CAD,RP,FEA技术.ppt

目录 1.引言 2.先进压铸技术 3.实验 4.有限元分析 5.铸造的数控加工及讨论 6.总结 引言 压力铸造简称压铸，是一种将熔融合金液倒入压室内，以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。压铸是铸造液态模锻的一种方法。压铸模锻工艺是一种在专用的压铸模锻机上完成的工艺。 它的基本工艺过程是：金属液先低速或高速铸造充型进模具的型腔内，模具有活动的型腔面，它随着金属液的冷却过程加压锻造，既消除毛坯的缩孔缩松缺陷，也使毛坯的内部组织达到锻态的破碎晶粒。毛坯的综合机械性能得到显著的提高。 压铸的优点： ①金属液是在压力下填充型腔的，并在更高的压力下结晶凝固，常见的压力为15—100MPa。 ②金属液以高速充填型腔，通常在10—50米/秒，有的还可超过80米/秒，（通过内浇口导入型腔的线速度—内浇口速度），因此金属液的充型时间极短，约0.01—0.2秒（须视铸件的大小而不同）内即可填满型腔。 压铸技术的缺点： 1）压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，铸件易产生气孔，不能进行热处理。 2）对内凹复杂的铸件，压铸较为困难。 3）高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低。 4）不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。 先进压铸技术 先进压铸技术的关键是减少在修改铸件设计方案上所花费的时间，集成CAD/RP/FEA的锌铸件的先进压铸技术的方案。如图所示，它各部分的功能分别为： （1）CAD设计虚拟模型，并导出RP、FEA所需文件（以*.stl格式）。 （2）RP技术制造概念模型。 （3）有限元分析压铸过程（温度、压力、充型时间、固化时间） 压铸过程的五个阶段 第一阶段：“pro-fill stage” 熔融的金属以较低的压力和速度充满注射缸。如果速度选择不当，部分气体会被金属阻塞到气缸中，然后传递到模具腔体中，进而造成铸件的多空性。 第二阶段：在开关点之后，熔融的金属快速的通过浇铸管道到达模具口。通过分析开关点的位置，可以改善铸件的质量。 第三阶段：模具腔体内的压力可以看成是一个常数，柱塞的速度也应得到控制。由于在注射期间，腔体内有非常复杂的流动模式，因此对铸件质量的影响非常大（夹起和多孔）。我们可以通过FEA软件模拟该过程，以改善液体的流动。 第四阶段：在模具腔体完全充满之后，由于液体流速的急剧变化，会产生一个冲击压力，整个过程只有几个毫秒。这就是压力铸造过程中的压力冲击现象，如同流体动力学中的“水锤”现象。 第五阶段：液压系统仍然将较高的压力作用在模具腔体内，继续挤压粘性的金属。在高压下，铸件的质量会得到很大提高（减少气孔，提高表面的致密性） 。 金属压力和柱塞速度相对于柱塞位置的模拟函数图 实验 3.1虚拟模型 如图所示的产品，我们选择用压力铸造的技术来生产。首先，用SolidWorks软件进行三维造型，对虚拟样机的几何参数进行分析。 该部件需要在热室压铸机生产，并且使用CAD生成快速成型和有限元分析所需的文件（以*.STL格式）。下图就是产品的网格模型图。 3.2快速成型技术 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。其基本原理是：分层制造，逐层叠加， 类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台立体打印机。 快速成型的优势 它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此，RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的去除法到今天的增长法，由有模制造到无模制造，这就是RP技术对制造业产生的革命性意义。 当产品的CAD几何参数产生之后，我们可以利用RP技术快速制造产品物理模型。通过模型，我们可以对铸件进行分析和重新优化设计，从而提高产品的生产效率。 有限元分析 我们采用一个商业化的FEA软件(MoldFlow)内部有锌合金（AC41A）的特性数据库，对铸件进行数字仿真和分析。 模具腔体内的金属流动是影响铸件质量（表面特性和铸件致密性）的一个重要的因素。 对铸件压铸过程进行仿真，能够实时计算铸件任何位置的液体流动方向、流动速率、金属的压力和温度。通过分析压铸过程，我们能够提前认识到由液体流动可能造成的缺陷，从而改善铸件的生产过程。铸件浇注口的改进实例。 通过FEA仿真，分析压铸的过程，我们发现由于较低的流动速度和不过长的填充时间，导致