論鋁合金鑄造工藝優化技術的應用與發展

朱 樂

（卡斯馬汽車系統（上海）有限公司長春分公司，吉林 長春 130000）

鋁合金具有外觀好、質量輕、加工性能優越、物理化學性能好等諸多優點，因而在很多行業領域都獲得了廣泛的應用。但鋁合金凝固溫度區間廣的特性使得其在鑄造的過程中很容易出現縮孔縮松等方面的缺陷或是發生氧化現象，這就需要人們對鋁合金鑄造過程中的各項參數以及工藝進行嚴格的控制優化，保障鋁合金鑄件的質量。

1 鋁合金鑄造工藝優化技術的實踐應用研究

在進行鋁合金鑄造的過程中，鑄造工藝的設定以及鑄造過程的控制至關重要，直接決定了最終產出成品的質量。例如，充型溫度的高低就會對鋁合金鑄件內壁的形態產生影響，若是充型溫度較高，鑄件內部和厚壁處發生偏析或是縮松的概率就會增大。若充型溫度過小，則會導致薄壁處的質量變差，出現現澆不足或是冷隔等缺陷。下面本文將就鋁合金鑄造工藝優化技術的關鍵點進行分析闡述。

（1）對鋁合金的鑄造工藝方法進行合理的選擇。在實際工業生產中，很多鋁合金鑄件雖然在結構表現上相對簡單，但其很多部位都存在厚薄不均勻的情況，加之熱節點的位置較多，因此對零件表面以及內部質量有著很高的要求，工藝控制的難度很高。對于中大型薄壁鋁合金鑄件，工藝方法的選擇是一個關鍵點。

（2）合理選擇澆注系統的位置。鋁合金鑄件的整體組織要求較高，為了避免出現縮松、氣孔等缺陷，要對澆注系統的位置進行合理選擇。前罩應在其法蘭較小的一端開設入流內澆口和橫澆口，這樣可以實現快速入澆不冷隔以及平穩充型，實現鑄件的順序凝固并確保法蘭處力學性能的良好。

（3）對鑄件進行三維建模。對鋁合金鑄件進行三維建模的目的是為工藝參數優化以及工藝實施過程控制提供一個平臺以及模板。需要注意的是，在進行工藝模擬的過程中，保溫棉、模具以及型芯均屬于工藝裝配體部件，且屬性存在差異性，因此在建模時應盡可能的確保各個工藝部件和實際位置、大小保持一致。尤其是一些不規則的曲面，應盡量進行還原。此外，相互孤立、分散的部件在建模時也應做到不相連，但在工藝模擬時則要求同種材料工藝部件組成一個整體。

（4）確定工藝模擬和工藝優化的工作流程。在鋁合金鑄造工藝模擬和優化的過程中，首先利用三維設計軟件完成建模工作，之后分為兩條線。一方面，通過CAD接口軟件對鑄造工藝設計進行前處理，具體內容包括模數計算、孤立熔池計算、澆注系統計算等，最終統一匯集到鑄造工藝設計分析后處理環節，然后重新輸入到三維設計軟件中。另一方面，則是通過CAE接口軟件對鑄造工藝進行前處理，基于數據進行流動場計算以及溫度場計算，之后進行鑄造工藝分析后處理，在此基礎還是那個進行鑄造工藝合理性判斷，若是，則輸出，用于實際生產。若否，則要重新回到第一步，通過有限差分軟件進行工藝分析處理，重新計算各項參數。在鑄造模型構建和模擬計算環節，要按照鑄造工藝要求添加低壓鑄造相應的工藝參數。

（5）鑄造工藝結果顯示與評定。工藝模擬的目的是為了判斷定制的鋁合金鑄造工藝方案是否存在問題，具體可以觀察凝固過程中，溫度場、縮松或是縮孔等情況，以此判斷鋁合金鑄件的質量，并找出工藝中存在的問題。之后根據具體的溫度對模具的溫度、壓力曲線、鑄造工藝等進行調整優化。在三維建模軟件的幫助下，可以快速有效的完成澆筑系統、模具、型芯等方面的改進，并對鑄造工藝參數進行調整，包括澆注溫度、充型時間、保壓壓力與時間等。

