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1、汽车差速器结构有限元分析摘要随着社会发展,铝合金压铸件的应用越来越广泛。但是由于各种因素,铝合金压铸件存在着诸多缺陷,如缩孔、缩松、气孔、裂纹、氧化夹杂等。这些缺陷制约了压铸件工业的发展,影响压铸件的力学性能,安全性能。压铸过程数值模拟是现代铸造工业的重要手段,通过对工艺参数的分析研究,可以优化方案,从而确保铸件质量,提高生产效率。这也为铸造工程师提供新的途径来研究压铸过程。本文主要是运用 ANSYS 分析软件,对汽车铝合金差速器支架和发动机悬置隔垫进行分析,观察其缺陷,然后针对这些缺陷进行工艺优化、改进。优化后再模拟。本文进行的受力分析,为优化压铸工艺提供了理论依据和指导,实现了数值模拟的意
2、义。关键词：压铸 ADC12铝合金 支架隔垫 有限元分析The automobile differential structure finite element analysisAbstractWith the development of the society, there is an increasingly wide use of aluminum die casting. However, due to various factors, many defects exist in the aluminum die casting, such as shrinkage cavity,
3、shrinkage porosity, pores, cracks and oxide inclusion, etc. These defects restrict the development of casting industry and influence the mechanical properties and safety performance of die casting.Numerical simulation of die casting process in an important way in modern casting industry. Forecasting
4、 the quality of aluminum gear housing by simulating can reduse the blindness of the development of die casting process; through the analysis of process paraments, the program can be optimized so as to ensure the quality of casting and improve production efficiency . This also provides a new way for
5、foundry engineers to study die-casting process.This paper mainly uses ANSYS to stress analysis on differential stents and the engine mount the pad,then to optimize and improve these defects. And simulation again.In this paper , the simulation analysis provides theoretical basis and guidance for opti
6、mizing the die casting process to realize the significance of the numerical simulation.Key words: die casting adc12aluminum alloy stents septa finite element analysis目录目录III第1章绪论11.1 课题背景11.2 铝合金及adc12型铝合金的性能特点11.2.1 晶体特性11.2.2 理化性能21.2.2 理化性能21.2.3 铝及铝合金热轧组织与性能变化31.3 铝合金的分类及应用41.3.1 铝合金的分类41.3.2 铝及
7、ADC12合金的应用51.4 本文研究容5第2章压铸工艺形成的ADC12铝合金力学性能的研究62.1 铸造铝合金的介绍62.2 ADCl21R 合金成分设计62.3 实验结果与分析72.4 讨论92.5 本章总结10第3章铸造铝合金缩孔形成理论123.1 铸造分类及特点123.2 铸造的缺陷123.3 铝合金铸件缩孔形成机理133.4 铝合金铸件中影响缩孔形成的因素133.5 原始状态铸件性能与挤压铸造性能对比143.6 本章小结15第4章有限元法与ANSYS164.1 有限元分析方法概述164.2 有限元分析的基本思想164.3 ANSYS的主要功能174.4 ANSYS提供的分析类型184
