雙重?cái)D壓鑄造由于采用兩次擠壓，其第二次擠壓的范圍，深度，加壓時(shí)機(jī)等均可進(jìn)行調(diào)整，這對(duì)于克服整體或局部的縮松，縮孔甚至縮裂和氣孔等缺陷的作用非常顯著。在雙重?cái)D壓鑄造成形過(guò)程中，鍛造過(guò)程是極為重要的一環(huán)，而在這一過(guò)程中補(bǔ)縮力是最重要的參數(shù)。由于補(bǔ)縮力是矢量，即使鍛壓比壓和功率加大，實(shí)現(xiàn)有效鍛壓補(bǔ)縮的部位也只能在毛坯型腔鍛壓壓塊作用位置的附近，并不能有效地傳遞到整個(gè)鑄件毛坯上，因此必須對(duì)鑄件缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，找到最佳的補(bǔ)縮位置。補(bǔ)縮力不夠，制件內(nèi)部組織粗大，縮松等壓鑄缺陷無(wú)法消除，反之，補(bǔ)縮力過(guò)大，對(duì)雙控成形模具會(huì)造成很大的沖擊，引起模具變形甚至損壞，降低模具壽命，并增加能量消耗<5>。目前補(bǔ)縮力主要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件相差較大，因此補(bǔ)縮力的確定對(duì)于消除鑄件缺陷具有十分重要的意義。

　　1、縮松縮孔位置預(yù)測(cè)

　　1.1模型的建立

　　以輪轂為研究對(duì)象，使用Pro/E對(duì)輪轂進(jìn)行建模，為了節(jié)省模擬計(jì)算所需的時(shí)間，考慮到輪轂的軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，取模型的1/2進(jìn)行模擬分析，對(duì)鑄型與鑄件運(yùn)用了不同尺寸的網(wǎng)格劃分。由于鑄件用于流體分析計(jì)算和熱分析，因此采用較小的網(wǎng)格單元，又要保證鑄件最薄處(輪輞)有3層網(wǎng)格，因此采用3mm的單元長(zhǎng)度;對(duì)于模具部分僅用于換熱計(jì)算，采用單元長(zhǎng)度為10mm的網(wǎng)格劃分。在Pro/E中對(duì)模型的裝配體文件劃分表面網(wǎng)格，之后通過(guò)轉(zhuǎn)換程序?qū)⒈砻嫖募D(zhuǎn)換成ProCAST可以識(shí)別的sm網(wǎng)格文件。

　　1.2數(shù)值模擬過(guò)程與結(jié)果

　　1.2.1模擬參數(shù)設(shè)置

　　在ProCAST分析軟件中對(duì)其進(jìn)行凝固場(chǎng)的數(shù)值模擬。材料是A356合金，開(kāi)始采用擠壓鑄造模擬，中心澆注，設(shè)置其擠壓壓力，充型速度，初始模具溫度及初始澆注溫度等參數(shù)。模擬中采用的擠壓力為110MPa，澆注溫度為700℃，模具的初始溫度為200℃，充型速度為1m/s.

　　1.2.2模擬結(jié)果與分析

　　鋁合金輪轂的整個(gè)充型過(guò)程在8.5s內(nèi)完成，各時(shí)間的填充狀態(tài)和溫度場(chǎng)分布見(jiàn)圖2~圖5.首先鋁合金液體很平穩(wěn)地由澆口流入輪轂的輪芯部分，然后平緩地進(jìn)入各個(gè)輪輻中，此時(shí)溫度為660℃左右。在2.2s時(shí)合金液到達(dá)輪輻與輪輞的連接處，5.8s時(shí)在輪輻端部的輪輞處匯合，此時(shí)的溫度為640℃左右，鋁合金液處于完全流動(dòng)狀態(tài)，在7.1s時(shí)金屬液充滿輪芯與輪輻，并平穩(wěn)地沿輪輞上升，此時(shí)合金液溫度為620℃左右，見(jiàn)圖4.在8.5s時(shí)鋁合金液前沿到達(dá)輪轂頂部，整個(gè)輪轂被全部充滿，此時(shí)輪輞上緣合金液溫度為600℃左右，并處于可流動(dòng)狀態(tài)，整個(gè)輪轂的最低溫度在輪輞的下部，約580℃，還未凝固，因此整個(gè)充型過(guò)程沒(méi)有發(fā)生欠鑄和冷隔缺陷。

