毕业论文范文——制动器卡钳体倾斜铸造过程数值模拟及其优化设计

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1、西安航空职业学院毕业论文制动器卡钳体倾斜铸造过程数值模拟及其优化设计姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:摘要：根据实际生产中倾斜铸造工艺特点，采用有限元软件ProCAST对制动器卡钳体充型和凝固过程进行数值模拟。通过对充型过程的结果分析，研究了铝液流场和温度场的分布特点；通过对凝固过程的结果分析，研究了铝液固相率的变化规律，并预测了缺陷位置。结果表明，在充型过程中铝液流动平稳，无冷隔浇不足等缺陷；在凝固过程中存在缩孔、缩松缺陷，主要集中在臂端、底部厚大部位及中心通孔附近。最后提出工艺优化方案并进行模拟，改善了卡钳体缩孔

2、缩松的分布情况，并运用到实际生产进行验证，提高了铸件成品率。关键词：制动器卡钳体；数值模拟；充型过程；凝固过程制动系统在汽车正常行驶过程中起着安全保障作用，属于汽车上举足轻重的部分。目前，在轿车及商用车的制动系统中应用最为广泛的是盘式制动器[1-3]。当汽车盘式制动器工作时，其制动力的大小主要反映在横跨制动盘两边的卡钳体上，卡钳体几何形状比较复杂、机械力学性能要求较高，因而一般采用先进的开发手段和较优良的生产技术。基于平稳充型和顺序凝固控制出发点的倾斜铸造法是将铸型在倾斜位置进行浇注的铸造生产方法，该工艺适合铝合金铸造生产，具有浇

3、注系统简单，液态金属收缩率高且充型平稳，无金属液飞溅等特点。制定优化的浇注机旋转工艺，并辅以计算机模拟充型和凝固过程，对于取得高品质的铸件具有重要的意义[4-5]。本文针对卡钳体采用倾斜铸造生产方法，采用Procast软件对充型和凝固过程进行数值模拟，并分析铸件可能存在的缺陷；通过模拟结果的分析，对原工艺方案进行优化设计，改善缩孔缩松缺陷，最终提高铸件品质和合格率。1产品、建模与工艺参数1.1产品结构特点本文以卡钳体为研究对象，轮廓尺寸为290mm×384mm×137mm，其中最薄处厚度为12mm。根据实际生产情况，将浇注系统设计

4、为“一体两件”顶注式浇注方式。考虑到材料的收缩率，设置两个圆柱形暗冒口进行补缩，同时，为便于对充型和凝固过程分析，将该铸件结构分为七个部分，分别为浇冒口、暗冒口、卡钳体上端、臂端、中心圆孔、下端厚大部位和底脚，具体如图1所示。由于该铸件的模具结构对充型和凝固过程影响较小，将其简化为立方体，并与铸件进行装配。底脚下端厚大部位中心圆孔臂端卡钳体上端浇冒口暗冒口图1卡钳体零件结构图Fig1Structureofthebrakecaliper1.2有限元网格模型的建立应用ProE软件对铸件和模具进行三维造型，导出模型为igs格式，再利用V

5、isualEnvironment中VisualMesh模块对模型进行网格划分，为使计算结果精确，且避免计算时间过长，将铸件精度设置为1.5mm，得到面网格有174706个，体网格单元数为1913103个。1.3铸造工艺参数设定由于卡钳体长度与厚度差距较大，为避免充型过程中裹气、夹杂等缺陷，选择倾斜浇注方式，倾斜浇注角度由10°转动到90°，充型时间为4.5s。铝合金采用A356牌号，浇注温度为730℃；为加快铝液冷却速度，促使形成细的等轴晶，铸型采用H13钢，初始温度为150℃，空冷5分钟后分模。根据文献[6-8]和实际经验，设定

6、铸件与铸型之间的传热系数为2000W/(m2·K)。2充型过程数值模拟分析2.1充型速度分析由于铝液通过暗冒口流入卡钳体内部，因此暗冒口处的流速对充型过程有着重要影响。考虑到结构的对称性，选取其中一个暗冒口在不同位置处设置节点观察铝液的流速，即分别在暗冒口的下表面、侧面、上表面和中心位置设置节点243673、242429、241466和307795，具体节点位置如图2所示。铝液在不同位置时流速变化如图3所示。在充型15%时，铝液率先到达下表面节点243673，流速为50cm/s；当充型18%时，铝液到达中心节点307795，流速为

7、90cm/s，由于受型壁摩擦阻力及流体黏度的影响，导致中心流速约为下表面流速的一倍，在随后的充型过程中，中心节点与下表面节点流速波动较为一致，速度在50~70cm/s变化，流速稳定；在充型80%时，中心及下表面节点流速逐渐减小直至为0。选取的侧面节点在中心节点和下表面节点附近，当充型20%时侧面节点流速达到40cm/s，随后速度在10~25cm/s变化，波动幅度较小，不易发生卷起和返流现象。由于倾斜角度的原因，在充型前期上表面节点241466一直为0，直到充型后期，当铸件几乎处于直立状态时，铝液才刚开始到达上表面，此时整个铸件充型

8、率已达到96%，此时的流速约为10cm/s，铸件整体充型平缓有序。241466242429307795243673图2暗冒口周围节点位置Fig2Thenodes’locationaroundtheblindriser金属液到达表面节点波动较为一致图