铝合金轮毂压铸件溢流槽设计的CAE分析

1 引言

    今年来，随着科技的进步，汽车产业许多设计都朝着轻量化设计方向发展，铝合金的制造方法主要有压铸、铸造、锻造和挤压等，目前铝合金零件的制造方式大多是以压铸为主，但压铸件可能存在的表面流纹、微缩孔及气孔等缺陷，使其无法达到应有的表面质量，必须靠后期的表面研磨、涂装及修补等程序进行修正，以符合产品严格的表面质量要求。

    铝合金压铸件质量好坏，最主要的是压铸的模具设计与制造及压铸的工艺条件决定，而在传统的压铸模具的设计，主要是靠工程师的经验而定，常常须要多次的试模与修模过程，花费不少人力与财力，若用CAE软件来模拟填充过程，便可提高压铸模设计的效率及压铸件的质量。溢流槽是压铸模浇铸系统中不可缺少的一部分，它的主要作用有排出杂物，排出气体；保持温度平衡；改善液流流动方向；作铸件的顶出平台；接纳第—份冷的金属液。

2 试验研究

    2.1 研究对象

    以某厂汽车铝合金压铸轮毂为研究对象，其壁厚为2.5mm。利用NX软件的Molding模块对铸件及浇铸系统(包括直浇道、横浇道浇口及溢流槽)建立三维模型，如图1所示。输出MAGMAsoft所能接受的STL格式。利用MAGMAsoft进行导入文档→划分网格→成型条件设定→成型材料选择→制定充填模式→选择模具材料→定义边界条件设定初始条件→设定数值选项设定→执行分析。

    压铸件材料选用铝合金ADC12，其物理性质如表1所示。模具选用的材料为SKD61，其物理性质如表2所示。其它工艺参数的设定如下，模具温度200℃，浇注温度没为660℃，柱塞射出压力(600～800)bar，柱塞射出速度为2.5m/s。参照MACMA软件的技术手册，熔体经过浇口的速度为(50～90)m/s。

    表1 ADC12合金的物理性能

    表2 SKD61材料的物理性质

    图1 压铸件及溢流槽3D图

    2.2 研究过程

    以两种不同的溢流结构。即方案1为普通型，溢口面积为水口面积的65%。溢口厚度为0.35mm，尺寸占合金的10%；方案2为与方案1相比仅增长了溢流槽的长度，尺寸占合金的20%。用德国MAGMAsoft进行模拟分析，其结果如图2所示。

    压铸件材料选用镁合金ADC12，其物理性质如表1所示。模具选用的材料为SKD61，其物理性质如表2所示。