鎂及其合金因具有比強度高、減振性和散熱性好、電磁屏蔽性優(yōu)良、鑄造工藝性能好及易回收等特點,在3C產品、交通工具、航空航天等領域有很好的應用前景。目前,工程應用中的鎂合 金90% 采用壓鑄 成形。在壓鑄生產時,對于薄壁、形狀較為復雜的零件,既要滿足鑄件充填的完整性,又要保證鑄件具有良好的性能,這具有一定的難度。目前,生產中多采用數值模擬軟件對壓鑄的充型和凝固過程以及缺陷進行預測,以達到工藝設計和參數設置的最優(yōu)化。

以工程應用為目的,針對鎂合金特殊的凝固特性,對摩托車曲軸箱右蓋進行結構分析,借助正交試驗,并運用Anycasting2.4軟件,對零件的壓鑄充型凝固過程進行模擬,并通過觀察金屬液的充型情況,預測并分析壓鑄件內部缺陷出現的普遍規(guī)律,找到對壓鑄件質量影響最大的因素,并以此為基礎得出優(yōu)化工藝參數,在一定程度上減少內部缺陷的產生,以期對于類似結構件的壓鑄生產提供參考。

1、圖文結果

摩托車曲軸箱右蓋正常服役溫度超過120℃，對致密度以及強 度等有較 高的要求。壓鑄件輪廓尺寸為265.06mm×471.41mm×110.00mm,見圖1。該鑄件的形狀較為復雜,壁厚相差比較大,最薄為3.8mm, 最厚為18mm，對工藝設計和參數設置提出了較高的要求。

圖1 壓鑄件三維模型圖

表1 鑄件及模具物性參數

表2 正交試驗方案

表3 正交試驗結果

圖2 進入內澆口的充型過程

圖3 鑄件填充50%的充型過程

圖4 第1組壓鑄件凝固過程

圖5 鑄件缺陷分布

圖6 第1組內部縮孔、縮松情況

表4 試驗結果直觀分析表

由圖6可見,在鑄件壁厚較大的部位出現了縮孔、縮松缺陷，這主要是因為這些部位壁厚不均而產生金屬液聚集的熱節(jié)。由于在高壓狀態(tài)下鎂合金壓鑄件凝固時產生的縮孔、縮松與鑄件的形狀結構有關，縮孔、縮松一般發(fā)生在薄、厚壁相連區(qū)的厚壁側。鑄件厚薄不均時，凝固速度不同。殼體處較薄，先于厚壁區(qū)凝固，此時厚壁處難以得到外部合金液的補縮，因此鑄件縮孔將集中出現在金屬液最后凝固及金屬液積聚的熱節(jié)處。

圖7 優(yōu)化方案鑄件充型過程

圖8 優(yōu)化方案鑄件凝固過程

圖9 內部縮孔、縮松情況

圖10 樣件圖

2、研究結論

（1）在金屬液充填型腔過程中，慢壓射速度對充型時間影響最顯著，慢壓射速度越大，充型時間越短，金屬液越不平穩(wěn)，易造成夾雜、縮孔、縮松等缺陷。

（2）在凝固過程中，模具溫度對凝固時間影響最顯著，模具溫度越高，金屬液與模具溫差越小，凝固時間越長。

（3）慢壓射速度對最大凝固速率影響最大，慢壓射速度越大，壓室降溫越小,，到達內澆口的溫度越高，則與模具溫差越大，從而凝固速率越大,這在一定程度上也影響凝固時間。

（4）對鑄件的縮孔、縮松缺陷分布表明，4個因素對壓鑄缺陷的影響程度相近，缺陷出現在薄壁殼體附近的厚壁處。

作者：
明玥 游國強 陳磊
重慶大學材料科學與工程學院
游國強
國家鎂合金材料工程技術研究中心
童幫華 孔高社
南充兆慶機械制造有限公司
本文來源：特種鑄造及有色合金雜志