刘琪明1，陈振宇2’，陈国恩2

(1.迈格码（苏州）软件科技有限公司；2.广东鸿图科技股份有限公司）

摘要：本文针对某发动机的凸轮轴支架在试制阶段出现了气孔及漏气等缺陷，借助数值模拟软件对铝液的充型及凝固过程进行模拟，发现了缺陷产生的根本原因。通过优化工艺方案，解决了产品的缺陷，提高了铸件的品质，缩短了开发周期。实践结果表明数值模拟软件在解决产品缺陷起到了积极的作用。

关键词：铝合金；压铸；MAGMASOFT;模拟

影响压铸件质量的因素众多，混合了物理、冶金和铸件几何的相互作用和影响。其本质可简单 概括为金属液，速度，温度，压力，方案，模具随着时间变化的一个配合，组合的过程。不同的方 案，配合不同的压力，得到不同的速度，温度，最终得到不同的铸件组织结构。所以我们日常的修模，试模，再修模及试模都是在找寻其间的规律（大量的实际经验告诉我们，有些因素为线性变化，而有些因素则是非线性，所以寻找正确的规律非常重要），找寻这些因素的最佳组合。但是这样大大的耗费了我们的人力物力和时间，如果在仿真模拟软件里执行，则会大大的节约成本，提高效率。 本文以某零件品质改善过程为例，详细说明数值模拟在产品开发过程中的应用。

1产品基本信息

该产品为某汽车发动机的凸轮轴支架，结构图见图1所示。铸件要求使用的铝合金材料为JIS H5302 ADC12，其基本尺寸为480mm\235mm\87mm，铸件的平均壁厚为3.5mm。因产品的功能要求， 对产品需要做气密性检测。油道部分要求在0.3MPa的气压下无泄漏，腔体部分要求在0.1MPa的气 压下无泄漏。

2试制问题

产品经过首次试制，检测发现在螺纹预铸孔侧壁有较大的缩孔，内部质量不合格。对缺陷出进行剖切，如图2所示，红色线框标示处有缩孔。

3缺陷原因分析

根据首次试制的参数以及模型进行模拟，结果显示缺陷位置因产品壁厚过厚，相对凝固时间较 长，形成大的热节，最后导致缩孔。实际缺陷与模拟结果的对比如图3所示。基于上述原因，需从调整铸件的浇注方案、凝固顺序等方面着手改善。

3.1浇注方案优化及工艺参数最佳匹配组合

在保证零件成型的前提下，对浇注方案进行优化，缩小热节处的进浇口，减小流经热节点处的 铝料，降低模具升温的幅度。同时由于浇注方案的变化，需要对工艺参数进行优化，减少热节点处 的铝料紊乱。基于以上的分析，对浇注方案进行了优化，如图4所示。另外结合软件的优化功能，设定工艺方案优化的过程，如图5所示。依据以上的设定条件进行运算。

图6为自主优化的模拟结果。图6a中每一条彩色线段为一组工艺参数方案，共5个竖轴，从左 至右分为高速变化区间，压射方案变化区间，成型温度结果范围，内浇口速度范围和热节时间范围。 通过拖动每个竖轴上下两端的箭头来获得最佳的工艺方案，例如想要最低热节时间，往下拖动竖轴 上端箭头，最后得到最小的热节时间为方案1，同时方案1的成型温度也较高，内浇口速度相对较 低。图6b左竖轴为热节时间范围，右竖轴为成型温度结果范围，下横轴为全部工艺方案，通过观察 温度和热节时间的变化曲线，可以发现方案1的成型温度相对较高，热节时间最短。图6c最上一排 为热节时间根据不同方案和高速速度的变化规律，第二排为内浇口速度根据不同方案和高速速度的 变化规律，第三排为成型温度根据不同方案和高速速度的变化规律，右一竖排为高速速度的变化范 围，右二竖排为几何方案的变化范围，以热节时间结果为例，该结果时间变长随着从方案一切换到 方案二，同时其总体趋势随着高速速度的提升而变长，所以通过观察其变化规律，从而抓山最准确 的方案与工艺参数。综合以上所述，在保证成型温度的基础上，采用相对较低的压射速度并配合压 射方案一，可以获得最小的热节时间，通过减小热节时间，从而降低实际生产中所出现的凝固收缩类缺陷。

3.2实际验证

根据优化后的浇注方案以及工艺参数进行实际生产，对压铸出产品做内部质量检测，检测结果 显示产品壁厚位置缩孔得到改善，如图7所示。实践结果表明通过采用改善后的压射方案并配合最佳工艺参数，解决了实际中产品出现的缺陷。

4结论

(1)针对产品缩孔问题，从实际产品和模拟结果来看，属于产品局部结构偏厚，凝固收缩不均匀， 巨大的凝固温度差导致缩孔。

(2)通过使用数值模拟分析软件，一次性导入大量的工艺参数与压铸方案，然后匹配出最佳的压 射方案与工艺参数的组合，在最短的时间内，最大的提升效率，改善了缺陷。