原標題：基于ProCAST的殼座壓鑄數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化

變送器是把傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀豢刂破髯R別的信號的轉(zhuǎn)換器,其殼座支撐著變送器的儀表裝置，是變送器的重要組成部件。殼座的材質(zhì)為YL113，強度夠，質(zhì)量也輕。殼座采用壓力鑄造。相對其他工藝方法來說，壓力鑄造可以連續(xù)地、大批量地生產(chǎn)出與壓鑄型腔相符的壓鑄件，壓鑄件切削量少，可以很好地節(jié)約成本。

但是如何減少壓鑄件的缺陷，一直是生產(chǎn)的難題。采用人工試模，試驗周期長，成本也高。使用ProCast軟件，對殼座進行正交試驗的數(shù)值模擬，通過分析模擬結(jié)果，優(yōu)化出合理的壓鑄工藝參數(shù)并應用于實際生產(chǎn)中，節(jié)省了人工試模的成本和時間。

一、殼座結(jié)構(gòu)特點

殼座的尺寸為128 mm×116 mm×119 mm ，平均壁厚為7.86 mm，體積為-42.64 g•cm^{•K)，模具與空氣的傳熱系數(shù)為10 W/(m2•K)。選擇高壓壓鑄，模擬終止步長為5000步。}

^{四、正交試驗設計及工藝參數(shù)優(yōu)化}

^{正交試驗設計}

^{影響壓鑄件質(zhì)量的因素有很多，例如內(nèi)澆口的厚度大小及模具預熱溫度、澆注溫度、壓射速度等 。選擇壓射速度（A）、模具預熱溫度（B）、澆注溫度（C）、內(nèi)澆口厚度（D）為因素，以充型時間、凝固時間、縮孔縮松量及裹氣量為指標建立4因素3水平正交試驗表。其中，縮孔、縮松量由平均體積分數(shù)來表示。表1為因素水平表，表2為正交試驗結(jié)果表。}

^{模擬結(jié)果分析}

^{根據(jù)正交試驗的結(jié)果，分析鑄件充型、鑄件凝固及鑄件縮孔、縮松值的情況，得到分析結(jié)果見表3。}

^{通過充型時間和充型指標兩個判斷標準來確定各組工藝參數(shù)下充型過程的好壞。充型指標是對在壓力鑄造過程中的流動狀態(tài)：層流、紊流、裹氣、沖刷、澆不足等現(xiàn)象的綜合評價。根據(jù)表3可知，壓射速度對鑄件充型時間的影響較大，當壓射速度越大，充型時間也就相對越少。由于在相同條件下，壓射速度越大，金屬液體進入內(nèi)澆口的速度越大，導致了鑄件的充型時間越少。}

^{凝固過程的模擬主要是觀察和分析溫度的的變化與趨勢。分析表3可知，模具預熱溫度對凝固時間的影響最大，這是因為模具預熱溫度越高，金屬液的散熱速度就越慢，凝固時間也就越長。}

^{由表3可知，隨著壓射速度增大，鑄件的縮孔、縮松值呈現(xiàn)先減小再增加的趨勢。當壓射速度為3.4 m/s時，鑄件的縮孔、縮松值最小；隨著模具預熱溫度升高，鑄件的縮孔、縮松值也呈現(xiàn)了先減小再增加的趨勢，在預熱溫度為165 ℃時，鑄件的縮孔、縮松值最?。浑S著澆注溫度升高，鑄件的縮孔、縮松值呈現(xiàn)增加的趨勢，在澆注溫度在590 ℃時，鑄件縮孔、縮松值最小；適當?shù)脑黾觾?nèi)澆口的厚度，有利于減少鑄件裹氣缺陷及補縮壓力的傳遞，內(nèi)澆口的厚度為2.4 mm時,鑄件的縮孔、縮松值最小。}

^{優(yōu)化后的工藝參數(shù)}

^{在壓鑄生產(chǎn)中，鑄件的縮松、縮孔值和裹氣量應盡量少，以保證鑄件的強度。在保證鑄件質(zhì)量的基礎上應盡量減少充型時間及凝固時間，來縮短鑄件的生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。因此，以縮孔、縮松值和裹氣量為主，綜合考慮來確定優(yōu)化的工藝參數(shù)為A2B2C1D3，即壓射速度為3.4 m/s，模具預熱溫度為165 ℃，澆注溫度為590 ℃，內(nèi)澆口厚度為2.4 mm。}

^{五、優(yōu)化后的工藝參數(shù)數(shù)值模擬}

^{根據(jù)優(yōu)化出的工藝參數(shù)對殼座進行數(shù)值模擬，圖3為殼座充型模擬過程，圖4為殼座縮孔、縮松缺陷，圖5為殼座裹氣圖。}

^{由圖3可知，金屬液經(jīng)過直澆道、橫澆道及內(nèi)澆口后，進入型腔內(nèi)，先填充中央部分，然后向型腔四周填充，直到型腔被填滿，充型過程完畢。金屬流動方式總體平穩(wěn)，流動狀態(tài)較好。}

^{由圖4可知，鑄件的縮孔、縮松主要集中在鑄件壁厚較大的位置處。該位置不是受力部位，因而對鑄件的整體質(zhì)量并沒有影響。}

^{由圖5可知，殼座鑄件的裹氣部分主要集中在靠近內(nèi)澆口處，由于內(nèi)澆口附近金屬液流動速度相對較快，卷入的氣體也會較多。}

^{用優(yōu)化的工藝參數(shù)模擬得出的殼座鑄件充型時間為0.0 555 s,凝固時間為11.12 s,縮孔、縮松平均體積分數(shù)為1.10 %，平均裹氣量為0.00 059 g?cm-3，與9組正交試驗比較，總體相對較小，鑄件質(zhì)量得到了較大提高，因此優(yōu)化工藝可行。}

^{六、生產(chǎn)驗證}

^{選用J1125型臥式冷室壓鑄機，利用設計制造出的殼座壓鑄模具及優(yōu)化的壓鑄工藝參數(shù)進行殼座壓鑄。圖7為生產(chǎn)出來的殼座，鑄件形狀清晰，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。根據(jù)模擬結(jié)果對鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松的位置（圖4中A點位置處）進行金相組織觀察，圖8為A處金相組織圖，可以看出鑄件微觀孔洞較少，且容易產(chǎn)生縮孔縮松的位置位于鑄件厚壁中間，不是工作位置，對鑄件質(zhì)量影響較小。證明該鑄件質(zhì)量合格，可以大批量生產(chǎn)。}

^{七、結(jié)論}

^{（1）對殼座壓鑄件進行了充型凝固過程數(shù)值模擬，優(yōu)化出合理的內(nèi)澆口厚度為2.4 mm和壓鑄件工藝參數(shù)：澆注溫度為590 ℃，模具預熱溫度為165 ℃，壓射速度3.4 m/s。}

^{（2）建立正交試驗得出內(nèi)澆口厚度對縮松縮孔的影響大于澆注溫度、預熱溫度和澆注速度的影響。}

<sup>（3）根據(jù)模擬結(jié)果設計并制造出了殼座壓鑄模具，進行了壓鑄試驗，得到了合格的殼座壓鑄件，驗證了模擬結(jié)果的正確性且可應用于實際生產(chǎn)中。

作者：
陳峰  王成玥  趙鵬
沈陽理工大學藝術(shù)設計學院
胡清和
沈陽理工大學汽車與交通學院</sup>