压力铸造
特种铸造及有色合金 ２０１１年第３１卷第１０期
大型铝合金薄壁件低压铸造工艺研究
余 瑾 杨天云 杨 兵 马谷剑（合肥工业大学材料科学与工程学院）
摘 要 采用有限元模拟仿真软件结合正交试验方法，对铝合金汽车座椅骨架低压铸造工艺进行数值模拟，研究了低压铸、造加压工艺参数对铸件缩松、缩孔、充型及凝固规律的影响。结果表明，当充型时间为１．增压压力为７ｋ５ｓＰａ及保压时间为１铸件缩孔、缩松率最小，且成形质量最佳。００ｓ时，关键词 铝合金；低压铸造；正交试验；数值模拟；充型凝固
＋
（）中图分类号 ＴＰ３１１；ＴＧ２４９．２８ 文献标志码 Ａ 文章编号 １００１－２２４９２０１１１０－０９３５－０４
：／ＤＯＩ１０．３８７０ｔｚｚｚ．２０１１．１０．０１５
ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣａｓｔｉｎＬａｒｅＴｈｉｎａｌｌｅｄＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏＰａｒｔｓ －Ｗ ｇｇｙ
ＹｕＪｉｎ，ＹａｎＴｉａｎｕｎ，ＹａｎＢｉｎａＧｕｉａｎ ｇｙｇｇ，Ｍｊ
（，Ｈ）ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏ ｇｇｙｇｙ
：ＡｂｓｔｒａｃｔＦｉｌｌｉｎａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｌｏｗｒｅｓｓｕｒｅｃａｓｔｉｎａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｅａｔｆｒａｍｅｗｅｒｅ ｇｐｇｙ
）ｓｉｍｕｌａｔｅｄｂＦＥＭ（ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｃｏｍｂｉｎｉｎｗｉｔｈｏｒｔｈｏｏｎａｌｔｅｓｔｉｎｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｓｏｆ ｙｇｇｇ ），ｒｏｃｅｓｓｉｎａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｓｈｒｉｎｋａｅｏｒｏｓｉｔｈｏｌｅｆｉｌｌｉｎａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ ｐｇｐｇｐｙ（ｇ
）ｍｉｎｉｍｕｍｓｈｒｉｎｋａｅｏｒｏｓｉｔｈｏｌｅｒａｔｅｉｎｔｈｅｌｏｗｒｅｓｓｕｒｅｃａｓｔｉｎａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｓｅａｔｆｒａｍｅｃａｎｂｅ ｇｐｙ（ｐｇｙ ｏｂｓｅｒｖｅｄｗｉｔｈｄｅｓｉｒａｂｌｅａｅａｒａｎｃｅｕａｌｉｔｗｈｅｎｆｉｌｌｉｎｔｉｍｅｉｓ１．５ｓｗｉｔｈｈｏｌｄｉｎｒｅｓｓｕｒｅｏｆ７ｋＰａａｎｄ － ｐｐｑｙｇｇｐ ｈｏｌｄｉｎｔｉｍｅｏｆ１００ｓ．ｒｅｓｓｕｒｅ－ ｇｐ
：，Ｌ，Ｏ，Ｎ，ＫｅＷｏｒｄｓＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣａｓｔｉｎｒｔｈｏｏｎａｌＴｅｓｔｉｎｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＦｉｌｌｉｎ ｙｙｇｇｇｇ ａｎｄＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
低压铸造由于具有经济性好、充型能力强、平稳
尤其可控等优点而被广泛用于汽车用铝合金铸件生产，
１，２］
。由于件大、是在薄壁、优质铝合金铸件上［壁薄、金
见图１
。ｍｍ×１１０ｍｍ，
单纯提高浇注温度将使金属液属液完整充型比较困难，
