第一章绪论
1.1课题研究的背景和意义
本课题来源于贵州省科学技术厅自然科学技术基金项目压铸成形属于精密金属成形方法，广泛应用于汽车、摩托车、电子通讯和家用电器等行业，其在制造工业中占有极其重要的地位。随着科学技术和制造工艺的迅猛发展，对压铸件的质量和精度要求也越来越高，特别是随着世界各国航空航天、国防、汽车工业等基础产业的不断发展，铸件正朝着近无余量、薄壁、高精度、高性能、复杂的方向发展。而压铸模具的结构对压铸件的质量起着至关重要的作用，压铸工艺参数的选取对压铸件的质量也有着重大的影响。由于压铸模具造价昂贵，而且生产周期长，如果采用传统的试模方法来控制压铸件质量，成本较高，周期长，而且要求积累足够的经验才能完成。计算机模拟的应用引起了压铸技术的变革。
目前，CAD/CAM/CAE技术己经广泛应用于压铸生产。采用有限元仿真技术对压铸模具的温度场进行模拟，这样对改善模具结构和优化压铸工艺参数有着重要的实用价值，对压铸过程控制起着关键的指导作用，可以有效消除铸件缺陷，提高铸件质量水平，缩短试制周期，降低生产成本，提高市场竞争能力。实践证明，通过对压铸成形过程的计算机模拟，来确定工艺参数，优化工艺方案，是压铸工艺由“经验设计”走向“科学指导”的重要途径，对实际生产具有显著的现实意义和实用价值，并将产生可观的经济效益和社会效益。
1.2压铸工艺的特点
压铸是压力铸造的简称，它是将液态或半固态金属浇入压铸机的压室中，金属液在运动的压射冲头作用下，以极快的速度充填型腔，并在压力的作用下结晶凝固而获得铸件的一种铸造方法。压铸时，作用在金属液上的压射比压在几兆帕到几十兆帕范围内，有时甚至高达500兆帕。金属液充填模具型腔时，浇口处的线速度达0.5-70m/s。充填时间很短，一般为0.01~0，035。因此，高压和高速是压铸时金属液充填成形过程中的两大特点，也是压铸与其它铸造方法最明显的区别，与其他铸造方法相比压铸工艺具有独特的优点:
(l)压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度值低。尺寸精度可达11-13级，有时可达ITg级。表面粗糙度值Rao-3.2m，有时达Raom，产品互换性好。
(2)可以制造形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的金属零件。因为熔融金属在高压高速下保持高的流动性，因而能够获得其他工艺方法难以加工的金属零件。例如，当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm;铝合金压铸件可达0.smm。
(3)材料利用率高，一般不再进行机械加工即可装配使用，或只需经过少量机械加工即可装配使用，其材料利用率约为60%-80%，毛坯利用率达90%。
(4)在压铸件上可以直接嵌铸其他材料的零件，这样既满足了使用要求，扩大了产品的用途，又减少了装配工作量，使制造工艺简化。
(5)压铸件组织致密，具有较强的强度和硬度。压铸件表层金属晶粒细小，组织致密，表面硬度较高，并具有良好的耐磨性和耐蚀性。
(6)生产率极高，生产过程容易实现机械化和自动化，适合大批量生产。当然，压铸工艺也存在一定的局限性，其中较明显的是对压铸合金种类有限制，目前，适合用于压铸的合金主要是铝合金、锌合金、镁合金及铜合金等。
1.3压铸工艺的应用范围
在现代制造业中，压铸工艺方法应用范围广泛，在各种有色合金的压铸件中，铝合金压铸件比例最高，约占60%-80%，锌合金压铸件次之。压铸件主要用于汽车、摩托车、拖拉机、航空、仪器、仪表、农业机械、机床、照相机、计算机、电子、通信等行业。其中汽车和摩托车制造业是最主要的应用领域，汽车约占70%，摩托车约占10%。目前，几乎所有的轿车变速器壳、离合器壳、化油气壳、转向机壳等都采用铝压铸件。近年来，欧洲、美国和日本大多数新型轿车发动机的铝气缸体，大都采用压铸的方法生产。压铸能够生产的零件种类繁多，大体上可以分为六类:①圆盖类，如表盖、机盖、底盘等;②圆盘类，如号盘座、汽车轮毅等;③圆环类，如接插件、轴承保持器、方向盘等;④筒体类，如凸缘外套、导管、壳体形状的罩壳、仪表盖、上盖、深腔仪表罩、照相机外壳、汽车化油器等;⑤多孔缸体、壳体类，如汽车与摩托车的气缸体、气缸盖;⑥特殊形状类，如叶轮、喇叭以及装饰性的压铸件等。
第二章压铸模具温度场数值模拟的理论基础
模具温度场数值模拟必须首先建立合理的数学模型。温度场数学模型是以瞬态导热偏微分方程为基础的，此外还包括合理的初始条件、边界条件等。本章将详细介绍传热学基础、导热微分方程、初始条件及边界条件的确定。
2.1传热学基础
