摘要：基于Flow-3D软件，分析了工艺设计过程中，利用模拟分析软件，经过多版模流的相互对比和分析，确定了减震塔铸件产品成型优化的浇注系统方案，而根据这个方案模拟抽真空的状态，经过模拟分析，预测其可能产生的缺陷，在模具上设计出相应的优化结构。

研究表明，T5处理后，高真空铸件的伸长率可达到8.4%，T6处理后高真空铸件屈服强度和伸长率分别达到了339.8 MPa和6.7%。为了获得较搞的屈服强度和伸长率，汽车结构件通常都需要进行T5或T6处理。而由于热处理温度较高，因而对铸件内部质量要求极高，模具上也需要引用抽真空的排气技术减少产品内部气缩孔问题。

本课题采用Flow-3D软件，定性分析了铝合金液流动的充型状态与铸件缺陷的分布，着重研究了梳形浇道、扇形浇道、集中进浇、分散进浇、长浇道与短浇道对充型流动状态、充型温度、充型速度、气压阻力与铸件成形的关系；确定了铸件的浇注系统与排气系统，大大缩短了模具的开发周期。

一、利用Flow-3D选取进浇位置和确定产品摆位

1、铸件结构分析

某汽车减震塔铸件三维模型见图1，其最大外形尺寸549 mm×408 mm×281 mm，铸件投影面积：188 686 mm2，铸件基本壁厚≥3 mm(局部有厚料位），铸件成品质量为3.74 kg，铸件收缩：1.0045。该铸件内部品质要求较高，需进行T6处理。该铸件对铝液填充的顺序性、连续性要求很高，所以通常会选择一个侧面进浇。分析铸件结构可知，该铸件不需要滑块抽芯，理论上可选择任意面进浇。位置C和位置D进浇位置不足，排除进浇可能。位置A和位置B通过初步观察无法判断优劣，需要通过Flow-3D模流分析判定最佳进浇面。

图1：汽车减震塔三维模型及进浇位置示意图

2、铸件进浇面选择

设计了两条流道进行模流分析对比，其填充速度模拟结果见图2。可以看出，从位置A进浇时，铝液填充连续性较好，没有出现紊流及卷气；而从位置B进浇时，铝液进入型腔后出现了紊流，填充连续性较差。这是因为从位置B进浇时，铝液首先经过的铸件型腔有几级不同的高度，而且造型较复杂。而从位置A进浇时，铝液首先经过的铸件型腔较为平坦，只有两侧有两处较小区域出现小局部高度差。因此，位置A进浇有较大优势。

图2：不同进浇位置填充速度模拟分析对比

二、 确定进浇位置后，通过模流分析优化浇排系统设计

1、方案1模拟分析

图3为方案1的填充速度模拟图，其中红圈区域为包卷区域。可以看出，铸件在两侧出、末端以及厚料区均存在一定程度的包卷，这可能会导致在该处形成气缩孔等缺陷，还会影响后续的流态。产品外侧出现包卷的原因是产品外侧型位造型出现转折，外侧填充速度较快。末端卷气的原因是两侧填充过快。产品中部厚料区域包卷严重的原因是两侧填充过快，铝液流进中部厚料区域时不顺畅。

图3：方案1的填充速度模拟

为解决上述问题，采取将内浇口收窄的措施，见图4：采取该措施后，避开了产品转折位置，降低了两侧的填充速度，从而实现填充流态的优化。

图4：方案2的铸件及浇注系统三维模型

图5 ：方案2的填充速度模拟

图6为铸件外侧铝液和末端铝液的填充方向示意图。可以看出，方案1中铸件外侧填充过快是由于外侧几股铝液由于惯性，首先将产品外侧型位填满，然后再向内部卷过来，包住还没来得及排出的气体。

图7为方案3的铸件及浇注系统三维模型。可以看出，在铸件外侧增加了一缓冲段，缓冲横流道的冲击能量。对外侧几股铝液起到降低速度和改变入射角度的作用。内浇口宽度和方案1相差不大，但外侧两个内浇口适当改小（见绿色箭头）。此外，针对方案1中间厚料区域包卷较严重的问题，在铸件内部增加筋条，将筋条连通到铸件中部厚料区域。对铝液起到一定的引流作用，改善厚料区域填充质量。改进方案见图8。

图7：方案3的铸件及浇注系统三维模型

图8：铸件筋条改进

图9为方案1和方案3的外侧包卷和末端卷气问题对比。可以看出，采用方案3后，铸件卷气问题得到明显改善。

图9：方案1和方案3卷气情况对比

三、结合Flow-3D抽真空分析

1、结合冲头模拟分析Ver3版本的两个状态

针对方案3，进行了两种对比方案：腔内不抽气；按实际生产情况。

图10为压射和抽真空参数图。按相同的速度设置，是否抽真空的两种状态分析料筒内铝液流态基本相同。图11为冲头移动模拟的结果。可以看出，料筒内铝液平稳，未出现紊流。速度设置合理。

图10：压射和抽真空参数图                                                              图11：方案3冲头移动模拟结果

2、排气槽分析

图12为加入抽真空后的速度模拟。可以看出，排气槽两股铝液几乎同时到达交汇点，这种情况较理想，避免了封堵通道导致排气不顺畅的情况。

图12：方案3加入抽真空后的填充速度模拟

3、速度对比和卷气对比

图13和图14分别为抽真空前后的填充速度和卷气模拟对比。可以看出，抽真空状态，腔内填充效果和卷气情况得到明显改善。

图13：方案3加入抽真空前、后的填充速度模拟对比

图14：方案3版本加入抽真空前、后的填充卷气模拟对比

图15分别为速度模拟和卷气模拟分析得出的缺陷位置。可以看出，无论是速度分析还是卷气分析，两个悬置孔附近的填充效果不理想，出现铸造缺陷的风险较高。而悬置孔的受力要求较高。可通过设置局部挤压来改善。图16为设置挤压的两个悬置孔。

图16：填充速度和卷气模拟的缺陷位置

图17：挤压悬置孔

五、 结语

经过多版模流的相互对比和分析，确定优化后铸件的浇排方案，而根据这个方案模拟抽真空的状态，经过模拟分析，预测其可能产生的缺陷，在模具上设计出相应的优化结构。该种方案在生产过程中得到验证，效果良好。