CAE模擬分析軟件近年在鑄造行業中的應用越來越廣泛。通過對鑄件在形成過程中的流場、溫度場和應力場進行仿真分析，可以預知鑄件在成形過程中會出現哪些缺陷，從而在鑄造工藝設計時加以避免，并可提高鑄件質量，縮短開發周期。

　　隨著汽車產業的發展，鋁合金鑄件被廣泛地應用到汽車上。傳統的鑄件開發模式逐漸不能跟上生產的需求，迫切需要一個開發速度快、開發周期短的生產模式。傳統的鑄件開發是依靠長期積累的經驗先設計出一個鑄造工藝，然后在生產中試驗該工藝是否合理，對不合理的地方逐漸改進直至生產出合格的鑄件。這種開發模式既延長了鑄件開發周期又浪費了開發資金。CAE模擬分析可以預先模擬鑄件的流場及凝固場，根據預先設定的邊界條件，可以模擬出鑄件在澆注時會出現哪些缺陷，為設計者提供直觀的參考，這樣就可以提出針對性的預案。

搖臂室材料為ZL101A，需T6熱處理，該產品凈重16.5㎏。長度為983mm，寬度為350mm，長寬比為3:1。產品一側有一個水道型腔用于對發動機進行冷卻，水道型腔下表面及型腔內的各個搭子較厚大，造成補縮困難，易產生縮松缺陷，該產品的氣密性要求較高，在0.3MPa壓力下保壓2min不能泄漏，產品如圖1、2所示。

一、鑄造工藝設計

　　從結構上分析，該產品熱節主要集中在鑄件反面及水道型腔內部，根據以往的設計經驗，我們設計成頂注式澆注工藝，補縮冒口放置在鑄件頂部，內澆道開設在兩邊冒口上，通過水道型腔內的一系列搭子作為補縮通道對下面的熱節進行補縮，鑄件工藝如圖3所示。該澆注方式使鑄件能形成由下到上的的順序凝固梯度，有利于對熱節部位進行補縮。

二、CAE模擬分析

　　１．充型過程模擬

　　把設計好的三維工藝導入分析軟件進行鑄造工藝模擬。從溫度梯度看，上面溫度高，下面溫度低，基本體現了設計思想，實現了鑄件的順序凝固，但充型時間長達16s。充型時間過長，鋁液在澆注過程中易卷入氣體，導致鑄件產生氣孔及氧化渣缺陷，直接影響水道內腔試壓漏。

　　為此，我們加大了澆注系統內澆道截面積，使充型時間控制在12s，同時在直澆道下面放置過濾網，對鋁液進行過濾，防止鋁液中的一次渣進入。

　　為避免二次渣對水道內腔造成影響，將內澆道開設在水道腔對面的一邊冒口上，并在產品底部增加了兩處澆道補貼，使水道腔形成了底注式遠端充型模式，不產生紊流，這樣不但保證了鑄件充型完整，而且又防止了水道腔處出現氣孔及氧化渣缺陷，更改后的澆注系統如圖4所示。

　圖4

　　最終模擬結果顯示，更改澆注系統后的鑄件基本沒有出現氣孔及氧化渣缺陷，如圖5所示。

　2. 凝固過程模擬

　　從圖6中可以看出，在鑄件凝固過程中有A、B、C、D 4個孤立的液相區，說明這幾處是最后凝固的地方，其補縮通道已經提前凝固，這4處凝固時的體收縮導致的體積虧損沒有得到外界液體補償。模擬結果顯示所設計的冒口系統對這4處的補縮不充分，鑄件會在這4處產生縮松缺陷。為此，我們對冒口系統作了更改，針對這4處增加冒口補貼，加強對這幾處的補縮。再次模擬結果顯示，這些區域的縮松缺陷消失，如圖7所示。

　三、應用效果

　　根據更改后的鑄造工藝，我們制作了模具。實際生產中，澆注結果和模擬分析基本吻合，充型較穩定，鑄件基本沒有發現縮松、裂紋缺陷，產品一次試壓合格率達到90%，達到了客戶的要求，并成功送樣。

　　從搖臂室產品開發過程中可以發現，CAE模擬分析使鑄造缺陷在工藝設計階段就得到了預防，很好地指導了生產，可在開發過程中少走很多彎路，確保產品一次性開發成功。

作者簡介：劉海軍、李永華、夏貴光，新興重工湖北三六一一機械有限公司，技術開發部。

來源：《金屬加工（熱加工）》轉載請注明出處

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