质量恶化，因此，铸造工艺设计及低压充型工艺参数的优化是非常重要的问题。
本课题以铝合金汽车座椅靠背为对象，重点考察充型时间、增压压力和保压时间３个主要加压工艺参数对铸件的缩松、缩孔、充型及凝固的影响。采用正交试验手段，建立３因素３水平的正交表，以靠背侧边剖面区孔隙值为试验指标，进行工艺参数的优化，从中内缩孔、
找出使铸件内缩松、缩孔最少的工艺参数，改善铸件的成形质量，从而提高产品的结构强度。
图１ 铸件及浇注系统示意图
分析零件的结构特征，选用多个内浇道浇注系统，保证合金液在型腔中流程短、降温慢、阻力小，充型顺
３，４］
。低压铸造内浇道不仅起导入金属液的作用，畅［而５］
且还担当补缩铸件的作用。这里采用热节圆法［计算２
。选择内浇道位置时，内浇道的最小面积为１按１３ｍｍ
１ 零件工艺分析
汽车座椅靠背骨架的材质为Ａ模具材３５６铝合金，质为Ｈ左右完１３钢。该铸件为大型框架式壳体结构，
全对称，厚度为４ｍｍ，外形轮廓尺寸为３８５ｍｍ×６６０
照沿内浇道中心线将铸件划分为上下两部分，使上下体积之比接近１∶１，以保证分别向上和向下的液流能够
６］
。同时填充完毕和同时凝固［
；收稿日期：修改稿收到日期：２０１１０６０８２０１１０８１０－－－－
，：第一作者简介：余瑾，男，副教授，合肥工业大学（南区）材料科学与工程学院，合肥（电话：１９６１年出生，２３０００９）１３０７５５４９９６１，Ｅ－ｍａｉｌｕｔｈｏｒ２６．＠１ｙ
ｃｏｍ
），：通讯作者：杨天云，男，硕士研究生，合肥工业大学（南区）合肥（电话：１９８５年出生，２４３信箱，２３０００９１３０１３０８６０８７，Ｅ－ｍａｉｌ２６．ｃｏｍｔｈｆｕｔ＠１ｙｙ
９３５
特种铸造及有色合金 ２０１１年第３１卷第１０期
９］
交试验［模拟，因素和水平的选取见表１。
２ 有限元模型的建立
２．１ 网格划分
／运用Ｐ并设ｒｏＥ模拟软件对零件进行三维造型，计出浇注系统。然后利用该软件中的Ｍｅｃｈａｎｉｃａ模块
”对铸件进行表面网格的划分，然后以“格式输出。．ａｎｓ再将表面网格导入Ｍ网格检查合格后，进行ｅｓｈｃａｓｔ中，
体网格的划分。２．２ 边界条件的加载
考虑到模拟计算的工作量比较大，采用虚拟模具以减小计算时间。主要技术参数：铸件／模具传热系数为
２２
／（·Ｋ），／（空气与模具传热系数为２１５００Ｗｍ０Ｗｍ
·Ｋ），空气温度为２浇注温度为７模具预热５℃，００℃，
表１ 正交试验方案
因素
水平１ ２ ３
充型时间／ｓ
增压压力／ｋＰａ
保压时间／ｓ
Ｃ
２．２ １．５ １．１
Ａ
６ ７ ８
Ｂ
６０８０１００
要求内部无浇不足、冷 汽车座椅靠背属于结构件，
气孔、裂纹、缩松等表观及内部影响力学性能的铸造隔、
缺陷。所以选取靠背侧边中心层剖面为工艺区，以工艺区上的缩松、缩孔孔隙率总和为试验指标。在确定好因素水平和试验指标之后，进行正交试验，见表２。
表２ 正交试验方案与结果
水平
因素
凝固时间／
温度为３由于采用虚拟模具，所以在铸件００℃。另外，
７］
。外表面要加载速度为０的边界条件［
Ａ
１ １ １ ２ ２ ２ ３ ３ ３
Ｂ
１ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３
Ｃ
１ ２ ３ ２ ３ １ ３ １ ２
ｓ３７．０８ ３７．０７ ３７．０５ ３６．９８ ３６．９２ ３６．９１ ３６．９６ ３６．９０ ３６．８２
缩孔率０．０４５０．０２２０．０５００．０４５０．０１４０．０２１０．０５１０．０６９０．０５９
Ｌ１ Ｌ２ Ｌ３ Ｌ４ Ｌ５ Ｌ６ Ｌ７ Ｌ８ Ｌ９ Ｋ１Ｋ２Ｋ３
／ｋ３ １＝Ｋ１
／ｋ３ ２＝Ｋ２／ｋ３ ３＝Ｋ３
极差
３ 工艺参数的优化
３．１ 压力的确定
／由建立的Ｐ浇口到型腔的长ｒｏＥ实体模型可知，铸件的高度为１度为３０ｍｍ，１０ｍｍ。由公式及参考经
８，９］
，验［对各阶段压力进行计算。
