江艳平英文翻译.doc

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1、关于集成CAD/RP/FEA先进压铸技术的锌合金压铸工艺研究摘要:利用计算机辅助工程开发的CAD/RP/FEA系统可以减少压铸件的设计和锌铸件压铸制造技术参数升级所需的时间。快速压铸法包括：概念设计、虚拟原型设计、快速原型设计、P-Q2技术、快速压铸有限元分析（FEA）等。这些方法可以优化压铸工艺参数，提高压铸质量。利用热流体流动与传热模型模拟预测压铸制造过程中缺陷，提高压铸生产产量，完善制造工艺。以某锌合金零件压铸为例，研究并验证一种通过CAD/RP/FEA技术和数字控制所支持的压铸制造工艺。关键词：CAE；压铸；P-Q2技术；快速原型设；

2、浇注系统1前言作为一种众所周知的机械制造技术，压铸制造工艺一直被人们记录在案[1–3]。在压铸工艺中，熔融金属在高速的条件下通过浇注系统注入模具型腔，并在高压下凝固成形[4]。浇注系统主要由直流道、横流道、内浇道、余料等部分组成，熔融金属通过浇注系统注入压铸模具型腔[2,3]。在早期阶段，采用最低成本在最短时间内制造出高质量压铸件是提高压铸技术先进性的关键。由于模具设计师对于压铸模具的基本要求，改进后的压铸模具与之前有所不同，与此同时保证了压铸性能，也避免在压铸过程中产生的各种缺陷。一旦在最初的CAD产品设计中定型，并通过快速原型（RP）技术

3、进行验证，则该设计方案就可以执行，开发升级和改善生产的CAE技术也可以同时进行。在压铸的生产和控制方面，许多研究人员已经在有限元模拟领域内有了大量的研究成果[5–7]。该研究成果集成了CAD/RP/FEA系统，有效地对压铸制造技术进行升级，并可在大批量生产前，在资源合理分配下减少产品开发时间。2研究方法在这项研究中，先进的压铸制造开发的方法如方案（1）所示，主要包括：虚拟样机（VP）的CAD数据和导出快速原型、有限元分析文件的数据模型（*.STL格式）、快速原型技术制造的概念原型、压铸过程中建模和模拟的有限元分析（温度/压力/流量/填写时间/

4、凝固时间）、采用P-Q2的技术和有限元分析，压铸参数得以升级、注入锌合金铸件的热室压铸机、连接到压铸机上的压铸数控（NC）的传感器。用此方法提高压铸制造工艺。先进的压铸方法是初始化CAD数据铸造几何体。快速原型技术允许快速地物化虚拟铸造零件的几何形状，并以此来分析分型面，设计角度和浇注系统位置。而且，这种方法可以判断和修改来自有限元分析压铸产品的参数。对于满足压铸部件的设计和质量要求，选择适当的压铸机是必要的，其参数主要包括计算金属压力，流速和锁模力等。在压铸最后阶段，锁模力产生了，即锁紧压铸模使之不被胀开。方案1压铸生产快速发展的方案2.1

5、压铸过程压铸制造工艺中，通过模拟分析来完善金属压力和流速。吕教授等学者[8]研究并建议对于压铸填充“五阶段”过程进行重新分类。以案例研究为基础，这种重构方案得以提出和讨论。图1金属压力、活塞速度、活塞位置的关系图1所示为金属压力、活塞速度和活塞位置之间的关系，包括填充阶段和两条曲线。第一阶段称为“预填充阶段”。本阶段，在低速和低压力下，熔融金属填充到气缸里。如果本阶段的速度选择不当，气体进入柱塞缸和熔融金属里，然后进入型腔。随后，这些气体存在于铸件中，称为气孔。实际上，本阶段的缓慢运动是由于模具没有排气装置，气体需要通过分型面排出。因此，柱塞

6、以初始加速度逐步向下移动去避免这个问题。计算本阶段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是柱塞直径和k是比例常数。快速填充流道，直到熔融金属到达浇口，才进入第二阶段。通过分析此阶段转折点的位置，可以提高铸件质量。第三阶段，通常认为型腔的平均压力近似为常数，而在本阶段，柱塞速度可以控制。它通常在本阶段达到速度的最大值因为熔融合金已经流过了浇口。由于喷嘴的特殊构造，合金压力分布图表明可提前关闭浇口而使合金凝固，这是由于缺乏注射系统的压力传输和减少在浇口的凝固时间[9]，这将导致不合格的液态金属流入模腔。很快的浇口

7、凝固速度不仅会引起液体飞溅，影响铸件质量，而且通过增加压力，浪费能源。本阶段，由于在型腔模具中出现非常复杂的流动模式，这大大影响气体滞留和压铸件质量的多孔性。因此，可以通过有限元分析软件模拟来提高压铸周期。此阶段结束时，压力开始形成。“冲击压力”发生时，就进入了第四阶段，同时型腔已经填充完毕[2]。由于流体力学条件的特定设置，第四阶段仅仅持续1-5毫秒。事实上，在高压压铸过程中，这就是压力冲击，这和流体动力学的水锤现象类似。第五阶段（图1没有描绘出），由于最大的压力，流体动力系统有一个最大输出功率。在高压下，压力得以维持，只要加强来自液压系统

8、压力，此阶段的压力仍然可以传送到模具型腔粘性金属中[10]。并且，压缩残余气体往往可以消除大的气泡，可以降低铸件多孔性或将它们转换成固体，这就提高了铸件的致密度。此