原标题：缺陷消除！铝合金蜗壳低压铸造工艺设计及数值模拟

铝合金因其密度小、强度高的特点而广泛应用于航空、航天领域。铝合金蜗壳铸件结构复杂，壁厚不均。若采用传统的砂型铸造，导致造型困难、不易清砂，难以保证铸件尺寸精度及表面粗糙度。低压铸造能够保证在充型过程中金属液的平稳上升，减少缺陷的产生，生产出尺寸精度较高的铸件。铝合金在实际生产中容易产生缩松、缩孔等缺陷，为降低成本和生产周期，铸造模拟软件得到广泛的应用。本课题采用石膏型低压铸造生产铝合金蜗壳，借助模拟软件对蜗壳低压铸造充型、凝固过程进行数值模拟，预测铸件可能产生缺陷的位置及大小，根据模拟结果对工艺方案进行优化，以消除铸造缺陷。

图文结果

铸件质量约为3.474kg，外形尺寸为306mm×291mm×182mm。铸件壁厚差大，薄壁处仅为3mm，最厚处达60mm，局部不规则, 实体模型见图1。铸件质量要求高，故选用强度和硬度高、耐腐蚀性好的ZL205A合金，其化学成分见表1。该件按航空铸件标准HB963-2005II类对指定部位进行X光探伤检测，而且铸件不宜补焊。

图1 铸件实体三维模型

表1 ZL205A合金的化学成分（%）

图2 铸件的浇注系统模型

图3 初始方案充型过程

图4 初始方案凝固过程

图5 缺陷预测及实际铸件内部缺陷

从初始方案中可以看出，中间厚大部位得不到补缩，会产生缺陷, 通过改变浇注系统，在铸件中间厚大部位增加直浇道和内浇道以优化初始方案，使其在凝固过程中得到相应的补缩。优化方案见图6，在原始方案基础上，铸件中间部位增加浇道。优化方案充型过程见图7，与原始方案相比，充型时间有所延长，过程更加平缓。

图6 优化后铸件的浇注系统

图7 浇注系统优化后的充型过程

图8 工艺优化后的凝固过程

图9 工艺优化后的缺陷预测

图10 实际生产的铸件

通过模拟软件对铝合金蜗壳低压铸造方案进行模拟，结果表明，凝固过程铸件中间厚大部位出现缩松、缩孔缺陷，生产出的铸件不合格。通过在铸件厚大部位增加直浇道和内浇道，增加了对厚大部位的补缩能力，模拟结果表明缺陷完全消除。进行试生产及力学性能测试，都能满足生产要求。

本文作者：

魏娟娟1 米国发1 周志杰2 张锦志2
1.河南理工大学材料科学与工程学院；
2.河南平原光电科技有限公司

本文来自：《特种铸造及有色合金》杂志社，《压铸周刊》战略合作伙伴