复杂箱体消失模铸造模具结构分析和受力分析

·1分类号学号M201070754学校代码10487密级硕士学位论文复杂箱体消失模铸造模具结构分析和受力分析学位申请人：柯吟霙学科专业：材料工程指导教师：吴志超副教授答辩日期：2012年5月26日·2AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringAnalysisonStructandForceofComplexBoxMoldviaLostFoamCastingCandidate:KeYinyingMajor:MaterialEngineeringSupervisor:AssociateProf.WuZhichaoHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2012·3独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。不保密□.（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月本论文属于华中科技大学硕士学位论文I摘要箱体零件是机器或部件的基础零件，普遍具有形状复杂、壁薄且较均匀、内部呈腔形、隔板和凹槽特征较多等特点，十分适合采用消失模铸造工艺，并在实际生产中得到了广泛应用。消失模铸造工艺的成败50％取决于泡沫模样质量，而模样的制造过程决定其性能，其中的关键技术包括消失模模具设计、泡沫珠粒发泡成型以及泡沫模样脱模。通过实验获得基本数据并借助UG和ANSYS软件，从消失模模具设计、泡沫发泡成型对模具的影响、泡沫模样脱模过程分析三个方面展开研究，为复杂箱体消失模铸造泡沫模样变形提供数据支持。使用UG软件，分别采用模样分片制模思路和整体制模思路完成薄壁复杂箱体的消失模发泡模具设计，通过两种模具的实际应用可知，不合理的分片会导致模样变形严重，大大降低产品合格率。通过模腔压力检测实验确定模腔受到的压强为0.09MPa左右。利用该数据完成模具型腔受力情况分析，可得出泡沫膨胀压力对模具变形有影响，可能导致泡沫模样厚度增加；对分片式制模思路得到的模具进行分析可知型腔的变形以及应力应变主要发生在侧面与端面交接的区域，可以推出分片式制模得到的泡沫模片在粘接面变形较大，与实际应用情况相印证。通过对泡沫模样在脱模时的受力情况进行模拟，可知引起变形的主要原因是喷气塞中通过的压缩空气压力作用于泡沫模样型腔壁使其存在向外的张力；并对模样进行工艺优化，可知选择脱模力为0.2MPa左右较为合适，在保证可以顺利脱模的同时获得完整的高质量的泡沫模样。关键词：消失模，模样变形，模具设计，发泡成型，静力学分析华中科技大学硕士学位论文IIAbstractTheboxpartsarethebaseofthemachineoritselements,whichgenerallyhavefeatureslikecomplicatedshapes,evenwallthickness,clapboardsandsockets,etc.Thusthelostfoamcastingprocessisverysuitableforthepartsandhasbeenwidelyusedintheindustrialproductions.Thequalityoffoamisthekeytothesuccessoflostfoamcastingprocedure,inadditionthatthemold'sproducingprocessdeterminesitsqualities.Thekeytechnologiesoftheproductionprocessinclude:thedesignofthelostfoammold,thefoaminflatingmoldingofthefoampeaberryandthedemoldingprocessofthefoampatterns.WiththehelpofUGandANSYSandthedatacollectedfromexperiments,thisissueistobediscussedaboutinthreeaspects:thedesignoflostfoammold,theaffectionsofthefoaminflationmoldingonthemoldandthedemoldingprocessofthefoampattern,whichalsoofferthedatasupportfortheresearchintothedeformationsofthecomplicatedboxpartsinlostfoamcasting.Themolddesignwasconductedwithtwomethods:moldingoffragmentandmoldingofintegrity.Knowingfromthepracticalapplications,inappropriatefragmentingwillleadtoheavydeformationoffoampatterns,whichwillgreatlylessentherateofproductionasaresult.Thedetectionexperimentsdeterminethepressureofthemoldas0.09MPa.Accordingtothestressandthestructureoptimizinganalysis,resultscanbeconcludedthatthefoaminflatingpressurehassignificantimpactonthemolddeformation,andincreasingthethicknessofthepattern.Throughtheanalysisofthefragmentingmold,itcanbeseenthatthedeformationandthestrainofthemoldcavitymainlyhappenedontheintersectingareasofthesidesandthetopsurfaceswhichinfersthatthedeformationonboundingsidesofthefoampatternpiecesofthefragmentingmoldingwasbig.Itagreeswiththereality.Thedemoldingforcesofthefoampatternswereanalyzed,anditwasfoundthattheunevengaspressurefromtheventscausestheoutertensionofthefoampatterns.Bytheoptimizingprocess,theproperdemoldingforceisdecidedas0.2MPawhichcouldguaranteethecompletehigh-qualifiedfoampatternwhenassuringsuccessful华中科技大学硕士学位论文IIIdrawingofpatterns.Thepracticalproductionwassupportedbythetheoryfoundation.Keywords：LFC，deformation，molddesign，foammolding，StructuralStaticAnalysis华中科技大学硕士学位论文IV目录摘要......................................................IAbstract.................................................II1.绪论1.1课题来源、目的及意义..............................（1）1.2国内外研究现状与发展..............................（2）1.3课题组研究情况....................................（8）1.4论文主要研究内容..................................（9）2.复杂箱体消失模模具CAD2.1基于UG的复杂箱体三维CAD.........................（10）2.2复杂箱体消失模模具CAD............................（14）2.3本章小结.........................................（24）3.基于ANSYS的消失模模具结构静力分析CAE3.1消失模发泡成型模腔压力检测实验...................（25）3.2基于ANSYS的消失模模具结构静力分析...............（32）3.3模具结构静力分析结果.............................（37）3.4本章小结.........................................（41）4.基于UG的消失模泡沫模样脱模过程静力分析CAE4.1泡沫模样脱模过程静力分析.........................（42）华中科技大学硕士学位论文V4.2改变蒸汽压力.....................................（48）4.3本章小结.........................................（50）5.结论与展望5.1全文总结.........................................（51）5.2研究展望.........................................（52）致谢.................................................（53）参考文献.............................................（54）华中科技大学硕士学位论文11.绪论1.1课题来源、目的及意义1.1.1课题来源本课题是自选课题，来源于华中科技大学材料科学与工程学院模具重点实验室与武钢合作项目，主要针对消失模铸造生产实际过程中存在的产品变形问题，研究模具结构及其受力情况对泡沫模样变形的影响。1.1.2课题目的及意义消失模铸造（LostFoamCasting，简称LFC）工艺是一种几近无余量、精确成型的铸造工艺，因其不需要分型和下芯而最大限度地降低了铸件形状复杂带来的生产难度，且铸件的尺寸精度比砂型铸造有所提高，大规模生产时成本也比砂型铸造低，被国内越来越多的工厂采用来制作一些复杂异型铸件[1]。我国消失模铸造工艺应用最为成功的铸件之一是箱体类零件。箱体零件一般是均匀壁厚，具有壳体，隔板，凹槽等特征，倘若采用传统的砂型铸造，需要通过型芯装配组成壳体空腔，从而导致尺寸精度得不到保证、废品率高等缺点，采用消失模铸造工艺后，在成本下降的同时，铸件的质量也有了较大的提高[2]。但是目前箱体零件消失模铸造生产厂家普遍面