模擬仿真在壓鑄模具中的具體應(yīng)用

于兆梅,袁小凡

（河南西峽汽車水泵股份有限公司，河南西峽474500）

壓鑄模具制作成本高、試模費(fèi)用高，一套泵體壓鑄模具少則十萬(wàn)，多則幾十萬(wàn)。對(duì)壓鑄模具而言，如果澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，那么鑄件充型順序就會(huì)比較合理，卷氣少，鑄件氣孔缺陷就少，相應(yīng)的，鑄件成品率就高。相反，如果澆鑄系統(tǒng)工藝差，那么充型過(guò)程就會(huì)比較紊亂，充型過(guò)程卷氣嚴(yán)重，鑄件氣孔缺陷就多，相應(yīng)的成品率就低。但目前，國(guó)內(nèi)不少企業(yè)仍靠經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)開(kāi)發(fā)模具，開(kāi)發(fā)成本高、風(fēng)險(xiǎn)大。利用壓鑄模擬分析軟件，開(kāi)模前對(duì)壓鑄件充型過(guò)程模擬分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)綠色鑄造，節(jié)約時(shí)間，節(jié)約成本?，F(xiàn)在，更多的企業(yè)越來(lái)越清楚地認(rèn)識(shí)到，要想提高鑄件的成品率，降低開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，就應(yīng)該把鑄造模擬技術(shù)作為模具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段必不可少的分析工具。本文介紹了利用MAGMA高壓模擬軟件，對(duì)某汽車水泵泵體新產(chǎn)品，進(jìn)行壓鑄充型過(guò)程模擬分析，解決現(xiàn)有鑄件問(wèn)題的方法和步驟。

1 泵體壓鑄件基本信息及要求

（1）材質(zhì)：DIN1706(AlSi9Cu3)；

（2）外形尺寸：90mm×120mm×94mm，平均壁厚約4.3mm，鑄件重量0.47kg；

（3）密封槽的氣孔要求：氣孔不得大于0.75mm，且任意兩孔間距必須大于5mm，鑄件Xray探傷等級(jí)不低于3級(jí)；

（4）泵體試漏氣壓200kPa，泄漏率不超過(guò)3.5cc/min。

2 存在問(wèn)題

（1）鑄件剖切后，泵體堵蓋孔和軸承孔交接處存在大的縮松缺陷，探傷結(jié)果4級(jí)以下，不合格。

圖1 產(chǎn)品三維

圖2 實(shí)物剖切

圖3 充型過(guò)程

（2）加工后，軸承孔及密封槽有彌散型氣孔，其中密封槽氣孔直徑1.0mm～1.2mm，軸承室氣孔直徑0.5mm～0.8mm，均在進(jìn)料口遠(yuǎn)端。

3 模擬分析

從圖3的充型圖，可看出鋁液進(jìn)入鑄件后，過(guò)早分流，不往前面的軸承室充填；從圖4的充型圖可看出，軸承室填充晚，大面部分鋁液已封閉，將氣滯留在軸承室部位，造成加工氣孔的出現(xiàn)。

圖4 充型過(guò)程

從圖5和圖6可看出，軸孔與堵蓋孔交接處存在大的熱結(jié)，軸孔部位冷卻晚，導(dǎo)致鑄件縮松。

圖5 鑄件熱節(jié)

圖6 凝固液相

4 改進(jìn)措施

4.1 優(yōu)化鑄件形狀，將泵體堵蓋孔底部填平

堵蓋孔底部存在異形凹槽，由于內(nèi)澆口設(shè)在堵蓋孔的位置，在充型過(guò)程中，該處的凸臺(tái)會(huì)造成鋁液強(qiáng)烈沖擊及飛濺，阻礙鋁液充填軸承室部位，并產(chǎn)生卷氣。

圖7 堵蓋局部圖

將泵體堵蓋一腔底部填平，一腔不變，對(duì)應(yīng)模具如圖8所示。

圖8 模具圖

分析模擬充型過(guò)程（如圖9）：從充型順序可明顯看出，左邊填平的泵體軸承室部位充型早，這樣有效降低了該部位的氣體含量，減少氣孔發(fā)生。

圖9 充型圖

4.2 改變鑄件布置，優(yōu)化澆道形狀及內(nèi)澆口

澆道形狀由分支進(jìn)澆改為平行進(jìn)澆，以使兩腔同步充型，原內(nèi)澆口尺寸：厚度為3.2mm，寬度為42.5mm，兩內(nèi)澆口總面積為294mm2。當(dāng)沖頭速度為3m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)澆口速度28.9m/s，速度偏低，充型時(shí)鋁液不能有效霧化，會(huì)使鑄件上形成較大氣孔。改進(jìn)后內(nèi)澆口尺寸：厚度為2.8mm寬度為36.6mm，內(nèi)澆口總面積為224mm2。當(dāng)沖頭速度為3m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)澆口速度為37.8m/s，此速度在合理工藝范圍內(nèi)。

模擬充型過(guò)程對(duì)比：圖11、圖12兩圖片為鑄件充型44%時(shí)的結(jié)果對(duì)比，可看出右邊的澆道改進(jìn)后，背面圓臺(tái)及軸承孔充型較早。

圖10 帶澆道鑄件

圖11 正面充型對(duì)比圖

圖12 背面充型對(duì)比圖

充型完畢時(shí)鑄件氣壓對(duì)比分析：澆道改進(jìn)后鑄件氣壓由原來(lái)的3000mbar左右降低到2300mbar，明顯低于改進(jìn)前鑄件氣壓，因此降低了這兩部位的氣孔缺陷。

圖13 鑄件氣壓對(duì)比圖

圖14 鑄件剖切圖

4.3 增加泵體一周減重槽壁厚

從圖14的鑄件剖切圖看，泵體一周減重槽部位的鑄件壁厚存在厚-薄-厚，這樣的壁厚結(jié)構(gòu)，不利于增壓壓力的傳遞，使厚大的軸承室部位增壓傳遞不到位，造成縮松嚴(yán)重，所以嘗試將中間薄壁由3mm增加到4mm。

充型過(guò)程對(duì)比（如圖15）：可看出右邊的鑄件壁厚增加到4mm時(shí)，軸承室及背面圓臺(tái)比左邊壁厚3mm的充型早。

氣壓比較（如圖16）：右邊的鑄件壁厚增加到4mm時(shí)，軸承室及背面圓臺(tái)比左邊壁厚3mm的鑄件相應(yīng)部位氣壓低。

圖15 充型對(duì)比圖

圖16 鑄件氣壓對(duì)比圖

圖17 鑄件切片

5 結(jié)論

通過(guò)三種改進(jìn)措施，由MAMGA模擬分析，對(duì)比分析模擬結(jié)果，確定最終優(yōu)化方案，該方案泵體軸承室及背面圓臺(tái)充型較早，氣壓較低，結(jié)果合理。后采用該方案制作出的模具，鑄件縮松等級(jí)在3級(jí)以內(nèi)，加工后成品率95%以上（如圖17），使得該項(xiàng)目順利通過(guò)了主機(jī)廠的審核。