铸件凝固过程实际上是“铸件一模具一环境”之间的不稳定热交换过程。在铸件凝固过程中基本上包括了传热中的所有现象:热传导、热对流、热辐射。研究表明，在上述三种传热方式中，热量传递的物理本质是各不相同的。在液态金属注入模具后，液态金属内部的热量通过热传导到达铸件的表面，然后通过热辐射和热传导传递给铸型，再通过热传导到达铸型的外表面，最后通过热辐射和对流散发到环境中。与此同时铸型型腔内液态金属的温度不断下降，且温度不均匀。这种不均匀性造成了铸型型腔中的液态金属的热对流。
第三章 典型薄壁件压铸成形过程研究....................... 20-41
3.1 有限元法及ANSYS软件简介...................... 20-25
3.1.1 有限元法...................... 20-24
3.1.2 ANSYS软件简介...................... 24-25
3.2 压铸件与模具结构分...................... 25-27
3.3 工艺参数对压铸成形过程的影响...................... 27-28
3.4 仿真研究...................... 28-33
3.5 薄壁件盒盖压铸成形实验...................... 33-37
3.6 薄壁铸件模具温度场数值模拟...................... 37-41
第四章 开关盒压铸模具的设计...................... 41-52
4.1 压铸件的基本参数...................... 41
4.2 压铸机的选用 ......................41-43
4.3 分型面的设计 ......................43
4.4 浇注系统及溢流、排气系统的设计...................... 43-45
4.5 成型零件的设计...................... 45-49
4.6 装配图 49-52
第五章 薄壁开关盒铸件模具温度场...................... 52-61
5.1 实体造型及有限元网格划分...................... 52
5.2 参数设置及条件假设 ......................52-54
5.3 模拟结果...................... 54-57
5.4 压铸工艺参数与模具温度场分布...................... 57-61
结论
本文建立了分析薄壁压铸件模具瞬态温度场三维有限元模型，确定了温度场中的初始条件、边界条件。运用有限元分析软件ANSYS软件对薄壁铸件压铸模具的温度场进行了数值模拟，并利用传感器技术对压铸的过程进行实测实验。针对典型的薄壁压铸件开关盒，设计了该铸件的模具，并进一步用ANSYS软件对开关盒压铸模具进行温度场数值模拟，从型腔表面的升温速率，分析了压铸工艺参数对模具温度场的影响，得到了较好的生产工艺方案，这可对实际生产提出一定的指导性意见。
1.在预热温度为180℃，浇注温度为650℃的条件下，对薄壁盒体铸件的压铸模具温度场进行了数值模拟，在定模镶块的测温点处装上热电偶传感器，测出8个点在不同时刻的温度，绘制了模拟与实测的温度变化图，进而对有限元分析结果进行验证。通过对数值模拟与实测的温度分析，验证了ANSYS软件对压铸模的温度场进行数值模拟的可行性。
2.针对典型的薄壁压铸件开关盒，设计了该铸件的模具，并进一步用ANSYS软件对开关盒压铸模具进行温度场数值模拟，选择了型腔表面E面上A、B两点分析研究，并对A点处进一步分析，分析了不同的预热温度以及不同的浇注温度对模具温度场的影响。
3.在浇注温度为650℃的条件下，在金属液充入型腔后0-105这段时间内，当预热温度分别为180℃，200℃，220℃时，型腔表面E面上A点处平均升温速率分别为1435℃/s，13.05℃/s，12.95℃/s，在10-29.55这段时间内，平均升温速率为12.026℃/s，n.513℃/s，n.28℃/s。综合考虑，本铸件采用200℃的模具预热温度比较合理。
4.在预热温度为200℃的条件下，在金属液充入型腔后0-105这段时间内，当浇注温度分别为630℃，650℃，670℃时，型腔表面E面上A点处平均升温速率分别为12.9℃/s，13.05℃/s，14.1℃/s，在10-29.55这段时间内，平均升温速率为n.232℃/s，n.513℃/s，12.056℃/s。综合考虑，本铸件采用650℃的浇注温度比较合理。
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