减震塔真空压铸工艺设计与优化

吴耀荣发表于2020/2/21 9:17:15 FLOW-3D 减震塔真空压铸

原标题：基于FLOW-3D的减震塔真空压铸工艺设计与优化

摘要：基于Flow-3D软件，分析了工艺设计过程中，利用模拟分析软件，经过多版模流的相互对比和分析，确定了减震塔铸件产品成型优化的浇注系统方案，而根据这个方案模拟抽真空的状态，经过模拟分析，预测其可能产生的缺陷，在模具上设计出相应的优化结构。

由于压铸技术日趋成熟，可通过调整压铸工艺和喷涂、冷却、抽真空等辅助手段，实现铸件的批量生产。随着产品功能的多样化以及性能要求的提高，对铸件填充流态的要求也就越来越高。浇排系统的设计对铸件质量的影响重大。随着计算机技术在铸造生产中的应用逐渐成熟，浇排系统的设计变得更加科学、高效，大大节省了试制周期及成本。基于铸造模拟软件，根据铸造过程的模拟结果，可有针对性的调整液流走向，优化模具设计，提升产品质量，避免产品缺陷的产生。

研究表明，T5处理后，高真空铸件的伸长率可达到8.4%，T6处理后高真空铸件屈服强度和伸长率分别达到了339.8 MPa和6.7%。为了获得较搞的屈服强度和伸长率，汽车结构件通常都需要进行T5或T6处理。而由于热处理温度较高，因而对铸件内部质量要求极高，模具上也需要引用抽真空的排气技术减少产品内部气缩孔问题。

本课题采用Flow-3D软件，定性分析了铝合金液流动的充型状态与铸件缺陷的分布，着重研究了梳形浇道、扇形浇道、集中进浇、分散进浇、长浇道与短浇道对充型流动状态、充型温度、充型速度、气压阻力与铸件成形的关系；确定了铸件的浇注系统与排气系统，大大缩短了模具的开发周期。

一、利用Flow-3D选取进浇位置和确定产品摆位

1、铸件结构分析

某汽车减震塔铸件三维模型见图1，其最大外形尺寸549 mm×408 mm×281 mm，铸件投影面积：188 686 mm2，铸件基本壁厚≥3 mm(局部有厚料位），铸件成品质量为3.74 kg，铸件收缩：1.0045。该铸件内部品质要求较高，需进行T6处理。该铸件对铝液填充的顺序性、连续性要求很高，所以通常会选择一个侧面进浇。分析铸件结构可知，该铸件不需要滑块抽芯，理论上可选择任意面进浇。位置C和位置D进浇位置不足，排除进浇可能。位置A和位置B通过初步观察无法判断优劣，需要通过Flow-3D模流分析判定最佳进浇面。

图1：汽车减震塔三维模型及进浇位置示意图

2、铸件进浇面选择

设计了两条流道进行模流分析对比，其填充速度模拟结果见图2。可以看出，从位置A进浇时，铝液填充连续性较好，没有出现紊流及卷气；而从位置B进浇时，铝液进入型腔后出现了紊流，填充连续性较差。这是因为从位置B进浇时，铝液首先经过的铸件型腔有几级不同的高度，而且造型较复杂。而从位置A进浇时，铝液首先经过的铸件型腔较为平坦，只有两侧有两处较小区域出现小局部高度差。因此，位置A进浇有较大优势。

图2：不同进浇位置填充速度模拟分析对比

二、确定进浇位置后，通过模流分析优化浇排系统设计

1、方案1模拟分析

图3为方案1的填充速度模拟图，其中红圈区域为包卷区域。可以看出，铸件在两侧出、末端以及厚料区均存在一定程度的包卷，这可能会导致在该处形成气缩孔等缺陷，还会影响后续的流态。产品外侧出现包卷的原因是产品外侧型位造型出现转折，外侧填充速度较快。末端卷气的原因是两侧填充过快。产品中部厚料区域包卷严重的原因是两侧填充过快，铝液流进中部厚料区域时不顺畅。

图3：方案1的填充速度模拟

2、方案2模拟分析

为解决上述问题，采取将内浇口收窄的措施，见图4：采取该措施后，避开了产品转折位置，降低了两侧的填充速度，从而实现填充流态的优化。

图4：方案2的铸件及浇注系统三维模型

图5为方案2的铸件填充速度模拟。可以看出，铸件外侧包卷和末端包卷情况明显改善。与方案1的填充过程相比，方案2的填充更顺畅，但从整个流态看，方案2中两侧填充较迟，甚至出现回流现象。这种回流现象，对于结构件产品的填充而言是致命的，违反了结构件流道填充顺序性和连续性的设计原则，所以方案2不合理。

图5 ：方案2的填充速度模拟

3、方案3模拟分析

图6为铸件外侧铝液和末端铝液的填充方向示意图。可以看出，方案1中铸件外侧填充过快是由于外侧几股铝液由于惯性，首先将产品外侧型位填满，然后再向内部卷过来，包住还没来得及排出的气体。

图6：方案1外侧铝液和末端铝液的填充方向

图7为方案3的铸件及浇注系统三维模型。可以看出，在铸件外侧增加了一缓冲段，缓冲横流道的冲击能量。对外侧几股铝液起到降低速度和改变入射角度的作用。内浇口宽度和方案1相差不大，但外侧两个内浇口适当改小（见绿色箭头）。此外，针对方案1中间厚料区域包卷较严重的问题，在铸件内部增加筋条，将筋条连通到铸件中部厚料区域。对铝液起到一定的引流作用，改善厚料区域填充质量。改进方案见图8。