镁及其合金因具有比强度高、减振性和散热性好、电磁屏蔽性优良、铸造工艺性能好及易回收等特点,在3C产品、交通工具、航空航天等领域有很好的应用前景。目前,工程应用中的镁合 金90% 采用压铸 成形。在压铸生产时,对于薄壁、形状较为复杂的零件,既要满足铸件充填的完整性,又要保证铸件具有良好的性能,这具有一定的难度。目前,生产中多采用数值模拟软件对压铸的充型和凝固过程以及缺陷进行预测,以达到工艺设计和参数设置的最优化。

以工程应用为目的,针对镁合金特殊的凝固特性,对摩托车曲轴箱右盖进行结构分析,借助正交试验,并运用Anycasting2.4软件,对零件的压铸充型凝固过程进行模拟,并通过观察金属液的充型情况,预测并分析压铸件内部缺陷出现的普遍规律,找到对压铸件质量影响最大的因素,并以此为基础得出优化工艺参数,在一定程度上减少内部缺陷的产生,以期对于类似结构件的压铸生产提供参考。

1、图文结果

摩托车曲轴箱右盖正常服役温度超过120℃，对致密度以及强 度等有较 高的要求。压铸件轮廓尺寸为265.06mm×471.41mm×110.00mm,见图1。该铸件的形状较为复杂,壁厚相差比较大,最薄为3.8mm, 最厚为18mm，对工艺设计和参数设置提出了较高的要求。

图1 压铸件三维模型图

表1 铸件及模具物性参数

表2 正交试验方案

表3 正交试验结果

图2 进入内浇口的充型过程

图3 铸件填充50%的充型过程

图4 第1组压铸件凝固过程

图5 铸件缺陷分布

图6 第1组内部缩孔、缩松情况

表4 试验结果直观分析表

由图6可见,在铸件壁厚较大的部位出现了缩孔、缩松缺陷，这主要是因为这些部位壁厚不均而产生金属液聚集的热节。由于在高压状态下镁合金压铸件凝固时产生的缩孔、缩松与铸件的形状结构有关，缩孔、缩松一般发生在薄、厚壁相连区的厚壁侧。铸件厚薄不均时，凝固速度不同。壳体处较薄，先于厚壁区凝固，此时厚壁处难以得到外部合金液的补缩，因此铸件缩孔将集中出现在金属液最后凝固及金属液积聚的热节处。

图7 优化方案铸件充型过程

图8 优化方案铸件凝固过程

图9 内部缩孔、缩松情况

图10 样件图

2、研究结论

（1）在金属液充填型腔过程中，慢压射速度对充型时间影响最显著，慢压射速度越大，充型时间越短，金属液越不平稳，易造成夹杂、缩孔、缩松等缺陷。

（2）在凝固过程中，模具温度对凝固时间影响最显著，模具温度越高，金属液与模具温差越小，凝固时间越长。

（3）慢压射速度对最大凝固速率影响最大，慢压射速度越大，压室降温越小,，到达内浇口的温度越高，则与模具温差越大，从而凝固速率越大,这在一定程度上也影响凝固时间。

（4）对铸件的缩孔、缩松缺陷分布表明，4个因素对压铸缺陷的影响程度相近，缺陷出现在薄壁壳体附近的厚壁处。

作者：
明玥 游国强 陈磊
重庆大学材料科学与工程学院
游国强
国家镁合金材料工程技术研究中心
童帮华 孔高社
南充兆庆机械制造有限公司
本文来源：特种铸造及有色合金杂志