原标题：万丰镁瑞丁：镁合金汽车抬头显示支架的压铸工艺模拟与优化

当下，如何减少资源的消耗和环境的污染已成为人类可持续发展的首要问题。为有效解决这一问题，汽车轻量化得到广泛的重视。实现汽车轻量化的有效途径之一就是使用新型轻量化材料来代替传统金属材料，通过先进工艺手段将新型轻量化材料加工成汽车零部件，这就给传统汽车制造行业提出了更高的要求。镁合金作为最轻的金属结构材料，广泛应用于汽车零部件的压铸生产中，但在实际压铸生产中会有大量缺陷产生，从而导致铸件报废，因其较低的合格率使得镁合金制造业的发展面临巨大的挑战。

为了进一步推动镁合金在汽车轻量化技术中的应用，开展了镁合金汽车抬头显示支架(HUD)的结构设计、模具设计以及压铸测试，以探索镁合金在汽车薄壁结构件上应用的可行性，主要涉及计算机仿真及压铸工艺参数优化。提出以最小卷气量以及最小缩孔率为优化目标，运用CAE技术对汽车HUD填充过程进行模拟，通过Minitab田口试验对浇注温度、模具预热温度及压射速度等参数进行理论分析及优化，得到优化的工艺参数组合，旨在为汽车HUD的生产提供参考。基于Magma软件对抬头显示支架(HUD)设计了2种浇注系统方案，通过数值模拟分析给出优化方案，在此基础上采用田口试验研究了压铸过程中浇注温度、模具预热温度及压射速度对汽车HUD卷气量和缩孔率的影响，得到了优化的压铸工艺参数。

图文结果

研究材料为AM60B合金，其化学成分见表1。因其较高的强度和良好的耐腐蚀性,被广泛用于生产电器产品的壳体，薄型或异型支架等零件。HUD作为汽车抬头显示支架零件，AM60B合金完全满足其性能要求。镁合金HUD因其壁厚薄且结构复杂，所以对其加工精度、表面品质都有着较高的要求。利用UG12.0软件设计HUD零件的三维模型，设计了2种浇注系统方案，见图1。

图1 带浇注系统的三维模型

表1 AM60B镁合金的化学成分（%）

图2 两种方案温度分布图

图3 2种方案充型速度模拟结果

可以看出，方案1的温度分布很不均匀，靠近铸件中间区域有很大面积的温度较低，不超过630℃,而其他区域的温度都达到645℃以上，形成了较大的温度差，使得该区域在凝固过程中的速度不一致，有明显的凝固时间差，导致后凝固的区域得不到金属液补缩。易出现严重的缩孔缺陷。方案2的温度分布较为均匀，铸件的主体位置温差不超过3℃。就填充温度来看，方案2优于方案1。当填充至40%时，方案1中A位置的填充速度过快，达到50m/s以上，使得速度较快的金属液会优先填充铸件，导致铸件填充不均匀。当填充至73%时，因为A区域的金属液填充过快，使得在与速度较慢的金属液混合时会形成未填充的空白区域，见图3c中B区域。该区域由于被两股金属液包围而后才慢慢被填充，导致该区域容易出现憋气现象。当填充至90%时，出现了大片容易憋气的区域，见图3e中C区域。相较于方案1，方案2的充型速度模拟效果更好。

表2 田口试验因素-水平表

表3 田口正交表及结果统计

对于卷气率、缩孔率这两个响应目标而言，均符合田口试验质量特性中的望小特性，故信噪比S/N的计算公式为：

式中，n表示试验次数；i表示第i次试验。

表4 信噪比计算结果

在仅考虑卷气率的情况下，从表5可知，C>B>A，即压铸工艺参数对卷气率的影响程度由大到小依次为：压射速度、模具预热温度、浇注温度。可以得到，在仅考虑卷气率情况下，满足信噪比S/N1最大的压铸工艺参数组合为A2B1C3，即浇注温度为680℃、模具预热温度为160℃、压射速度为6.5m/s。

表5 极差分析表

表6 方差分析表

在仅考虑缩孔率的情况下，可知，A>B>C，即压铸工艺参数对缩孔率的影响程度由大到小依次为：浇注温度、模具预热温度、压射速度。在仅考虑缩孔率的情况下，满足信噪S/N2最大的压铸工艺参数组合为A1B2C1，即浇注温度为660℃、模具预热温度为180 ℃、压射速度为4.5m/s。

表7 方差分析表

图4 优化前后的卷气率及缩孔率对比

图5 HUD压铸件

结论

AM60B镁合金汽车HUD支架在压铸过程中，当仅考虑卷气率时，压射速度对其影响最大，模具预热温度次之，浇注温度影响最小。当仅考虑缩孔率时，浇注温度对其影响最大，模具预热温度次之，压射速度影响最小。当综合考虑卷气率与缩孔率时，最优工艺参数组合：浇注温度为660℃、模具预热温度为200℃、压射速度为6.5m/s。

本文作者：
张继龙 田晶晶 甘恢琪
万丰镁瑞丁新材料科技有限公司
陈龙
浙江工业大学机械工程学院

本文来自：《特种铸造及有色合金》杂志