【摘要】：利用ProCAST軟件對鋁合金輪轂低壓鑄造過程中鑄件及壓鑄模具進行溫度場和應力場的耦合模擬。對模具結構、壓鑄工藝參數(shù)進行優(yōu)化,采用中心復合試驗法設計多組試驗并進行數(shù)值模擬,分析各自變量對充型過程及模具影響因素的大小,得到自變量與目標量之間的響應面和映射關系。以模具輕量化/低熱應力/高效率為目標建立優(yōu)化模型,采用NSGA-Ⅱ算法進行多目標優(yōu)化并獲得Pareto優(yōu)化解,達到提高鑄件品質,延長模具壽命的目的。
【圖文】：

過程中出現(xiàn)的問題主要有：①模具底模在長時間壓鑄之后會出現(xiàn)熱變形，影響輪轂的精度；②輪轂熱節(jié)處會產(chǎn)生縮孔缺陷，降低車輪強度。根據(jù)建立的數(shù)學模型以及確定的熱物性參數(shù)、邊界條件以及初始條件用ＰｒｏＣＡＳＴ軟件進行模擬，得到了低壓鑄造充型和凝固過程中模具的溫度場及各部位應圖１模具裝配剖視圖圖２輪轂３Ｄ視圖圖３增壓曲線力值與時間的關系。１．１模具溫度場在ＶｉｓｉｕａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ中顯示出裝配模具，分別截取不同時刻下模具溫度場分布圖，見圖４。在鑄造過程中，為了實現(xiàn)鑄件的順序凝固，在上模水道位置通入冷卻水。從圖４可以看出，冷卻水使得水道位置的溫度（ａ）１５ｓ（ｂ）４３ｓ（ｃ）１４８ｓ（ｄ）２９７ｓ圖４模具溫度場分布明顯低于模具其他位置，在下一個壓鑄過程開始之前，水道位置的溫度會逐漸回升，從而使上模水道位置會產(chǎn)生周期性的溫度變化，這種劇烈的溫度變化最終導致上模水道位置產(chǎn)生了微觀裂紋。１．２模具應力場圖５為模具在鑄件冷卻過程中某一時刻的應力分布情況。圖５模具應力分布剖面圖從圖５可以看出，底模接觸鋁液的一側受到了很大的壓應力，這是因為高溫鋁合金液澆注之后熱量首先傳遞到底模內側，致使內側產(chǎn)生了較大的熱應力（許用應力之內）。在一個壓鑄過程結束之后模具溫度會逐漸恢復到預熱時的溫度，如此交替的溫度變化會使底模產(chǎn)生周期性的壓應力。根據(jù)技術指標，，一套模具要生產(chǎn)２～３萬件輪轂，在模具使用后期由于周期性壓應力的作用，使底模產(chǎn)生塑性變形累積，最終降低鑄件的尺寸精度。２壓鑄工藝及模具結構優(yōu)化的響應面和參數(shù)方程２．１中心復合試驗設計

調整到合適的大校２．２．２邊模最大應力與自變量的關系及響應面模型為了得到邊模最大應力與自變量參數(shù)間映射關系，采用相同的方法對表２進行了二階響應面線性回歸，其回歸方程預測模型及響應面模型如下：ｙ２＝５７９．０４－０．０６８ｘ１－１．６２ｘ２－２．５２ｘ３＋１．８８×１０－３ｘ１ｘ２－０．０１９ｘ１ｘ３＋３．１３×１０－３ｘ２ｘ３－４．９７×１０－３ｘ２１＋９．６９×１０－４ｘ２２＋０．０９７ｘ２３（３）圖７為對應的響應面圖。由圖７及回歸方程可知，鋁液澆注溫度和邊模壁厚均對邊模壓應力有較大影響，隨著澆注溫度降低，壓應力逐漸減�。浑S著邊模壁厚的逐漸減薄，壓應力逐漸增大。圖７鋁液澆注溫度－邊模厚度對邊模壓應力響應面圖３壓鑄工藝及模具結構的多目標優(yōu)化３．１模型建立根據(jù)得到的參數(shù)方程，選用ＮＳＧＡ－Ⅱ算法進行多目標優(yōu)化，結合實際情況，對所要研究的問題進行如下建模：最小值：ｙ１＝５５７．９６＋２．７７ｘ１－１．４７ｘ２－２０．１７ｘ３－３．１３×１０－３ｘ１ｘ２＋０．０６９ｘ１ｘ３＋０．０２２ｘ２ｘ２－２．６４×１０－３ｘ２１＋１．５５×１０－３ｘ２２＋０．１１ｘ２３（４）最大值：ｙ２＝５７９．０４－０．０６８ｘ１－１．６２ｘ２－２．５２ｘ３＋１．８８×１０－３ｘ１ｘ２－０．０１９ｘ１ｘ３＋３．１３×１０－３ｘ２ｘ３－４．９７×１０－３ｘ２１＋９．６９×１０－４ｘ２２＋０．０９７ｘ２３（

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