模拟仿真在压铸模具中的具体应用

于兆梅,袁小凡

（河南西峡汽车水泵股份有限公司，河南西峡474500）

压铸模具制作成本高、试模费用高，一套泵体压铸模具少则十万，多则几十万。对压铸模具而言，如果浇注系统设计合理，那么铸件充型顺序就会比较合理，卷气少，铸件气孔缺陷就少，相应的，铸件成品率就高。相反，如果浇铸系统工艺差，那么充型过程就会比较紊乱，充型过程卷气严重，铸件气孔缺陷就多，相应的成品率就低。但目前，国内不少企业仍靠经验、试验开发模具，开发成本高、风险大。利用压铸模拟分析软件，开模前对压铸件充型过程模拟分析，及时发现问题并解决优化，实现绿色铸造，节约时间，节约成本。现在，更多的企业越来越清楚地认识到，要想提高铸件的成品率，降低开发成本，缩短开发周期，就应该把铸造模拟技术作为模具设计开发阶段必不可少的分析工具。本文介绍了利用MAGMA高压模拟软件，对某汽车水泵泵体新产品，进行压铸充型过程模拟分析，解决现有铸件问题的方法和步骤。

1 泵体压铸件基本信息及要求

（1）材质：DIN1706(AlSi9Cu3)；

（2）外形尺寸：90mm×120mm×94mm，平均壁厚约4.3mm，铸件重量0.47kg；

（3）密封槽的气孔要求：气孔不得大于0.75mm，且任意两孔间距必须大于5mm，铸件Xray探伤等级不低于3级；

（4）泵体试漏气压200kPa，泄漏率不超过3.5cc/min。

2 存在问题

（1）铸件剖切后，泵体堵盖孔和轴承孔交接处存在大的缩松缺陷，探伤结果4级以下，不合格。

图1 产品三维

图2 实物剖切

图3 充型过程

（2）加工后，轴承孔及密封槽有弥散型气孔，其中密封槽气孔直径1.0mm～1.2mm，轴承室气孔直径0.5mm～0.8mm，均在进料口远端。

3 模拟分析

从图3的充型图，可看出铝液进入铸件后，过早分流，不往前面的轴承室充填；从图4的充型图可看出，轴承室填充晚，大面部分铝液已封闭，将气滞留在轴承室部位，造成加工气孔的出现。

图4 充型过程

从图5和图6可看出，轴孔与堵盖孔交接处存在大的热结，轴孔部位冷却晚，导致铸件缩松。

图5 铸件热节

图6 凝固液相

4 改进措施

4.1 优化铸件形状，将泵体堵盖孔底部填平

堵盖孔底部存在异形凹槽，由于内浇口设在堵盖孔的位置，在充型过程中，该处的凸台会造成铝液强烈冲击及飞溅，阻碍铝液充填轴承室部位，并产生卷气。

图7 堵盖局部图

将泵体堵盖一腔底部填平，一腔不变，对应模具如图8所示。

图8 模具图

分析模拟充型过程（如图9）：从充型顺序可明显看出，左边填平的泵体轴承室部位充型早，这样有效降低了该部位的气体含量，减少气孔发生。

图9 充型图

4.2 改变铸件布置，优化浇道形状及内浇口

浇道形状由分支进浇改为平行进浇，以使两腔同步充型，原内浇口尺寸：厚度为3.2mm，宽度为42.5mm，两内浇口总面积为294mm2。当冲头速度为3m/s时，对应的内浇口速度28.9m/s，速度偏低，充型时铝液不能有效雾化，会使铸件上形成较大气孔。改进后内浇口尺寸：厚度为2.8mm宽度为36.6mm，内浇口总面积为224mm2。当冲头速度为3m/s时，对应的内浇口速度为37.8m/s，此速度在合理工艺范围内。

模拟充型过程对比：图11、图12两图片为铸件充型44%时的结果对比，可看出右边的浇道改进后，背面圆台及轴承孔充型较早。

图10 带浇道铸件

图11 正面充型对比图

图12 背面充型对比图

充型完毕时铸件气压对比分析：浇道改进后铸件气压由原来的3000mbar左右降低到2300mbar，明显低于改进前铸件气压，因此降低了这两部位的气孔缺陷。

图13 铸件气压对比图

图14 铸件剖切图

4.3 增加泵体一周减重槽壁厚

从图14的铸件剖切图看，泵体一周减重槽部位的铸件壁厚存在厚-薄-厚，这样的壁厚结构，不利于增压压力的传递，使厚大的轴承室部位增压传递不到位，造成缩松严重，所以尝试将中间薄壁由3mm增加到4mm。

充型过程对比（如图15）：可看出右边的铸件壁厚增加到4mm时，轴承室及背面圆台比左边壁厚3mm的充型早。

气压比较（如图16）：右边的铸件壁厚增加到4mm时，轴承室及背面圆台比左边壁厚3mm的铸件相应部位气压低。

图15 充型对比图

图16 铸件气压对比图

图17 铸件切片

5 结论

通过三种改进措施，由MAMGA模拟分析，对比分析模拟结果，确定最终优化方案，该方案泵体轴承室及背面圆台充型较早，气压较低，结果合理。后采用该方案制作出的模具，铸件缩松等级在3级以内，加工后成品率95%以上（如图17），使得该项目顺利通过了主机厂的审核。