某活塞裙铸造工艺设计及优化

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1、制造技术研究航天制造技术某活塞裙铸造工艺设计及优化1，21芦晓伟米国发（1.河南理工大学材料科学与工程学院，焦作454000；2.厦工机械（焦作）有限公司，焦作454000）摘要：针对活塞裙铸造过程中出现的缩孔、缩松缺陷，根据铸造工艺理论，结合计算机辅助设计并利用ViewCast软件对原始工艺进行模拟计算，发现缺陷主要集中在销孔周围厚大部位。为了减少铸件缺陷，对原始的浇注系统尺寸进行计算优化，模拟结果显示，新的工艺能明显减少缺陷，提高材料利用率。关键词：铝合金；活塞裙；数值模拟；工艺优化CastingProcessDesignandOptimizationofPist

2、onSkirt1,21LuXiaoweiMiGuofa(1.CollegeofMaterialScienceandEngineering,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo4540002.XiamenEngineeringMachinerryCo.,Ltd,Jiaozuo454000)Abstract：Concideringtheshirinkagevoidofpistonskirtincastingprocess,theoriginaltechnologyiscalculatedbyViewCastcombinedwiththeco

3、mputeraideddesignbasedonthetheoryofcastingtechnique.Theresultsshowthatthemaindefectexistatthickpartsofthepistonskirt,aroundthepinhole.Thenumericalsimulationresultsindicatethatthecastingdefectswerereducedwhiletheoperationratewereincreasedbyoptimizingtherunnersystem.Keywords：aluminumalloy

4、；pistonskirt；numericalsimulation；processoptimization1引言本浪费。活塞裙的浇注系统设计应根据金属型铸造的工艺要求，在满足机器设备本身的使用性能和机械加活塞裙是组合式活塞的关键部件之一，因活塞裙工的前提下，提出最合理的工艺设计方案，保证产品[3，4]结构特殊，呈扁筒形，且壁厚变化较大，在椭圆过渡质量并兼顾成本要求。活塞裙实体图如图1所示。处导致无法顺序凝固，内部疏松较多，销孔无法铸出，[1，2]成品率低，铸造难度大。本研究主要着眼于浇注系统的改进及优化，达到消除或减少缺陷，提高铸造材料利用率的目的。2铸件分析及工艺设计

5、2.1工艺分析图1铝合金活塞裙三维实体图在铝合金活塞裙的铸造生产过程中，由于浇注系统的结构或尺寸不合理而造成铸件不必要的缺陷及成活塞裙铸造选用的材料是ZL109，其化学成分如作者简介：芦晓伟（1982-），助理工程师，材料工程专业；研究方向：金属凝固理论与技术。收稿日期：2014-06-2539制造技术研究2014年8月第4期表1所示，铸造方法为金属型重力铸造。活塞裙的销1.5mm，侧面为1.0mm，其三维实体图如图2所示。孔周围壁厚变化较大，在凝固过程中壁厚较大区域后凝固，且没有有效的补缩，易在该区域出现缩松、缩3凝固过程数值模拟孔等缺陷。表1ZL109化学成分表将

6、铸件的三维造型保存为STL格式，导入View牌化学成分/%（其余为铝）Cast软件[6]，进行网格的划分，浇注温度750℃，金属号SiCuMgNiFeTiMnZn型预热温度200℃。原始浇注方案凝固过程模拟结果ZL11.0～0.5～0.8～0.8～0.70.20.20.2如图3所示。t=5s时处于凝固初期，随着凝固的进行，10913.01.51.31.5温度降低，凝固从边缘部分开始。t=15s时由于补缩能力及温度的降低，凝固过程出现断裂现象。由图4可2.2原始工艺方案设计知，在断裂处，围绕销孔靠上的厚大部位出现缩松、缩孔，活塞裙的薄壁处出现散乱的缩松、缩孔。根据对原始

7、浇注工艺的模拟，证实在销孔周围的厚大区域最后凝固，且没有有效的补缩，容易形成缺陷，在薄壁处也出现散乱的缩孔缩松缺陷；另外，原始工艺方案的浇注系统过于臃肿，材料的利用率低，增加了生产成本。合理的浇注系统设计，应根据铸件的结构特图2原始工艺统三维实体图点、技术条件、合金种类，选择浇注系统结构类型、[7]确定引入位置、计算截面尺寸等。与砂型铸件相比，金属型铸件的加工余量可以适[5]当减少。铸件加工余量的选择：端面、裙口均为at=5sbt=15sct=25sdt=31s图3原始工艺凝固过程模拟结果原始缝隙式浇注系统如图5所示，由于其部分尺寸不合理，造成材料利