汽車用減震塔部件屬于大型薄殼鋁合金鑄件，整體呈現(xiàn)弧形，且在造型上存在較多縱橫交錯的加強(qiáng)筋和肋片，同時也存在局部的圓臺特征，這些都對壓鑄過程中的金屬液順序充型造成了困難，也不利于這些圓臺筋肋結(jié)構(gòu)中的空氣與氧化渣的順利排出。

1、產(chǎn)品等相關(guān)數(shù)據(jù)

      該產(chǎn)品的氣孔要求是整體按ASTM E505 Level 1 內(nèi)部氣孔標(biāo)準(zhǔn)，抗拉強(qiáng)度大于180MPa，延伸率大于10%，0.2%應(yīng)變強(qiáng)度在120MPa 到150MPa之間。

1.2  機(jī)臺與生產(chǎn)相關(guān)信息如下：

2、方案設(shè)計考慮因素

• 產(chǎn)品局部區(qū)域厚壁，尤其是螺紋孔位置壁厚變化較大，易成為熱節(jié)，在壓鑄時容易出現(xiàn)縮孔、縮松，需針對加強(qiáng)局部冷卻效果（高壓點冷）或采用局部加壓結(jié)構(gòu)工藝；

•  產(chǎn)品要求進(jìn)行T6熱處理，延伸率要求不少于10%，壓鑄模具需要采用高真空壓鑄方式：模具密封設(shè)計、整體壓室（配真空壓鑄沖頭系統(tǒng)）、真空設(shè)備 （配真空閥，模具型腔抽真空+壓室抽真空）  、輔助設(shè)備   (定量爐、模溫機(jī)、高壓點冷機(jī)等）；

• 使用切邊模具進(jìn)行去除水口；產(chǎn)品的矯形方案（熱處理前/后）及熱處理支撐架；

• 通過PQ2理論預(yù)設(shè)合理的工藝窗口（如圖1所示參數(shù)分析）；

  

• 模具溫度場的合理布局設(shè)計，以達(dá)模溫平衡

•  其它：微量噴涂工具（選用特殊脫模劑及配比濃度）

3、壓鑄方案CAE分析

      CAE分析已經(jīng)成為壓鑄設(shè)計環(huán)節(jié)必不可少的重要輔助手段，能夠提前預(yù)判鑄件品質(zhì)風(fēng)險，縮短開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。本案中采用了三種鑄造分析軟件: Magma, Cast-Designer, Flow-3D進(jìn)行了多重驗證對比。

3.1 流道方案對比

      采用Cast-Designer快速設(shè)計并分析了8套不同的流道方案        

      通過模擬對比以上8個不同的流道方案，其中V8方案從流態(tài)和氣渣殘余來看，相對其他方案更優(yōu)，因此選擇了V8作為生產(chǎn)方案，

3.2凝固與縮孔分析  

                       縮孔風(fēng)險區(qū)域                                                        高溫?zé)峁?jié)區(qū)域

          上圖紅色圈中為產(chǎn)品的厚壁區(qū)域，在凝固過程中補(bǔ)縮困難，易出現(xiàn)縮孔、縮松不良。

           對策：模具上增加擠壓銷結(jié)構(gòu)，通過局部加壓方式改善；熱節(jié)位置采用高壓點冷控制。 

           效果：從改善后的X光判斷，鑄件內(nèi)部組織致密，無縮松、氣孔、縮孔。 

3.3 卷氣分析驗證

      利用Flow3D與Cast-Designer分別進(jìn)行了卷氣風(fēng)險區(qū)域驗證，軟件驗證的卷氣風(fēng)險區(qū)域較為吻合，且與試�，F(xiàn)場出現(xiàn)的不良區(qū)域也同樣吻合。

      如上圖所示的區(qū)域存在較高的包卷風(fēng)險。實際中通過調(diào)整局部進(jìn)澆方向及增加溢流槽解決了由于紊流引起的包卷、冷紋不良。

3.4 充型過程的速度和溫度場分析

      在通過速度場分析，可以發(fā)現(xiàn)澆口速度較高的風(fēng)險區(qū)域，這些區(qū)域帶來較大的沖蝕作用，這對這些區(qū)域澆口進(jìn)行局部優(yōu)化后的填充速度控制在45-50m/s ，避免進(jìn)澆口區(qū)域高速沖刷造成模具出現(xiàn)沖蝕而產(chǎn)生的粘模、產(chǎn)品表面出現(xiàn)拉傷等外觀不良。

Cast-Designer充型溫度場分析

      通過對充填過程的溫度場分析，直觀反映冷料與冷隔缺陷風(fēng)險位置。通過平衡模具溫度及調(diào)整微量噴涂工具改善局部溫度分布，實現(xiàn)鑄件光滑外表面，沒有拉傷、冷隔等外觀不良。 

 4、總結(jié)

      在壓鑄模具前期的方案設(shè)計中，應(yīng)結(jié)合實際，根據(jù)產(chǎn)品要求（包括形態(tài)、公差、材料成分、內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能等）多方面綜合考慮；

      通過先進(jìn)的模流分析軟件工具來模擬生產(chǎn)時的鋁液填充流態(tài)、凝固收縮、氣壓、速度、包卷等現(xiàn)象，過程不斷優(yōu)化澆注方案，保證澆注方案及模具溫度場的設(shè)計合理性；

      實際生產(chǎn)驗證：工藝參數(shù)的可行性及其可調(diào)整空間；

      實踐證明：解決壓鑄件的缺陷問題，通過應(yīng)用先進(jìn)的模擬工具分析做前期方案篩選，同時在實際生產(chǎn)中驗證對比以對策不良缺陷的根本原因，可有效保證良品率、提高生產(chǎn)效率及降低生產(chǎn)成本。

 本文作者：廣東鴻特精密技術(shù)股份有限公司 張家毓

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