壓鑄模生產(chǎn)裂紋分析與改善

Cast-Designer v7.5 去年推出全新模塊CDPE，全稱（Cast-Designer Performance）。該模塊采用了固體力學(xué)的三維非線性有限元求解器，目的是結(jié)合鑄件的缺陷（縮孔、氣孔、殘余應(yīng)力）通過載荷邊界條件（裝配、受力、熱）等，分析鑄件在扭矩試驗(yàn)、壓力測試等情況下的機(jī)械性能。 

經(jīng)過一年的應(yīng)用，CDPE的分析對象從鑄件，延伸到了模具和后加工過程的力學(xué)分析。接下來幾篇短文，均來自于全球頂級汽車配件供應(yīng)商（全球前十），其中包括自動變速箱、發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零部件等領(lǐng)導(dǎo)者。

缺陷：壓鑄模生產(chǎn)裂紋

模具生產(chǎn)中，局部產(chǎn)生裂紋

*** Detailof Mould ***

Project Area  :  537.43  cm2

Casting Pressure : 600 kgf/cm2

Total force of Lower Slide Core is =322.5kgf

在壓鑄生產(chǎn)中，模具損壞最常見的形式是裂紋、開裂。應(yīng)力是導(dǎo)致模具損壞的主要原因。熱、機(jī)械、化學(xué)、操作沖擊都是產(chǎn)生應(yīng)力之源，包括有機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。而且裂紋的發(fā)展很快，沿著某個方向延伸。

毛坯質(zhì)量、表面處理、模具溫度、充型的高壓沖擊、熱應(yīng)力、開模的機(jī)械應(yīng)力、生產(chǎn)過程這些因數(shù)都是造成裂紋的因數(shù)。（分析起來非常復(fù)雜，具體可以百度一下進(jìn)行科普）

CDPE 分析：

今天，我們重點(diǎn)關(guān)注是合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如何通過模具結(jié)構(gòu)的改變，在不改變其生產(chǎn)條件下，減少重點(diǎn)位置的應(yīng)力集中。

以下是具體的約束條件和加載邊界條件，黃色面為固定面，藍(lán)色面為接觸面。在下滑塊中施加 322,458 kgf 的力，同時考慮 1,650,000 kgf 的鎖模力。

通常，要做力學(xué)性能分析，需要使用到大型的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析軟件。因?yàn)槟壳吧逃玫蔫T造分析軟件中，分析的重點(diǎn)是充型、凝固、模具溫度等。而對于受力載荷則是無能為力了。C3P Cast-Designer CDPE 模塊，填補(bǔ)了鑄造分析軟件不能分析結(jié)構(gòu)力學(xué)的空白。

從現(xiàn)有結(jié)果來看，原設(shè)計(jì)的最大主應(yīng)力結(jié)果值約為300MPa+，接近材料的屈服應(yīng)力。可見該應(yīng)力區(qū)域與裂紋區(qū)域吻合。

結(jié)構(gòu)改善與優(yōu)化：

新的設(shè)計(jì)中，對于Lower Slide Core的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，見下圖：

新設(shè)計(jì)中，最大主應(yīng)力數(shù)值從300Mpa+ 降低到230MPa左右。如果我們考慮溫度的影響，它接近材料的屈服應(yīng)力，但仍然是安全的。而且應(yīng)力分布更為平均，沒有出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況。同時，新設(shè)計(jì)除了結(jié)構(gòu)和形狀改變外，去掉了兩個中孔，減少和避免裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展的風(fēng)險。

在此，我算是“拋磚引玉”吧，對于CDPE，還有很多的意想不到的延伸應(yīng)用。不知道是否算“前沿應(yīng)用”，僅供有需求的朋友們參考。

C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設(shè)計(jì)與分析的經(jīng)驗(yàn)。雖然是點(diǎn)點(diǎn)滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡請點(diǎn)贊轉(zhuǎn)發(fā)。

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