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   作者：張毅           

      鑄件在凝固過(guò)程中，由于合金的體積收縮，容易在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)縮松、縮孔[ 2]，同時(shí)因?yàn)闈沧⑴乓缦到y(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，亦會(huì)在鑄件中形成氣孔缺陷。運(yùn)用鑄造凝固過(guò)程數(shù)值模擬[1]，可以預(yù)測(cè)金屬液從進(jìn)入型腔到完全冷卻的過(guò)程，預(yù)測(cè)微觀組織凝固缺陷，對(duì)出現(xiàn)缺陷的位置、大小及發(fā)生的時(shí)間進(jìn)行評(píng)估，從而改進(jìn)工藝，改進(jìn)鑄件的質(zhì)量，縮短試制周期，降低生產(chǎn)成本。

1  鑄件及結(jié)構(gòu)特征

    圖1為ADC12鋁壓鑄件的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，鑄件外形尺寸為150 mm×70 mm×90 mm，呈直筒狀，兩端的補(bǔ)縮距離較長(zhǎng)，在鑄件上側(cè)存在凸起狀結(jié)構(gòu)，類似于溢流槽結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生較多的縮孔及氣孔。鑄件下側(cè)為薄壁結(jié)構(gòu)，若補(bǔ)縮不足，易出現(xiàn)縮孔缺陷。在鑄件內(nèi)部有一處深腔薄壁環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在加工過(guò)程中該處發(fā)現(xiàn)較多縮孔及氣孔。圖2為鑄件澆注排溢系統(tǒng)，內(nèi)澆道設(shè)置在鑄件右端，將橫澆道、料柄等設(shè)置在鑄件下方，在金屬液最后充型的位置設(shè)置了兩個(gè)溢流槽，并在溢流槽后端加設(shè)排氣槽。

2  數(shù)值模擬分析

2.1模擬參數(shù)設(shè)置

    將鑄件在ProCAST中的Visual-mesh模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并導(dǎo)入到PreCAST模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。鑄件材質(zhì)為ADC12鋁合金，表1為ADC12鋁合金的化學(xué)成分，表2為模擬參數(shù)。

2.2  充型過(guò)程分析

    鑄件充型過(guò)程模擬結(jié)果見(jiàn)圖3�？梢钥闯�，當(dāng)t=0. 034 0 s時(shí)，金屬液在橢圓區(qū)域內(nèi)開(kāi)始匯合，并向鑄件右端收攏，此處形成閉合區(qū)域，易造成卷氣現(xiàn)象，同時(shí)金屬液沖擊劇烈，流態(tài)紊亂并容易對(duì)模具造成損傷(見(jiàn)圖3a)。從壓鑄件充型時(shí)間圖（見(jiàn)圖4）可以看出，橢圓區(qū)

域內(nèi)金屬液最后充填，排氣困難，同時(shí)此處的金屬液絕大部分為冷污金屬液，含雜質(zhì)較多。當(dāng)t=0. 036 4 s時(shí)，由于澆注方向的局限性，金屬液以較快速度優(yōu)先充填鑄件的側(cè)壁型腔（見(jiàn)圖3b）。當(dāng)t=0. 040 9 s時(shí)，金屬液繼續(xù)向下充填，當(dāng)金屬液充填到鑄件左端時(shí)，并未充填鑄件下側(cè)，并形成狹長(zhǎng)的鏤空狀（見(jiàn)圖3。橢圓）。當(dāng)t=0.043 0 s時(shí)，金屬液向鑄件下側(cè)充填，并且鑄件左側(cè)金屬液充填速度快于右側(cè)并向右下側(cè)包攏(見(jiàn)圖3d)。當(dāng)t=0. 047 1 s時(shí)，金屬液充填鑄件下端，下端橢圓區(qū)域是鑄件薄壁和厚壁連接的區(qū)域（見(jiàn)圖3e），同時(shí)，上階段的金屬液將氣體驅(qū)趕至該區(qū)域，故圖4中的橢圓區(qū)域是鑄件氣孔及縮松、縮孔的高危險(xiǎn)區(qū)，同時(shí)，在鑄件上端的圓形區(qū)域（見(jiàn)圖3e）內(nèi)亦存在熱節(jié)且排氣不    良[3～5]。當(dāng)t=0．051 2 s時(shí)，金屬液即將完成充型，在    鑄件右下側(cè)形成閉合區(qū)域，易造成卷氣(見(jiàn)圖3f)。