３．１．１ 升液阶段
，这一阶段，模型形状、结构比较简Ｐ升约为８００Ｐａ单，阻力不会很大，较易充型。根据经验，升液速度控制／／，则升液时间在５这里取６０～１５０ｍｍｓ较好，０ｍｍｓ。为０．５ｓ
３．１．２ 充型阶段
，由于所研究的是薄壁金属型铸件，Ｐ充为３３２０Ｐａ 故μ取值较大，为１．薄壁件的充型速３。结合经验值，／度在５同理可得充型时间为１．０～１００ｍｍｓ内较好，１。２ｓ～２．
３．１．３ 增压阶段
增压压力可以用公式：Ｐ增＝ｋ×Ｐ充计算。对于金属型及金属芯的铸型，故增压ｋ＝１．５～２．０，。压力取５～８ｋＰａ
，增压时间的确定：对于凝固速度快（薄壁）有较高增压速度一般控制在３结晶压力的铸件，５０～５００
２
／（·ｓ）。ｍｋｇ
２
／／（·ｓ），取Ｖ增＝３ｔＰ增－Ｐ充）Ｖ增；５０ｋｍ增＝（ｇ。得ｔ１．０３５ｓ增＝
０．１１７１４１１３５ ０． ０．０．０８０１０５１２６ ０． ０．０．１７９１３０１１５ ０． ０．０．０３９０４７０４５ ０． ０．０．０２７０３５０４２ ０． ０．０．０６００４３０３８ ０． ０．０．０３３０１２００７ ０． ０．
建立有 依据表２的９组试验所给的加压工艺参数，
进行数值模拟。限元仿真模型，
再将其求平均Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３为各因素水平指标求和，
值填入相应栏，要求试验指标越小越好。可以看出Ｌ５的孔隙值为０．是９组中最小的，缩松、缩孔的倾向０１４，最小，是最大的，铸件质量最差。Ｌ８的孔隙值为０．０６９，３．３ 模拟结果及分析
缩孔的影响３．３．１ 压力曲线对缩松、
由正交试验结果可以看出，随着增压压力的增加，铸件的凝固时间有所变短，但变化不大，说明增压压力对凝固时间的影响不明显。由表２可知，充型时间（因素Ａ）对铸件缩松缩孔的影响最大，增压压力（因素Ｂ）的影响次之，保压时间（因素Ｃ）的影响最小。
图２为Ａ、Ｂ、Ｃ３种因素水平对试验结果的影响趋势图。可以看出，当充型时间为１．铸件产生缩５ｓ时，孔的倾向最小，１．１ｓ时产生缩孔的倾向最大。对于这类薄壁复杂容易凝固冷却的铸件，在完成金属液的升液应该加快其充型速度，以防止铸件产生冷隔、浇不足后，
３．１．４ 保压阶段
保压压力取为增压压力，保压时间根据经验数据，取为６０～１００ｓ．３．２ 试验方案的设计
为寻求最佳加压工艺参数，进行了３因素３水平正
９３６
大型铝合金薄壁件低压铸造工艺研究 余 瑾等
等缺陷，但充型速度过快也会导致金属液产生紊流、冲击飞溅、氧化夹杂等缺陷。所以，选择合适的充型时间对铸件的缺陷形成影响很大
。
（）ａｔ＝１．４６ｓ（）ｂｔ＝１．８６ｓ（）ｃｔ＝２．６
２ｓ
（）ｄｔ＝３．１４ｓ（）ｅｔ＝３．８０ｓ（）ｆｔ＝４．０９ｓ
图３ 不同时刻下铸件的充型状态
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特种铸造及有色合金 ２０１１年第３１卷第１０期
３．３．３ 金属凝固过程的模拟分析
图４是铸件充型结束后的凝固时间和固相率分布，。从总体上看铸件达到完全凝固时所需时间为３６．９２ｓ通过数值模拟铸件凝固过程中不同时刻固相率的变化，铸件的凝固顺序。可以看出凝固首先发生在铸件的薄
壁边缘处，即为４．凝固率为０９ｓ时的深色显示部分，凝固区域距内浇道由远及近逐渐推进。３０％～５０％，
１２．７７ｓ时发现靠近内浇道的铸件两交叉壁内圆角处，液相占８％左右，可以判断是铸件上热节部位。随着铸合金的体积收缩，
又没有合金件凝固过程的快速进行，
（）ａｔ＝４．０９ｓ（）ｂｔ＝１２．７７ｓ（）ｃｔ＝３６．７ｓ
图４ 不同时刻的固相率分布
液及时填补，往往在此热节部位出现缩松。
图５是该充型条件下形成的缩孔、缩松的位置和尺寸。图５中深色是存在缩孔、缩松的区域，颜色对应右其体积分数大都在侧色标可查出相应缩孔体积分数，
