摘要：本文以發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、輪轂為例，介紹了AnyCasting軟件分別在高壓、低壓鑄造工藝中的應(yīng)用，針對(duì)不同鑄造工藝生產(chǎn)汽車(chē)零部件時(shí)充型和凝固過(guò)程中產(chǎn)生的常見(jiàn)缺陷進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。通過(guò)軟件的后處理模塊，能直觀地觀測(cè)到鑄造生產(chǎn)過(guò)程中氣體包卷、縮孔等缺陷的分布，對(duì)鑄造缺陷準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)能有利于鑄造工藝改進(jìn)，有利于節(jié)約試制成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：鑄造模擬缸體輪轂缺陷分析
1、引言
汽車(chē)零件種類(lèi)繁多，一般具有形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)多變、致密度高等特點(diǎn)。零件的生產(chǎn)采用了包括高壓壓鑄、低壓鑄造、重力鑄造、砂型鑄造等幾乎所有的鑄造工藝。鑄件鑄造缺陷的產(chǎn)生和改善與鑄造工藝的選擇有很大的關(guān)系。汽車(chē)類(lèi)鑄件鑄造難度較大，而且一般具有生產(chǎn)批量大的性質(zhì)。所以，如何準(zhǔn)確地分析出各種缺陷產(chǎn)生的位置和原因、迅速的得到消除缺陷的方法、縮短試制周期和降低零件生產(chǎn)成本是企業(yè)需要解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。
由于金屬熔體在型腔內(nèi)的流動(dòng)與凝固過(guò)程無(wú)法在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中直觀的看到，所以在解決鑄件缺陷問(wèn)題時(shí)常需要花費(fèi)大量的時(shí)間和試制成本并難以達(dá)到最佳的效果。應(yīng)用鑄造模擬分析技術(shù)，可以幫助技術(shù)人員直觀地分析熔體在型腔內(nèi)部的流動(dòng)及凝固過(guò)程，在實(shí)際試驗(yàn)前就對(duì)鑄件可能產(chǎn)生缺陷及其大小、位置就有了預(yù)測(cè)。有效的縮短試制周期，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。目前在國(guó)內(nèi)鑄造模擬分析技術(shù)正處于開(kāi)始普及應(yīng)用階段，而鑄造模擬軟件在發(fā)達(dá)國(guó)家的鑄造企業(yè)中已基本普及，特別是美國(guó)和歐洲汽車(chē)模具制造企業(yè)，鑄造模擬分析已成為必備手段。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始重視鑄造模擬軟件給企業(yè)帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益。
2、高壓壓鑄發(fā)動(dòng)機(jī)缸體實(shí)例
目前發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的制作工藝主要是重力鑄造及高壓壓鑄，高壓壓鑄具有的生產(chǎn)效率高，工作環(huán)境好等特點(diǎn)，許多企業(yè)紛紛采用高壓壓鑄生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體。但是高壓壓鑄對(duì)模具設(shè)計(jì)的水平要求比較高，如果模具設(shè)計(jì)不好將直接影響產(chǎn)品的合格率。
根據(jù)某高壓壓鑄發(fā)動(dòng)機(jī)缸體模具生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)方案及工藝方案進(jìn)行了模擬分析，產(chǎn)品三維造型如圖1所示。工藝設(shè)計(jì)壓鑄溫度為680℃，模具預(yù)熱溫度為180℃，室溫為25℃，壓鑄鋁合金為ADCl2，模具鋼為SKD61。壓射料筒直徑為134mm，低速區(qū)速度為0.25m／s，高速區(qū)速度為2 m／s，低高速轉(zhuǎn)變時(shí)間約為0.147s。
高壓壓鑄缸體模具設(shè)計(jì)時(shí)，首先是注意設(shè)置流道及渣包，以保證缸體內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)氣孔類(lèi)缺陷，本文以改進(jìn)某位置氣孔缺陷為例，介紹AnyCasting軟件在卷氣缺陷改進(jìn)中的應(yīng)用情況。
由圖3至5（詳情請(qǐng)查閱《中國(guó)壓鑄》雜志）所示，通過(guò)對(duì)卷氣位置的預(yù)測(cè)，可以準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)渣包位置，達(dá)到減少卷氣甚至消除卷氣的目的，避免氣孔缺陷對(duì)鑄件質(zhì)量的影響。