    圖5為液體未充型區(qū)圖，其中灰暗部分代表該時(shí)刻金屬液未充填區(qū)域。t=0. 019 1 s時(shí)，為金屬液充填初期，橢圓澆道位置存在一部分鏤空，在后續(xù)充填過(guò)程中極易卷入氣體，并被帶人型腔形成氣孔（見(jiàn)圖Sa）。t=0. 045 1 s時(shí)，鑄件主體部分已經(jīng)充型完成，即將充填鑄件左端的溢流槽，然而圖5b中的圓圈區(qū)域還未開(kāi)始充型，導(dǎo)致該處氣體排氣通道阻斷不良，同時(shí)此處屬于模具的深窄盲槽，極易在壓鑄過(guò)程中形成嚴(yán)重的表面缺陷（見(jiàn)圖5b）。

3  模具工藝優(yōu)化

    針對(duì)鑄件充型過(guò)程的分析結(jié)果，對(duì)鑄件澆注排溢系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[6~9]，以求改善局部區(qū)域縮孔及氣孔率較高的問(wèn)題，見(jiàn)圖6�？梢钥闯觯瑢�A處主橫澆道分出一條分支澆道，通向鑄件的右下端部位，提高金屬液對(duì)鑄件左側(cè)部分的補(bǔ)縮能力，并改善鑄件下側(cè)充型緩慢的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)順序充填。在B處增設(shè)溢流槽，實(shí)現(xiàn)該處冷污金屬液的集渣效果并調(diào)節(jié)其紊亂流態(tài)；同時(shí)在該溢流槽上增設(shè)排氣槽，加強(qiáng)排氣效果。在C處亦增設(shè)溢流槽，轉(zhuǎn)移該處壁厚區(qū)存在的熱節(jié)。

    圖7為模具優(yōu)化方案。針對(duì)t-0.019 1 s時(shí)的液體未充型區(qū)的分析結(jié)果，對(duì)澆道做出適當(dāng)修改，使得澆道截面積逐漸減小，避免裹氣現(xiàn)象。針對(duì)t=0. 045 1 s時(shí)液體未充型區(qū)圖的分析結(jié)果，對(duì)鑄件左側(cè)的型芯桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在芯軸處鉆出通孔并內(nèi)嵌入頂針(見(jiàn)圖7a)，同時(shí)將型芯端部做成凹陷狀以防止粘模，并在頂針周圍做出4個(gè)引流槽，引導(dǎo)雜質(zhì)氣體的流向并通過(guò)頂針與型芯之間的縫隙將氣體排出（見(jiàn)圖7b）。

4模擬驗(yàn)證

    對(duì)改進(jìn)后的澆注排溢系統(tǒng)再次進(jìn)行ProCAST模擬，觀察其模擬結(jié)果（見(jiàn)圖8），可以看出在鑄件關(guān)鍵位置無(wú)明顯的縮松、縮孔缺陷。

5  結(jié)  語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ADC12鋁合金壓鑄件結(jié)構(gòu)及其澆注排溢系統(tǒng)進(jìn)行剖析，運(yùn)用ProCAST軟件對(duì)鑄件充型過(guò)程進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)到易出現(xiàn)縮孔和氣孔的區(qū)域。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)生縮孔及氣孔缺陷的位置，提出了優(yōu)化方案，對(duì)模具型芯及澆注排溢系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。經(jīng)檢驗(yàn)，該產(chǎn)品合格率得到明顯提升。 

6 摘  要針對(duì)ADC12鋁合金壓鑄件縮孔及氣孔率較高的問(wèn)題，運(yùn)用ProCAST軟件對(duì)鑄件的充型過(guò)程進(jìn)行仿真，結(jié)合鑄件的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)鑄件縮孔及氣孔高發(fā)區(qū)進(jìn)行缺陷分析，并預(yù)測(cè)鑄件其他區(qū)域可能存在的缺陷問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有鑄件的模具工藝進(jìn)行評(píng)估并改進(jìn)。結(jié)果表明，改進(jìn)后的鑄件毛坯結(jié)構(gòu)和模具型芯能夠減少和消除了縮孔及氣孔缺陷。