模擬仿真在壓鑄模具中的具體應用

2019-04-01 07:55:24于兆梅袁小凡

中國鑄造裝備與技術 2019年2期

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、試模費用高，一套泵體壓鑄模具少則十萬，多則幾十萬。對壓鑄模具而言，如果澆注系統設計合理，那么鑄件充型順序就會比較合理，卷氣少，鑄件氣孔缺陷就少，相應的，鑄件成品率就高。相反，如果澆鑄系統工藝差，那么充型過程就會比較紊亂，充型過程卷氣嚴重，鑄件氣孔缺陷就多，相應的成品率就低。但目前，國內不少企業仍靠經驗、試驗開發模具，開發成本高、風險大。利用壓鑄模擬分析軟件，開模前對壓鑄件充型過程模擬分析，及時發現問題并解決優化，實現綠色鑄造，節約時間，節約成本。現在，更多的企業越來越清楚地認識到，要想提高鑄件的成品率，降低開發成本，縮短開發周期，就應該把鑄造模擬技術作為模具設計開發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，對某汽車水泵泵體新產品，進行壓鑄充型過程模擬分析，解決現有鑄件問題的方法和步驟。

1 泵體壓鑄件基本信息及要求

（1）材質：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探傷等級不低于3級；

（4）泵體試漏氣壓200kPa，泄漏率不超過3.5cc/min。

2 存在問題

（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，探傷結果4級以下，不合格。

圖1 產品三維

圖2 實物剖切

圖3 充型過程

（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，均在進料口遠端。

3 模擬分析

從圖3的充型圖，可看出鋁液進入鑄件后，過早分流，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。

圖4 充型過程

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

圖5 鑄件熱節

圖6 凝固液相

4 改進措施

4.1 優化鑄件形狀，將泵體堵蓋孔底部填平

堵蓋孔底部存在異形凹槽，由于內澆口設在堵蓋孔的位置，在充型過程中，該處的凸臺會造成鋁液強烈沖擊及飛濺，阻礙鋁液充填軸承室部位，并產生卷氣。

圖7 堵蓋局部圖

將泵體堵蓋一腔底部填平，一腔不變，對應模具如圖8所示。

圖8 模具圖

分析模擬充型過程（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，減少氣孔發生。

圖9 充型圖

4.2 改變鑄件布置，優化澆道形狀及內澆口

澆道形狀由分支進澆改為平行進澆，以使兩腔同步充型，原內澆口尺寸：厚度為3.2mm，寬度為42.5mm，兩內澆口總面積為294mm2。當沖頭速度為3m/s時，對應的內澆口速度28.9m/s，速度偏低，充型時鋁液不能有效霧化，會使鑄件上形成較大氣孔。改進后內澆口尺寸：厚度為2.8mm寬度為36.6mm，內澆口總面積為224mm2。當沖頭速度為3m/s時，對應的內澆口速度為37.8m/s，此速度在合理工藝范圍內。

模擬充型過程對比：圖11、圖12兩圖片為鑄件充型44%時的結果對比，可看出右邊的澆道改進后，背面圓臺及軸承孔充型較早。