上述工藝模擬和優化方法非常適用于一些大型復雜鋁合金鑄件的生產中，可以有效減少工藝試驗的次數，確保鑄件可以在極少的次數內試制成功，縮短鑄件生產周期。

2 鋁合金鑄造工藝優化技術的發展分析

上文中提到的是一種基于三維建模、工藝模擬的鋁合金鑄造工藝優化方法，它能夠在生產工藝確定之前，對鑄件的生產質量進行預測，并針對性的修改工藝參數，實現鑄造質量的提高。

隨著科技的發展，越來越多高科技工具得到應用。現如今，鋁合金鑄造工藝優化領域發展前景較高的是一種專家系統，它是人工智能應用于機械工程領域的典型代表，在故障診斷、缺陷分析、工藝編制、仿真模擬等方面都表現出了優越的功能性。其本質是針對具體問題的求解過程，以知識庫為核心，根據實際問題需要，合理選用控制策略，運用推理機制對問題進行求解。現如今，專家系統在鑄造領域已經得到了廣泛的應用。現代鑄造工藝中涉及到了多種工藝流程的相互配合，鑄件質量的控制要求也相對較高，對鑄造專家經驗、技能、專業知識水平有著更多的需求，這使得專家系統非常適合應用于該領域。很多鑄造工藝實施中遇到的問題都可以通過開發專家系統方式予以解決。就目前來看，鑄造工藝專家系統的研究主要分布在鑄造方法選用、熔煉工藝設計、鑄件缺陷分析等方面。

目前，鑄造工藝專家系統的發展趨勢主要表現在以下幾個方面：首先，對現有的應用領域進行加強、完善、拓展。受開發技術限制，鑄造工藝專家系統的應用主要集中在鑄造方法選用、缺陷分析等方面，而隨著技術水平的提高，系統應用將逐漸拓展覆蓋到生產調度管理、產品質量跟蹤、成本預算等方面。其次，精確化、快速化的產品質量和效率要求會催生出許多先進的制造技術，鑄造工藝專家系統的發展和這些新型技術必然會建立聯系，在此過程中系統技術單一的局限性將逐步被克服、消除，其實際應用能力也會獲得大幅度的提升。再次，專家系統知識庫的建立在大數據技術的支持下將實現自動化，實現設計效率的提升。最后，開發出適用領域更廣、功能更強大、系統開發工具和開發語言更全面的鑄造工藝專家系統，實現便捷化人機交互，降低系統操作的難度，推動專家系統的普及。

根據鑄造工藝方法選擇模塊的設計過程中，推理的控制策略是按照知識庫的規則對其中包含的內容進行梳理和篩選，是正向推理的方式。即用戶將工藝信息輸入到系統中，之后知識庫根據所給的只是判斷是否滿足規則，若否，則重新輸入新的工藝信息，若是則保存結論并輸出結果。在鋁合金鑄造中，首先輸入尺寸精度、表面粗糙度、壁厚、鑄造圓角、形狀復雜程度等級等參數，據此系統就可以篩選出符合判定規則的鑄造方法。不同參數的判斷順序存在先后，一般情況下，合金種類最優先，以此是尺寸精度、表面光潔度、最大輪廓尺寸等等。在鑄造方法確定后，進行鑄造工藝性的判斷，驗證合金的流動性和收縮率是否滿足給定的工藝性要求。若否，則需要對形狀信息參數進行修改，若是，則可以從經濟性角度對所有鑄造方法進行比較，選擇成本最低的一種。

3 結語

綜上所述，在傳統鋁合金鑄造中，工藝設計都是依靠專業技術人員的經驗和知識，在這樣的情況下，工藝生產很可能因重大缺陷的存在而前功盡棄，造成時間和資金的大量浪費。對此，可以引入現代化計算機技術，通過反復試驗的方式確定最佳的工藝方法，在計算機模擬中對鑄造工藝存在的問題進行確定，針對性的做出優化，實現產品生產質量的提升以及生產周期的縮短，提高經濟效益。