3、低壓鑄造汽車(chē)輪轂實(shí)例

汽車(chē)輪轂的主要生產(chǎn)工藝為低壓鑄造。低壓鑄造工藝中壓力曲線的制定及輪輻與輪輞間的縮孔縮松是汽車(chē)輪轂生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。本文介紹了某低壓鑄造輪轂公司在升液、充型及保壓時(shí)間的一系列壓力調(diào)節(jié)工藝設(shè)定過(guò)程，并且通過(guò)在模具上安放冷卻裝置有效降低甚至消除縮孔縮松生產(chǎn)出高質(zhì)量鑄件的成功實(shí)例。
本文中的低壓輪轂壓力調(diào)節(jié)工藝圖表如圖6（詳情請(qǐng)查閱《中國(guó)壓鑄》雜志）所示。圖7所示為充型時(shí)發(fā)生噴濺現(xiàn)象，這種充型壓力曲線設(shè)計(jì)是不合理的。充型過(guò)程對(duì)氣孔缺陷的影響也很大擔(dān)。保壓303秒后開(kāi)始卸壓，結(jié)果升液管的管口部位已經(jīng)被凝固的鋁合金堵塞，如圖8所示。經(jīng)過(guò)調(diào)整，得到了適當(dāng)?shù)谋簳r(shí)間，圖9中顯示了調(diào)整后的工藝，即保證了鑄件的凝固又保證升液管不被堵塞。
低壓汽車(chē)輪轂鑄件經(jīng)常會(huì)在特定的位置出現(xiàn)縮孔縮松缺陷。通常消除收縮缺陷的做法就是在模具上加入冷卻系統(tǒng)。因此，冷卻系統(tǒng)的設(shè)置，設(shè)置位置及其對(duì)鑄件的作用效果是工程師比較關(guān)注的問(wèn)題。在上下模處設(shè)置水管及風(fēng)冷管的是最常見(jiàn)的，由于對(duì)側(cè)模進(jìn)行機(jī)械加工比上下模增設(shè)水冷及風(fēng)冷管復(fù)雜，所以現(xiàn)場(chǎng)盡量不采用在側(cè)模增加冷卻管路。

本文中的實(shí)例，對(duì)比了無(wú)冷卻系統(tǒng)和設(shè)置了冷卻系統(tǒng)兩種情況下的鑄件縮孔縮松位置及大小的預(yù)測(cè)情況，圖10、11（詳情請(qǐng)查閱《中國(guó)壓鑄》雜志）分別為設(shè)置冷卻系統(tǒng)前后的上下模具及升液管的三維造型，圖11中可以觀察到水冷及風(fēng)冷管的分布情況。通過(guò)對(duì)比，可以明顯的看出，設(shè)置了冷卻系統(tǒng)的模具，鑄造出的輪轂件在輪輻與輪輞的交接處縮孔縮松情況明顯改善了，其他位置也得到了改善。
4、結(jié)論
(1)、應(yīng)用了Anycasting鑄造模擬軟件對(duì)高壓壓鑄發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行了模擬，模擬出的卷氣位置在實(shí)際生產(chǎn)的鑄件中剖切發(fā)現(xiàn)有細(xì)微的氣孔，通過(guò)合理的增設(shè)渣包，模擬得到了較好的結(jié)果；模具經(jīng)過(guò)修改后，實(shí)際生產(chǎn)的鑄件質(zhì)量也得到了提高。

(2)、采用預(yù)先設(shè)計(jì)的低壓汽車(chē)輪轂的鑄造工藝進(jìn)行了模擬分析，發(fā)現(xiàn)充型及保壓過(guò)程存在的問(wèn)題，有效指導(dǎo)了工藝設(shè)計(jì)部門(mén)的工藝改進(jìn)。通過(guò)對(duì)輪轂鑄件的縮孔縮松分析，確定了設(shè)置冷卻系統(tǒng)的位置及系統(tǒng)作用的效果。

(3)、介紹了高壓壓鑄發(fā)動(dòng)機(jī)缸體及低壓鑄造輪轂件的模擬分析與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的案例，可以看到鑄造模擬軟件對(duì)實(shí)際生產(chǎn)工藝具有的指導(dǎo)作用。隨著鑄造模擬軟件的不斷完善及企業(yè)使用經(jīng)驗(yàn)的增加，其對(duì)工藝設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用也得到了越來(lái)越多企業(yè)的認(rèn)可”。