一种一体化压铸汽车后地板压铸成形的方法

本发明涉及一种压铸汽车后地板成形的方法。

背景技术：

1、大型一体化压铸技术在生产成本、生产效率以及安全性能方面与传统制造工艺相比具有明显的优势。发展一体化压铸技术有助于新能源汽车成为更节能更环保的交通工具。在一体化压铸过程中，由于铸件尺寸和模具尺寸极大，工艺复杂，壁厚分布不均，一体化后地板中存在厚大的热节，传热较慢难以冷却，其中8个对称布置的凸台结构(4个大的，4个小的)的壁厚超过10cm，此结构导致此位置在凝固时冷却存在滞后，容易形成孤立液相区，形成缩松缩孔。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有的一体化压铸汽车后地板中8个对称布置的凸台结构的壁厚超过10cm，此位置在凝固时冷却存在滞后，容易形成孤立液相区，形成缩松缩孔的技术问题，而提供一种一体化压铸汽车后地板压铸成形的方法。

2、本发明的一体化压铸汽车后地板压铸成形的方法是按以下步骤进行的：

3、步骤一、将铸件合并以及进行有限元建模：将一体化后地板铸件、浇注系统和排溢系统合并，并将模型转化为x_t格式导入procast中的visual-mesh模块，再利用repair、assembly和intersection功能进行模型修复，得到三维模型；

4、步骤二、模型前处理：将步骤一得到的三维模型依次进行重力方向设置、材料设置、温度设置、换热系数设置、边界条件设置、冷却条件设置和仿真时间设置；

5、在gravity/virtual mold中设置重力方向为平行于后底板；

6、材料的质量分数组成为：si：8～11％，mg：0.1～0.4％，mn：0.4～0.8％，v：0.1～0.4％，zr：0.1～0.4％，zn：0.1～0.4％，fe：0.0～0.2％，其余为al；

7、选取的铝液浇铸温度在670℃～710℃，设置模具温度160～200℃；

8、传热系数为2000w/(m·℃)；

9、边界条件设置：动模与定模接触，压室与定模接触；

10、冷却条件：模具与铸件之间为传导传热，模具与空气接触为辐射传热，模具内部为冷却水道控制温度；

11、仿真时间：填充时间为1s；

12、步骤三、对压铸过程进行仿真是基于procast仿真软件：压铸参数与实际生产时保持一致；所述的压铸参数包括最大压射速度、慢速速度偏差、合模行程、压射压力、压头的慢压射速度、压头的快压射速度和加速度；

13、在一体化压铸充型过程中，液体充填速度极快，金属液被视作不可压缩流体，其流动服从质量守恒和动量守恒，用双方程湍流模型来描述湍流；

14、在凝固过程中温度释放包含热传导、对流换热和热辐射三种方式；

15、金属液与金属模具接触发生传热，用傅里叶定律导热微分方程描述：

16、

17、金属液内部之间、金属液与模具、模具与外侧空气环境之间一直存在着对流换热，用newton冷却定律描述：

18、q＝α(tf-tw)

19、热辐射通过电磁波传递能量，铸件和模具与大气之间通过热辐射传热，用空气热辐射定律描述：

20、

21、式中ρ——流体密度(kg/m3)；

22、q——换热热流通量(w/(m2·k))；

23、cp——定压比热容(j/kgk)；

24、q——热源项；

25、α——对流换热系数；

26、tf——流体特征温度(℃)；

27、tw——固体边界温度(℃)；

28、ts——表面绝对温度(℃)；

29、ε——辐射温度(℃)；

30、σ0——stefen-boltzman常数；

31、步骤四、将模具和铸件进行网格划分：由于一体化后地板的尺寸较大，使用小型网格自动划分可能导致网格数增加；而使用大型网格自动划分则可能无法确保网格质量，因此需要对铸件进行分块划分，其中铸件部分网格大小划分为4mm×4mm×4mm，浇注系统网格大小划分为15mm×15mm×15mm，溢流系统网格划分为6mm×6mm×6mm，以大大降低网格数量，并缩短计算时间；铸件形状尺寸巨大、形状复杂、壁厚较薄，因此无法完全自动化分网格，在轮罩处、纵梁与后地板平台处需要自行手动划分网格；

32、步骤五、根据上述的参数设置，将金属液倾倒进入压室而后静置2s，金属液与压室表面接触发生预结晶，随后将金属液压入模具型腔中进行填充和凝固，当铝液进入模腔2s后局部加载补压装置的补缩活塞开始工作，其在凸台位置的比压为120mpa～150mpa；

33、所述的局部加载补压装置是由进油口、活塞缸、固定螺栓、密封圈和补缩活塞组成；活塞缸的两端分别设置进油口和补缩活塞，补缩活塞与活塞缸为滑动连接，在活塞缸位于补缩活塞的一端设置密封圈，在活塞杆的外部均匀设置4个固定螺栓；一共设置8个局部加载补压装置，通过固定螺栓分别固定在后底板动模的8个凸台上，补缩活塞垂直于凸台表面且伸入凸台中；密封圈在保持模具型腔真空度的同时防止活塞缸中液压油的泄露；进油口与外部的高压油管相连，通过液压伺服电机控制补缩压力的大小以及移动速度；

34、共进行29组对比试验，考察在不同浇注温度、模具温度、压头的慢压射速度和压头的快压射速度四个参数组合下缩松缩孔缺陷的消除效果，选取最佳的参数；

35、步骤六、按照步骤五中数值模拟结果所得到的最佳参数进行压铸汽车后底板成形，具体的步骤如下：

36、a、后底板压铸机采用卧式压铸机，后底板分为动模和定模两大部分，定模与动模接触后形成汽车后底板的型腔，压室与定模连接将铝液送入型腔，在动模和定模中分布着模具的加热装置和凝固过程中的冷却水管；

37、b、首先采用压铸机将动模与定模移动进行合模，合模后模具型腔进行抽真空；

38、c、为防止金属液体倾倒压室后出现波浪，可能会导致流动的金属液夹杂空气，金属液倾倒进入压室而后静置2s，金属液逐渐平稳；

39、d、压铸过程中冲头采用多段式速度前进，包括低速慢压阶段、加速阶段和高速加压阶段；在低速慢压阶段中，冲头低速推进并密封浇料口，然后开始抽真空；当金属液集中于内浇口处完成低速压射阶段，在此过程需要将压室中的金属液充分填充，更好地利用真空系统排除压室中的气体，匀加速；

40、e、加速阶段中冲头速度迅速增大，动能转变为热能，提高金属液的流动性，以便后续充填型腔，加速度为400m/s2；

41、f、高速加压阶段，金属液充填型腔，一体化后地板为复杂的薄壁铸件，需要较高的压射速度，这一阶段在步骤e加速后的速度匀速运行至充型结束，需要持续维持压力，型腔内的压力为35mpa；

42、g、充型结束2s后采用局部加载补压装置的补缩活塞对凸台进行强制补缩；

43、h、铸件凝固后局部加载补压装置泄压退出，通过卧式压铸机将动模进行移动打开，取出成形件。

44、本发明首先通过模拟确定最佳工艺参数，然后进行压铸汽车后底板成形，一共配置8个局部加载补缩口，局部挤压比压达到120～150mpa，可对铸件所有热节区域和产品厚大部位实现局部挤压，提高产品致密度，避免缺陷。

45、本发明对凸台位置进行局部补压可以有效地实现局部的强制补缩，强制补缩对热节位置严重缩松缩孔缺陷的消除作用十分显著，这对提高一体化压铸后地板整体的力学性能非常有益。