鋁合金因密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等特點(diǎn)，在工業(yè)中得到廣泛使用。鋁合金常采用壓鑄成形，在壓鑄過(guò)程中，金屬液充型速度快，如果澆注系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)造成氧化夾雜和卷氣等缺陷，影響鑄件品質(zhì)，降低其力學(xué)性能。傳統(tǒng)壓鑄工藝設(shè)計(jì)要依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行多次嘗試，極大提高了成本并延長(zhǎng)設(shè)計(jì)周期。
基于三通閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了壓鑄工藝的澆注系統(tǒng)和溢流槽，采用Flow-3D軟件進(jìn)行充型過(guò)程數(shù)值模擬。在初始方案中, 鑄件整體卷氣較嚴(yán)重，隨著對(duì)澆注系統(tǒng)和溢流槽的逐步優(yōu)化，降低了鑄件的內(nèi)部卷氣量。根據(jù)優(yōu)化后的方案，設(shè)計(jì)制造了壓鑄模具并進(jìn)行了生產(chǎn)驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)鑄件的模擬分析, 基于鑄件的卷氣量、溫度場(chǎng)和金屬液的流動(dòng)特征，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了澆注系統(tǒng)和溢流槽。利用優(yōu)化后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模具并進(jìn)行生產(chǎn)，獲得了合格的鑄件。
圖文結(jié)果
三通閥的輪廓尺寸為152.5mm×119.5mm×121mm，平均壁厚約為5.56mm。鑄件的外形為圓筒形，左側(cè)有一圓形平臺(tái)和階梯通孔，其上下對(duì)稱，下表面帶有凸臺(tái)，中心有一帶有隔板的通孔，直徑為φ90mm，通過(guò)UG軟件建立1∶1實(shí)體三維體造型，見圖1。鑄件分型面的選擇要考慮壓鑄模設(shè)計(jì)的繁簡(jiǎn)程度、易于加工和保證鑄件的尺寸精度等。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因其左側(cè)平臺(tái)上完全對(duì)稱，所以優(yōu)化的方案選擇三通閥主通道的水平面，即平臺(tái)中心線和圓筒軸線組成的面作為分型面。分型面處于鑄件水平中心，有利于排氣。
可以看出，鑄件正面桶壁卷氣較為嚴(yán)重，會(huì)嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量。對(duì)于上述情況，可能是由于金屬液在橫澆道上的流速過(guò)快導(dǎo)致。通過(guò)在澆道上增加彎道可以降低金屬液的流速使其獲得良好的充型，改善澆道未充滿問(wèn)題。
從圖14可以看出，改進(jìn)方案1和改進(jìn)方案3明顯降低鑄件內(nèi)的卷氣量，改進(jìn)方案2雖然整體卷氣量并沒(méi)有明顯下降，但是從卷氣云圖可以看出，鑄件內(nèi)的卷氣位置發(fā)生改變，其中一部分已轉(zhuǎn)移到溢流槽中，也相當(dāng)于降低內(nèi)部卷氣量。改進(jìn)方案3的卷氣量最低、整體充型順序良好、無(wú)澆不足缺陷、且溫度無(wú)明顯降低、氧化夾雜聚集較少，可以作為最終試制方案。
本文作者：
郭廣思 陳晨
沈陽(yáng)理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
孫晶瑩
東北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
本文來(lái)自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰(zhàn)略合作伙伴
