JSCAST－铸造模拟|重力铸造|压铸|低压铸造|差压铸造|倾斜铸造|半固态铸造|精密铸造

复杂箱体压铸件凝固成型过程的模拟分析

王廷利，姚山，郝海，戴利欣，候忠霖，金俊泽

（大连理工大学铸造工程研究中心，大连 116023）

摘要：本文使用商品化铸造模拟分析软件JSCAST对一复杂箱体压铸件的凝固成型过程进行了模拟分析。从充型和凝固两个方面对不同的工艺条件进行了对比研究，结果表明：变速条件对填充状态和凝固进程有重要影响。合理的控制变速时间，有利于控制铸件的充型和凝固缺陷、改善铸件质量。

关键词：JSCAST，压铸，充型，凝固

压力铸造属于特种铸造的范畴。它是一种将液态或半固态的金属或合金或含有增强物相的液态金属或合金在高压下，以较高的速度填充入铸模的型腔内，并使金属或合金在压力下凝固形成铸件的方法。压力铸造具有高的生产率，所制产品的质量高、精度高，是一种十分重要的特种合金精密铸件的制备方法，广泛用于制作各种合金的零件。

铸造模拟分析软件JSCAST是日本高力科公司研发的适用于铸造充型及凝固过程的专业软件，该公司与大连理工大学材料学院成立了联合研发中心。使用JSCAST对一复杂箱体的充型和凝固过程进行分析。其中铸件材料为 ADC10（铸铝），初始温度630℃，铸型材料为SKD61（模具钢）,初始温度280℃。在充型过程中分别在内浇口（填充率约27％）和型腔内（填充率为45％）变速，速度由0.3m/s变为3.8m/s。

1.充型过程的模拟及缺陷分析

填充状态是反映压铸过程充型效果的一个重要指标。在压铸过程中，变速的位置对填充状态会产生直接的影响，若在内浇口处变速，排气效果不好，可能会出现卷气（图3a圆圈部分所示），影响型腔的填充效果，如图3a所示。若在型腔内部变速，则可改善压铸液在型腔内的填充效果，如图3b所示。

从图4可知，当填充率达到一定值时，变速位置对型腔内部填充效果影响不大，变速位置对填充状态的影响主要表现在刚进入型腔的部分。

不同条件下的将铸型填充满的时间如图5所示。可以看出两种条件下填充结束时所需的时间有所差异，从而需进一步研究其对凝固结果的影响。

2.凝固过程的模拟及缺陷分析

对表1和图6进行分析得知，虽然变速位置会对填充状态和填充时间产生影响，但是对整个铸件的凝固进程和凝固缓慢部位的影响很小，对改善因为局部凝固缓慢而产生的缩松缩孔缺陷作用不明显。

3.工艺优化及改进思路

对于压铸件的充型凝固，铸件最后填充部位的填充状况是决定铸件质量的一个关键指标，这主要是由金属液的流动性决定的，金属液的温度高则填充效果好，反之，则对填充效果产生不利的影响。

从图7的比较来看，变速位置（时间）对充型结束时铸件的温度分布有直接的影响，在条件2下当填充率为45％在腔内变速时，最后填充到的部位铸件材料的温度在其液相线温度以下，使金属液的流动性变差，对充型不利，所以不适合在填充率过大时变速。

从上述分析得知，变速位置（时间）对填充状态有重要影响，变速时间（位置）对充型完毕后金属液温度有直接影响，而二者将决定铸件的最终质量。分别将变速位置提前为40％和延后为50％来做进一步的分析。

从上述两种工艺调整方案可知，在填充率40％时变速，可一定程度上提高填充结束时的金属液温度，即可提高金属液液的流动性，但在变速初始阶段，可能会出现一些卷气的部位，但此时各个内浇口的金属液已相接，应为一个临界点。在填充率50％时变速，变速时填充状态较好，但在填充结束时金属液温度会出现相应的降低，低于液相线温度的区域扩大到整个箱体的底部，使金属液的流动性降低，可能会诱发浇不足、缩松缩孔等缺陷的产生，应为另外一个临界点。所以，变速位置应确定在填充率40％～50％之间，根据实际情况进行调整。

4.结论

在本箱体的压铸过程中，变速位置是影响铸件质量的最主要因素，变速过早，会使金属液产生飞溅，造成卷气、夹杂等缺陷。变速过晚，会使浇注结束后金属液温度低于其液相线温度，使金属液的流动性变差，诱发浇不足、补缩不好，导致缩松缩孔等缺陷的产生。

经过工艺方案的调整，确定变速位置的临界填充率上临界点为40％，下临界点为50％，在此区间改变压铸速度是可行的，并根据实际情况在此区间调整变速位置，使工艺优化，提高铸件质量。

参考文献

1. 赵浩峰等.现代压力铸造技术.北京：中国标准出版社，2003

2. 胡汉起等.金属凝固原理.北京：机械工业出版社，2000