8、.5 本章总结19第5章 丰田422aRAV4差速器支架及发动机悬置隔垫有限元分析205.1 零件模型205.2 网格划分225.3 各零件在不同工况的受力情况及其分析245.4 本章总结38致40参考文献41附录42 / 第1章 绪论节约资源和能源、改善各种建筑机械的结构已成为人类生产生活中所追求的重要目的,材料的轻量化显然是有效的发展途径之一,其中铝合金密度低和力学性能好而且易于加工成型,因此成为轻量化首选的金属材料。进入21世纪以来,世界铝及铝加工业获得了迅猛的发展,我国的铝及铝加工业也掀起了第三次发展高潮。20XX,世界原铝产量达3880万吨其中废铝产量1700万吨,铝材消费总量达42
9、75万吨；铝加工材年产量达3200万吨,并仍以5%6%的年增长率增长；我国原铝产量达1260万吨其中废铝产量250万吨,连续五年居世界首位；铝加工材年产量达1176万吨,一举超过美国为世界加工材产量最大的国家1。但是我们应该清楚的看到,我国铝加工材在品种、质量以及综合经济效益指标等方面与国际先进水平仍有一定差距。铝合金保持了质轻的特点,且机械性能明显提高。成本低,而且使用一种加工工艺可以大量生产同样的零部件,这也是他的特点之一。它的材料特性是轻、容易加工、以及在可耐强度方面不象碳素纤维有一个最大受力围。还有就是铝合金容易加工和具有高度的散热性。特别是车辆引擎部分特别适合使用铝合金材料。这里几乎
10、完全是铝合金的一家天下。此外,铝合金的加工工艺多种多样。通用性较强。1.1 课题背景不久前吉星机械为了给丰田422a RAV4车型生产汽车差速器支架及发动机悬置隔垫,由于是铸造工艺,铝合金毛坯件的气孔问题无法避免,所以分析这些零件的受力分析以便在铸造过程中在危险区域注意加工,使气孔率分布在不危险的区域 ,使零件拥有更长的寿命,此课题由此产生,其结果对提高该铝合金生产效益有重大意义。本文通过受力分析预测危险点,并与实际对比,检验试验数据的正确性。最终以此为依据指导下一批铸造的生产,提高经济效益。1.2 铝合金及adc12型铝合金的性能特点1.2.1 晶体特性铝是元素周期表中第三周期主族元素,具有
11、面心立方点阵,高纯铝的晶格常数为4.049410-10。对于5083铝合金,它属于Al-Mg二元体系,大致有四种相：复杂面心立方、复杂菱形六面体、体心立方、尚未确定,其中相的表达式为：-Al3Mg2、-Al30Mg23、-Al12Mg17。21.2.2 理化性能铝是元素周期表中第三周期主族元素,具有面心立方点阵,高纯铝的晶格常数为4.049410-10。对于5083铝合金,它属于Al-Mg二元体系,大致有四种相：复杂面心立方、复杂菱形六面体、体心立方、尚未确定,其中相的表达式为：-Al3Mg2、-Al30Mg23、-Al12Mg17。21.2.2 理化性能铝的密度为2.72g/cm3,约为铁的
12、1/3,故铝基合金的密度都比较小,一般在2.52.88g/cm3之间,但比强度高,可与合金钢相比。比刚度高,可与镁合金材料及钢材相当,但远高于工程塑料。详细的热学性能、电学性能及膨胀系数等数据如表1-1所示2。表1-1物理性能性能高纯铝99.996%工业纯铝99.5%晶格常数20%,10-104.04944.04密度20,kgm-3700,kgm-3269827102.373熔点,660.24约650沸点,2060溶解热,105J/kg3.9613.894燃烧热,107J/kg3.0943.108凝固体积收缩率/%6.6比热容100,JkgK-1934.92964.74导热率25,WmK-12
13、35.2222.6O状态线膨胀系数20100,mmK-1100300,mmK-124.5823.525.4525.6弹性模量,MPa70000电导率,Sm-164.9459O状态57H状态电阻率20,m0.0267O状态0.0292O状态0.0302H状态电阻温度系数,m/K0.10.1体积磁化率,10-76.276.26磁导率,H/m1.01.0反射率,%87,%90,%97折光率白光0.781.48吸收率白光2.853.92辐射能25,大气中,W/m20.0350.06注：O状态：退火状态,H状态：加工硬化状态铝还具有比其它有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性,如良好的耐蚀性和耐候性；
14、良好的塑性和加工能力；良好的导电性和导热性；良好的耐低温性能,对光热电波的反射率高,表面性能好；无磁性；基本无毒；有吸引音性；耐酸性好；抗辐射性能好；弹性系数小；良好的理想性能；优良的铸造性能和焊接性能；良好的撞击性、此为,铝材的高温性能、成型性能、切削加工性能、铆接性能、胶合性能及表面处理性能等也很好。因此铝材在航空、航天、交通运输、电子电器、冶金化工、机械制造、包装防腐、电器家具、等领域都获得了广泛应用。其中5系合金中的主要合金元素是镁。镁在铝中的溶解度很大,在共晶温度451下镁的溶解度高达14.9%质量,随温度降低,溶解度很快下降,在常温下约为1.7%,但过饱和的固溶体分解慢,不用特别处理。一般商用5系合金中含镁0.5%6.0%质量。另外还含微量的Mn和Cr,以提高合金强度和耐腐蚀性,但锰含量过高是会显著降低合金塑性,特别是含微量钠是容易在热轧过程中发生钠脆；Cr可以提高合金耐蚀性,还能抑制晶核形成和晶粒长大。ADC12型合金各成分具体含量见表1-23。铝铜Cu硅Si镁Mg锌Zn铁Fe锰Mn镍Ni锡Sn余量1.53.59.612.0.0.31.00.90.50.5