　　填充過(guò)程結(jié)束后，進(jìn)入凝固過(guò)程。輪轂的凝固基本上滿足從上到下，從外到內(nèi)的順序，模擬結(jié)果顯示最后凝固部位在輪芯的中心，最后凝固的部位會(huì)由于壓力補(bǔ)縮不足而產(chǎn)生縮孔或者縮松缺陷。

　　2、補(bǔ)縮位置和補(bǔ)縮力的確定

　　2.1補(bǔ)縮位置的確定

　　通過(guò)以上模擬和ProCAST軟件的縮孔縮松預(yù)測(cè)判據(jù)，得到縮松的位置正是在輪芯中部，而將補(bǔ)縮位置設(shè)置在輪轂中心部位。

　　2.2補(bǔ)縮力的確定

　　鍛造過(guò)程主要是使鑄件產(chǎn)生屈服塑性變形，以此對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，達(dá)到消除鑄件縮孔縮松的目的。設(shè)一點(diǎn)的主應(yīng)力為1，2，3，且1>2>3，最大剪應(yīng)力為max= 1 2(1-3)=C(1)

　　屈雷斯加屈服條件為1-3=2C(2)

　　式中，C為定值，取決于材料在變形條件下的性質(zhì)，在壓縮條件下發(fā)生屈服時(shí)，1=s，2=3=0，則C=s/2.由于在鍛造時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度是很低的，同時(shí)在鍛造過(guò)程中還必須考慮模具摩擦阻力的影響，因此補(bǔ)縮力的大小在充分考慮了各個(gè)因素影響后按下式計(jì)算<1> P=1.43sA(3)

　　式中，P為補(bǔ)縮力，kN;s為鍛造溫度下材料的屈服強(qiáng)度，MPa，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定;A為與補(bǔ)縮力垂直鍛件投影面積，cm2。

　　鋁合金在500℃時(shí)s=11~25MPa，輪轂中心面積為200.96cm2，因此計(jì)算出鍛壓比壓為157.3~ 357.5MPa.如果鍛造溫度下的材料屈服強(qiáng)度無(wú)法確定，也可用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行補(bǔ)縮力計(jì)算。

　　P=K<1+0.001(H/a)

　　　式中，K為合金種類系數(shù)，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定;H為鍛件中鍛造時(shí)阻力較大部分的高度，mm;a為與H部分相對(duì)應(yīng)的平均厚度，mm.鋁合金中K=800~1000MPa，H=200mm，a= 4mm，由此計(jì)算得鍛壓比壓為100.8~126.0MPa.

　　2.3雙重?cái)D壓鑄造數(shù)值模擬結(jié)果分析

　　對(duì)鋁合金輪轂進(jìn)行多次雙重?cái)D壓鑄造數(shù)值模擬，補(bǔ)縮位置設(shè)置在輪轂中心，鑄造參數(shù)采用擠壓鑄造時(shí)的擠壓參數(shù)，鍛造開(kāi)始時(shí)間為輪轂快凝固終了時(shí)，補(bǔ)縮力以經(jīng)驗(yàn)公式為依據(jù)建立補(bǔ)縮力參數(shù)模擬，補(bǔ)縮力為110MPa時(shí)，縮松缺陷區(qū)域已經(jīng)很小，說(shuō)明由于補(bǔ)縮力的增加，使鑄件產(chǎn)生塑性變形，對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，明顯減少了縮松缺陷的產(chǎn)生，當(dāng)補(bǔ)縮力在120~130MPa時(shí)，無(wú)明顯縮松，其微觀縮松危險(xiǎn)區(qū)域也進(jìn)一步減小。

　　3、結(jié)論

　　(1)針對(duì)鋁合金輪轂進(jìn)行了擠壓鑄造數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)輪轂中心部位會(huì)出現(xiàn)縮松缺陷，由此將鍛壓頭的加壓位置設(shè)在輪轂中心部位。

　　(2)運(yùn)用屈服準(zhǔn)則分析鑄件塑性變形情況，綜合考慮各方面影響因素后得出了補(bǔ)縮力的經(jīng)驗(yàn)值，通過(guò)對(duì)輪轂進(jìn)行多次雙重?cái)D壓模擬，最終確定補(bǔ)縮力為120~130 MPa.

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