原标题：基于Flow-3D的铝合金散热片压铸工艺设计与数值模拟优化

汽车转向系统中散热器上的散热片的平均壁厚较厚，同时薄壁结构、细长结构较多, 尺寸精度要求高, 整体品质要求高。砂型铸造散热片的散热效果差、生产方法落后、周期长、成本高、效益低, 难以满足日渐扩大的市场需求和散热片的技术更新。铝合金导热性能优良, 压铸件有组织致密、表面质量高、尺寸精度高的特点, 压铸铝合金散热片具有广阔的应用前景。计算机模拟软件可以对压铸过程中的卷气夹杂、温度场等进行仿真模拟, 预测整个型腔内可能产生缺陷的部位，从而更精准、高效地改进工艺，降低生产成本，提高效益。本课题对铝合金散热片的压铸工艺进行设计，采用Flow-3D软件进行模拟分析，通过添加溢流槽、改进内浇口尺寸等来优化工艺, 从而得到合理的压铸工艺方案。并通过试生产进一步验证压铸工艺的合理性。

根据散热片结构，对铝合金散热片的压铸工艺方案进行设计，然后采用Flow-3D软件对压铸工艺方案进行数值模拟。模拟结果显示，在散热片下部4个边角部位出现卷气缺陷。对工艺方案进行试生产，并对生产出的试样进行探伤和剖切观察，发现与模拟结果相符, 在边角部位出现大量气孔、针孔。

图文结果

散热片外形尺寸为99mm×89mm×41.7mm，质量约为375g，最大壁厚为33mm，最小壁厚为2.5mm，属于中小型铸件。散热片主体是厚度为13mm的长方体，在散热片中部有一处高20mm的凸起，为铸件的厚大部位；在铸件4个边角处各有一根长为28mm的延伸腿，在延伸腿的侧边有厚度为2.5mm、高度为26mm的斜肋，为铸件的薄壁区。铝合金材质为ADC12铝合金，选用DM180卧式冷室压铸机，采用一模两件的方式生产，铝合金散热片的三维立体结构见图1。

图1 铝合金散热片三维立体图

图2 铝合金散热片分型面示意图

图3 带有浇排系统的散热片示意图

首先在Flow-3D软件中对压铸工艺参数进行设置，浇注温度为680℃，模具预热温度为200℃，充型速度为20m/s。将初始工艺设计的实体三维模型转化为STL格式导入Flow-3D软件进行网格划分。

图4 初始工艺温度场模拟结果

图5 初始工艺卷气模拟结果

图6 实际生产件剖切结果

图7 工艺优化后的温度场模拟结果

图8 工艺优化后的卷气模拟结果

图9 工艺优化后压铸件的剖切图

通过对散热片结构进行分析，设计出了合理的压铸工艺，对所设计的初始工艺进行数值模拟，预测缺陷产生的部位和严重程度，分析缺陷产生原因。通过调整内浇口尺寸进行工艺优化，优化后模拟结果显示缺陷被有效消除。对优化方案进行试生产，并对生产出的试样进行探伤和剖切观察，结果表明，气孔、针孔得到有效消除，满足使用要求的同时降低了废品率。通过改进内浇口大小等措施对工艺进行优化，并对改进后的工艺进行验证，基本解决了初始工艺中出现的缺陷。

本文作者：

宋政骢1 米国发1 周志杰2 历长云1 许磊1

1.河南理工大学材料科学与工程学院；2.河南平原光电科技有限公司

本文转载自：《特种铸造及有色合金》杂志