铝合金壳体压铸件的浇注溢流系统设计

 李平  赵焰杰

（河南理工大学材料科学与工程学院）

摘要  根据铝合金壳体压铸件的结构特点，进行了浇注系统设计。利用华铸CAE软件进行了充型过程模拟，根据模拟结果确定在金属液最先、最后充型部位和汇合处，即底部法兰处设置了4个溢流槽，溢流槽外侧设置了排气槽。经生产验证，生产过程中壳体压铸件的气孔等铸造缺陷少，设计的浇注、溢流系统获得了较好的效果。

关键词  壳体压铸件；浇注和溢流系统；数值模拟；铸造缺陷

 压铸工艺可获得轮廓清晰、尺寸精度和表面光洁度高的铸件，在汽车、摩托车等行业中得到越来越广泛的应用。但由于压铸过程是在高压、高速过程中进行的，因此易出现气孔等铸造缺陷。由此，对压铸工艺中浇注、溢流和排气系统的设计提出了很高要求。以往溢流槽的设置主要依赖经验，通过试验分析浇注的金属液的流态和缺陷情况，来确定溢流槽的设置，导致生产周期长、成本增加和效率低下。采用铸造CAE模拟软件，可以在浇注系统设计后，根据模拟结果合理确定溢流槽的布置，缩短开发周期、降低生产成本和提高设计及生产效率。本课题进行了某压铸铝合金壳体的浇注溢流系统设计，利用CAE数值模拟方法确定了溢流槽的合理设置。

1  零件结构特点

压铸件材质为ADC12，图1为铸件的三维模型。铸件的外形尺寸为140 mm×113.5 mm×80.5 mm，平均壁厚为3.8 mm，铸件质量约为0.46 kg;铸件外观不允许有欠铸、冷隔、渣孔、气泡、缩孔等铸造缺陷，加工表面不允许有气孔缺陷。由于铸件有上下法兰，两侧有圆柱耳朵（圆柱中间孔由型芯形成），这些部位如设置不当，压铸过程中易引起憋气，导致铸件产生气孔缺陷。

2  浇注系统设计

2.1设计分析

 分型面选在零件圆柱型通孔中间，两个圆柱孔耳朵的空心圆柱结构分别在定模和动模中，一模一件。内浇口厚度取2 mm，直浇道（余料）直径取60 mm。浇注系统中无溢流槽。

2.2模拟分析

无溢流槽浇注系统充型模拟结果见图2。可以看出，金属液经浇注系统(见图2a、图2b)首先充填铸件的下半部分和靠近内浇口一侧法兰面（见2c、图2d），在下半部分远端为首股金属液充填部位（见图2c、图2d），故此处需设置溢流槽；铸件上半部分为后充填部位，两侧圆柱孔耳朵管口处、远端法兰的上部和主体圆筒壁的上部凸起部位为最后充填部位（见图2d、图2e）。两侧圆柱孔采用抽芯形成，可利用型芯间隙排气；主体圆筒壁的上部凸起部位可利用分型面间隙排气；远端法兰处需设置溢流槽排气；到0. 020 175 s时整个型腔充满(见图2f)。

3  溢流槽设计

3.1设计方案

按图2模拟结果，在金属液最先、最后充型部位和汇合处设置溢流槽，本铸件的溢流槽尺寸为A - 35mm,a=6 mm,H =14 mm,c=2 mm,b=10 mm,B=35 mm(其中，A为溢流槽长度，B为溢流槽宽度，H为溢流槽厚度，a为溢流口长度，b为溢流口宽度，c为溢流口厚度）。图3为带溢流槽的设计方案，在底部法兰处设置了4个溢流槽。溢流槽外侧设置排气槽（与溢流槽连接处厚度为0,1 mm），两侧圆柱耳朵处利用型芯间隙排气。

3.2模拟结果及分析

图4为带溢流槽的浇注系统的充型模拟结果。可以看出，与未加溢流槽时的充填顺序基本一致，但要均匀平稳一些。金属液经浇注系统（见图4a），首先充填铸件的下半部分（见4b），流经下半部分远端的首股金属液，进入远端法兰下部设置的两个溢流槽中(见图4c)，表明此处溢流槽可以起到很好的储存含有卷气和夹渣物的冷污金属液的效果；金属液逐渐充填铸件上半部分、两侧圆柱孔耳朵管口处、远端法兰的上部和主体圆筒壁的上部凸起部位（见图4d），4个溢流槽为最后充填部位(见图4e)，这进一步说明溢流槽布置的合理性；到0. 021 342 s时整个型腔充满(见图4f)，与图2f充型相比，时间稍长一点。设计的浇注系统及溢流槽经生产验证，铸件气孔、冷隔等铸造缺陷少，图5为生产的压铸壳体件。

4  结语

 针对铝合金壳体压铸件特点，根据实际现场经验设计出浇注系统，并借助CAE模拟软件设计出合理的溢流排气系统，减少了设计的盲目性，经生产验证，铸件气孔等废品率低。