镁合金具有良好的抗震减噪性。 （ 3）镁合金具有良好的压铸性能，抗拉强度和铝合金相当，一般可达到 250MPa，最高可达到 600MPa 以上 ,屈服强 度、延伸率也和铝合金接近。镁合金件具有良好的机械加工性能，镁合金可以很高的速度进行切削加工，其相对能耗低于其他金属。镁合金件的切削速度可比铝合金件提高 50%，加
13、工能耗比铝合金件低 50%。工业 AZ91D 镁合金化学成分见表 1.1。 表 1.1 工业 AZ91D 的名义化学成分 元素 Al Zn Mn Si Fe Cu Ni Be Mg 质量分数 % 8.95 0.632 0.261 0.022 0.0003 0.0018 0.0005 0.0003 余量 但是镁合金也有不足之处。 镁与氧的化学亲和力很强，且表面生成的氧化膜是不致密的，液态下该表面更疏松，故氧化剧烈很容易燃烧。氧化山东科技大学学士学位论文 2 膜致密与否是由它的致密度系数决定的，镁的值是 0.79，远小于 1，故氧化膜是疏松的。疏松且导热性能差的氧化膜的包覆不能阻碍镁和氧气的结合，
14、因此镁合金的熔炼和铸造均需要采用专门的防护措施。砂型和金属型涂料中也应加入防氧化剂，防止铸件凝固前后发生严重氧化或燃烧，热处理时加热也应在保护气氛下进行。 1.2 镁基整流罩简介 当运载火箭在大气中飞行时 ,卫星整流罩用于保护卫星及其它有效载荷 ,以防止卫星受气动力 ,气动加热及声 振等有害环境的影响。它是运载火箭的重要组成部分。根据运载任务的不同 ,每种型号的运载火箭都具有一种或多种形状的卫星整流罩 ,如单星罩、双星罩、多星罩等。就长征系列运载火箭而言 ,也有各自系统的卫星整流罩。随着长征系列运载火箭逐步进入国际发射市场及国内发射任务的不断增加 ,一种型号运载火箭也将具有多种形状的卫星整流罩
15、，以满足不同发射任务的需求。如果按任务来设计卫星整流罩 ,势必增加研制周期 ,提高发射成本。国外统计数据表明 ,完全定制的卫星整流罩的费用 ,大约比标准整流罩的费用高出 75%,为此各国正在积极开展卫星 (有效载荷 )接口标准化 ,分离通用化以及卫星整流罩标准化和罩内预封装技术的研究。这不但可以大大降低发射费用 ,缩短发射准备时间 ,而且可以提高发射的成功率和可回收性。目前 ,长征系列各型号在卫星整流罩设计方面 ,出现了结构雷同、形状各异的多品种卫星整流罩 ,造成人力、物力、财力和研制周期的浪费。开展卫星整流罩的“三化” (系列化 ,规范化 ,组合化 )设计已成为当务之急。 2012 年神舟九
16、号飞船在 酒泉卫星发射中心 点火发射升空 ，并成功与天宫一号自动交会对接。如图 1.1 为神舟九号整流罩的示意图。 卫星整流罩一般为蚌壳式 (两半 )结构 ,由端头、前锥段、圆筒段、倒锥山东科技大学学士学位论文 3 段和纵向及横向分离机构等组成。卫星整流罩的功能有： （ 1）保护卫星不受气动力的作用 （ 2）保护卫星不受气动加热的作用 （ 3）解锁分离系统保证卫星整流罩顺利分离 （ 4）当运载火箭处于临射状态时 ,可对整流罩内的温度、湿度进行调节 ,以保证卫星不受低温和环境的影响。 图 1.1 神舟九号飞船整流罩示意图 1.3 压铸成型介绍 1.3.1 压铸技术简介 传统压铸工艺或者称做高压压
17、铸 ,主要由四个步骤组成。这四个步骤包括模具准备、填充、注射以及落砂，它们也是各种改良版压铸工艺的基础。在准备过程中需要向模腔内喷上润滑剂，润滑剂除了可以帮助控制模具的温度之外还可以有助于铸件脱模。如图 1.2 所示，金属液在熔炉中被加热，压射冲头施加压力使熔融金属液通过鹅颈通道到达喷嘴，进入模具型腔，完成注射过程。这个过程中压力范 围大约在 10 到 175 兆帕之间。当熔融金属填充完毕后，压力就会一直保持直到铸件凝固。然后推杆就会推出所有的铸件，由于一个模具内可能会有多个模腔，所以每次铸造过程中可能会产生多个铸件。落砂的过程则需要分离残渣，包括造模口、流道、浇口以山东科技大学学士学位论文
18、4 及飞边。这个过程通常是通过一个特别的修整模具挤压铸件来完成的。其它的落砂方法包括锯和打磨。如果浇口比较易碎，可以直接摔打铸件，这样可以节省人力。多余的造模口可以在熔化后重复使用，通常的产量大约为 67%。铸造设备和模具的造价高昂，因此压铸工艺一般只会用于批量制造大量产品。制造压铸的零 部件相对来说比较容易单项成本增量很低，压铸特别适合制造大量的中小型铸件，因此压铸是各种铸造工艺中使用最广泛的一种。同其他铸造技术相比，压铸的表面更为平整，拥有更高的尺寸一致性。 图 1.2 压铸注射过程 1.3.2 压铸发展现状及前景 我国 压铸模具 行业发展迅速，总产量增长明显，国产压铸模具总产量仅次于美国，已经跃居世界第二位，成 为名符其实的压铸大国。能有如此成就主要源于我国凭借着得天独厚的广阔市场以及相对低廉的资源与劳动力优势，已非常明显的性价比在国际压铸件贸易市场中占据着较大优势，很据形势来看，未来我国压铸行业发展前景十分广阔。虽然我国的压铸模具在“十一五”期间有了重大的突破。但是其国际知名度排位仍然靠后，产量也日益攀升但是大多数压铸件仅供于国内的需求。由于技术的制约使
