端盖压铸件在生产初期气孔问题非常突出，有时废品率高达50%以上，给企业造成较大的经济损失。图1和2是铸件经机加工后发现的气孔缺陷（从图2可以看出可能同时还伴有夹渣）。由于压铸过程是在高速与高压条件下充型和凝固，对铸造工艺、模具质量和压铸件生产过程控制等要求高。其中任一环节控制不当，铸件易出现气孔、冷隔河夹渣等铸造缺陷，影响铸件的质量和生产效率。利用数值模拟技术对压铸充型、凝固进行模拟，利用可视化方法预测可能出现缺陷的部位、大小和数量，以及及时采取措施，减少企业废品损失，保证压铸件质量，提高生产效率。为此，利用CAE软件对原始设计方案进行了模拟分析，根据模拟结果及时制定出改进方案，通过模拟及批量生产验证，铸件气孔问题得到了有效控制。

 

1 铸件结构特点及技术要求

压铸件材料为ADCl2,实体模型如图3所示,外形 尺寸为垂112 mm×27.5 mm,最大壁厚(小圆筒部分) 为5.3 mm,最小壁厚2 mm(底部平面和大圆筒部分), 壁厚差异大,铸件质量127.4 g;从图3可以看出,该铸件的结构特点是上部为小圆筒底部为大圆筒形的薄盖形铸件。客户要求铸件不得有气孔、冷隔、浇不足、锁孔、裂纹等铸造缺陷。
 

2原始设计方案及模拟

2.1原始设计方案 

原始方案如图4,一模一件,浇道设计在铸件中心,溢流槽与在内浇口正对面的外侧:本设计的优点是横浇道短，整个浇注系统用金属液少，工艺出品率高（约75%）；模具外形尺寸小，布置紧凑，利用率高，这是最初设计的根本出发点。

2.2模拟结果及分析

本文采用华铸CAE/InteCAST分析软件中的压铸铝 模块进行模拟计算。首先将铸件、浇注系统、溢流槽 等三维数字模型输出成STL文件,分别导人到华铸 CAE软件的前处理模块进行网格划分:然后设定铸件 的材质、初始值条件、热传导条件等工艺参数,进行 模拟计算。最后,通过可视化界面对充型流场进行模 拟分析,从而预测铸件是否会出现铸造缺陷,为验证T艺设计的正确性提供理论依据二 端盖压铸件的模具材料为H1 3,根据铸件结构特点及采用的压铸机选取压铸工艺参数。端盖合金液的浇 注温度设定为700°C,模具的预热温度为200°C左右。

图5为原始设计方案的充型模拟结果.图5a—g分别 为充填过程中不同时刻的体积变化分布.可以看出,整个型腔的充填时间为0.022 269 s?充型过程呈现出铸 件外缘快、中间与大圆筒部分慢。图5a为金属液开始 进入型腔的状况,铝合金液从压室进入直浇道后,很快充满横浇道及内浇道(图5b),由于浇注系统紧凑,充满浇注系统仅用了0.002 s;图5c金属液通过内浇道流人铸件型腔时,金属液先充填铸件外缘一大圆筒一外侧平板一小圆筒一内侧平板(图5d),可以看出,铸件外缘、大网筒及外侧平板(外侧一半铸件)的充填速度明显比小圆筒、内侧平板(内侧一半铸件)要快。图5e表明.在内浇道另一侧的内网及大圆筒部位为两股冷金属液的交汇处(A区),由于直浇道(料饼)设置在铸件中间孑L部位不好设置溢流槽,因而首股金属液中的卷气、渣等易导致气孔、渣孔等缺陷,图5f显示,最后充填部位为溢流槽,虽然可以排除外缘部 位金属液中的部分气体和渣,但由图5e可以看出,金 属液中的气渣主要被赶到铸件内浇道另一侧的内圆和 圆筒部位,图59为型腔充满时的状况。

 

3改进设计方案及模拟

3.1改进设计方案 为克服原始方案设计存在的问题,进行了工艺改

进,方案如图6。一模两件,浇道设计在铸件外,溢流 槽在与内浇口正对面的外侧:本设计的特点模具外形 尺寸较原始方案大,虽然横浇道较原始方案长,整个 浇注系统用金属液多,其工艺出品率(约55%)比原始方案低,但因一模两件.生产效率大大提高。

3.2模拟结果及分析

图7为改进方案的充型模拟结果,图7a－g分别为充填过程中不同时刻的体积变化分布:可以看出,整个 型腔的充填时间为0.013 243 s。充型过程较原方案快且 平稳均一。图7a为金属液开始进入型腔的状况,铝合 金液从压室进入直浇道后,充填主横浇道(图7b),进 入分横浇道、内浇道(图7c),由于浇注系统较长,充 满浇注系统时间较原方案稍长,用了约0.003 4 s;图7d 金属液通过内浇道流入铸件型腔时,金属液先充填铸件大圆筒、中间、外缘（图5d，图中A处为易卷气的“死角”，需设计溢流槽，见图8）；图7e表明，金属液在铸件中大圆筒、中间、外缘的充填速度整体基本上为齐头并进，并没有出现像原方案中的明显快慢现象；由图7f可以看出，内浇道另一侧B处为两股冷金属液的交汇处，需设置溢流槽（内缘部位也需设置溢流槽，图6中未设计，实际生产设计制作模具时铸件内缘部位添加了溢流槽，见图8），排除首股金属液中的部分气体和渣，防止气孔、渣孔等缺陷，图7g为型腔充满时电状况。
 

 

4 生产验证及批量投产

由上述CAE模拟分析可知，优化方案可消除原始方案中出现的气孔等缺陷，于是进行了模具设计制造，经试生产后验证铸件气孔问题得到有效控制，批量生产质量稳定。图8、9为优化方案生产的铸件及加工后的照片，由图9可以看出图2、3所示铸件气孔缺陷得到消除。

 

5 结束语

针对铝合金压铸件气孔问题，利用CAE模拟软件对原方案及优化方案进行了计算分析。模拟结果表明，一模一件点原方案外缘部位充型快，有明显先后次序，在气孔出现部位存在卷气现象；一模两件的优化方案充型平稳、均匀，最后充型位置设置的溢流槽，可起到好的除气排渣效果。优化工艺通过批量生产验证，铸件中气孔缺陷得到基本消除，气孔废品率控制在3%以内，端盖铸件成品率在95%以上。

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