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 李平  趙焰杰

（河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）

摘要  根據(jù)鋁合金殼體壓鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行了澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用華鑄CAE軟件進(jìn)行了充型過程模擬，根據(jù)模擬結(jié)果確定在金屬液最先、最后充型部位和匯合處，即底部法蘭處設(shè)置了4個(gè)溢流槽，溢流槽外側(cè)設(shè)置了排氣槽。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，生產(chǎn)過程中殼體壓鑄件的氣孔等鑄造缺陷少，設(shè)計(jì)的澆注、溢流系統(tǒng)獲得了較好的效果。

關(guān)鍵詞  殼體壓鑄件；澆注和溢流系統(tǒng)；數(shù)值模擬；鑄造缺陷

 壓鑄工藝可獲得輪廓清晰、尺寸精度和表面光潔度高的鑄件，在汽車、摩托車等行業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。但由于壓鑄過程是在高壓、高速過程中進(jìn)行的，因此易出現(xiàn)氣孔等鑄造缺陷。由此，對(duì)壓鑄工藝中澆注、溢流和排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高要求。以往溢流槽的設(shè)置主要依賴經(jīng)驗(yàn)，通過試驗(yàn)分析澆注的金屬液的流態(tài)和缺陷情況，來確定溢流槽的設(shè)置，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長、成本增加和效率低下。采用鑄造CAE模擬軟件，可以在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，根據(jù)模擬結(jié)果合理確定溢流槽的布置，縮短開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本和提高設(shè)計(jì)及生產(chǎn)效率。本課題進(jìn)行了某壓鑄鋁合金殼體的澆注溢流系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用CAE數(shù)值模擬方法確定了溢流槽的合理設(shè)置。

1  零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

壓鑄件材質(zhì)為ADC12，圖1為鑄件的三維模型。鑄件的外形尺寸為140 mm×113.5 mm×80.5 mm，平均壁厚為3.8 mm，鑄件質(zhì)量約為0.46 kg;鑄件外觀不允許有欠鑄、冷隔、渣孔、氣泡、縮孔等鑄造缺陷，加工表面不允許有氣孔缺陷。由于鑄件有上下法蘭，兩側(cè)有圓柱耳朵（圓柱中間孔由型芯形成），這些部位如設(shè)置不當(dāng)，壓鑄過程中易引起憋氣，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。

2  澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)分析

 分型面選在零件圓柱型通孔中間，兩個(gè)圓柱孔耳朵的空心圓柱結(jié)構(gòu)分別在定模和動(dòng)模中，一模一件。內(nèi)澆口厚度取2 mm，直澆道（余料）直徑取60 mm。澆注系統(tǒng)中無溢流槽。

2.2模擬分析

無溢流槽澆注系統(tǒng)充型模擬結(jié)果見圖2�？梢钥闯�，金屬液經(jīng)澆注系統(tǒng)(見圖2a、圖2b)首先充填鑄件的下半部分和靠近內(nèi)澆口一側(cè)法蘭面（見2c、圖2d），在下半部分遠(yuǎn)端為首股金屬液充填部位（見圖2c、圖2d），故此處需設(shè)置溢流槽；鑄件上半部分為后充填部位，兩側(cè)圓柱孔耳朵管口處、遠(yuǎn)端法蘭的上部和主體圓筒壁的上部凸起部位為最后充填部位（見圖2d、圖2e）。兩側(cè)圓柱孔采用抽芯形成，可利用型芯間隙排氣；主體圓筒壁的上部凸起部位可利用分型面間隙排氣；遠(yuǎn)端法蘭處需設(shè)置溢流槽排氣；到0. 020 175 s時(shí)整個(gè)型腔充滿(見圖2f)。

3  溢流槽設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)方案

按圖2模擬結(jié)果，在金屬液最先、最后充型部位和匯合處設(shè)置溢流槽，本鑄件的溢流槽尺寸為A - 35mm,a=6 mm,H =14 mm,c=2 mm,b=10 mm,B=35 mm(其中，A為溢流槽長度，B為溢流槽寬度，H為溢流槽厚度，a為溢流口長度，b為溢流口寬度，c為溢流口厚度）。圖3為帶溢流槽的設(shè)計(jì)方案，在底部法蘭處設(shè)置了4個(gè)溢流槽。溢流槽外側(cè)設(shè)置排氣槽（與溢流槽連接處厚度為0,1 mm），兩側(cè)圓柱耳朵處利用型芯間隙排氣。

3.2模擬結(jié)果及分析

圖4為帶溢流槽的澆注系統(tǒng)的充型模擬結(jié)果。可以看出，與未加溢流槽時(shí)的充填順序基本一致，但要均勻平穩(wěn)一些。金屬液經(jīng)澆注系統(tǒng)（見圖4a），首先充填鑄件的下半部分（見4b），流經(jīng)下半部分遠(yuǎn)端的首股金屬液，進(jìn)入遠(yuǎn)端法蘭下部設(shè)置的兩個(gè)溢流槽中(見圖4c)，表明此處溢流槽可以起到很好的儲(chǔ)存含有卷氣和夾渣物的冷污金屬液的效果；金屬液逐漸充填鑄件上半部分、兩側(cè)圓柱孔耳朵管口處、遠(yuǎn)端法蘭的上部和主體圓筒壁的上部凸起部位（見圖4d），4個(gè)溢流槽為最后充填部位(見圖4e)，這進(jìn)一步說明溢流槽布置的合理性；到0. 021 342 s時(shí)整個(gè)型腔充滿(見圖4f)，與圖2f充型相比，時(shí)間稍長一點(diǎn)。設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)及溢流槽經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，鑄件氣孔、冷隔等鑄造缺陷少，圖5為生產(chǎn)的壓鑄殼體件。

4  結(jié)語

 針對(duì)鋁合金殼體壓鑄件特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出澆注系統(tǒng)，并借助CAE模擬軟件設(shè)計(jì)出合理的溢流排氣系統(tǒng)，減少了設(shè)計(jì)的盲目性，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，鑄件氣孔等廢品率低。