０．００５左右。体积分数超过０．０１的缩孔存在于横浇道
内，对铸件的质量影响不大
。
［］［铸造手册（第６卷特种铸造）北京：机械工业出版社，３Ｍ］． 陈金城．
１９９４．
［］张立强．基于数值仿真的铝合金大型薄壁件的浇注系统设计４ 李昭，
［］（）：Ｊ．特种铸造及有色合金，２０１０，３０２１２０１２３．－
［］］渠晓东．低压铸造内浇口截面积的确定［特种铸造及有５Ｊ． 刘乃仑，
（）：色合金，１９９４４３９４１．－
［］镁合金汽车座椅骨架压铸成型数值模拟与工艺优化［６Ｄ］． 韩洁丽．
重庆：重庆大学，２００８．
［］铸造工艺仿真Ｐ北京：中国水利７ｒｏＣＡＳＴ从入门到精通［Ｍ］． 李日．
水电出版社，２０１０．
［］低压铸造［北京：机械工业出版社，８Ｍ］．１９７４． 潘增源．
［］姜奉华．试验设计与数据处理［北京：中国建材工业出９Ｍ］． 郑少华，
版社，２００４．
（编辑：张正贺）
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏
投资６亿武汉拟建大型铝压铸企业
日前，武汉市与浙江瑞明汽车部件有限公司签
图５ 缩孔缩松的位置
订投资协议，瑞明集团将在武汉投资６亿元建设铝压铸件企业，项目建成后，将助推湖北当地铸造铝消费。
据了解，瑞明集团为国内大型汽车铝铸件企
４ 结 论
（）通过对模拟结果的分析，可知适当的充型时间１
缩孔等缺陷降低。和增压压力可以使铸件中缩松、
（）通过对汽车座椅靠背低压铸造工艺的数值模２
，，可知充型时间为１．增压压力为７ｋ保压时间拟，５ｓＰａ充型过程平稳，铸件中缩松、缩孔最少。为１００ｓ时，）（工艺参数对试验指标值影响的顺序依次为：充３
型时间，增压压力，保压时间。
参 考 文 献
［］］铸造，１Ｊ．２００３，５２ 冯志军，申泽骥．大型铝合金铸件低压铸造［
（）：１２１１８６１１８７． －
［］］鲁蔚．大型薄壁高强度铝合金铸件成形研究［２Ｊ．金属加 欧阳兰，
（）：工，２００８１１６２６５．－
业，主要产品为汽车发动机铝合金缸体、缸盖等产品，国内外众多知名汽车企业都为瑞明集团的客户。而湖北地处华中交通要塞，近几年部分大型汽
车企业也逐渐入驻湖北，浙江瑞明集团瞄准时机，
瑞明集团在湖北工厂达产后，预计年产值可达
开始在湖北筹建工厂，从而扩大自身的业务。
到９亿元，不仅带动未来湖北地区的铸造铝消费，也将极大提升当地汽配产业竞争力。
（中铝网报道）
９３８
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏
压力铸造
特种铸造及有色合金 ２０１１年第３１卷第１０期
大型铝合金薄壁件低压铸造工艺研究
余 瑾 杨天云 杨 兵 马谷剑（合肥工业大学材料科学与工程学院）
摘 要 采用有限元模拟仿真软件结合正交试验方法，对铝合金汽车座椅骨架低压铸造工艺进行数值模拟，研究了低压铸、造加压工艺参数对铸件缩松、缩孔、充型及凝固规律的影响。结果表明，当充型时间为１．增压压力为７ｋ５ｓＰａ及保压时间为１铸件缩孔、缩松率最小，且成形质量最佳。００ｓ时，关键词 铝合金；低压铸造；正交试验；数值模拟；充型凝固
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（）中图分类号 ＴＰ３１１；ＴＧ２４９．２８ 文献标志码 Ａ 文章编号 １００１－２２４９２０１１１０－０９３５－０４
：／ＤＯＩ１０．３８７０ｔｚｚｚ．２０１１．１０．０１５
ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣａｓｔｉｎＬａｒｅＴｈｉｎａｌｌｅｄＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏＰａｒｔｓ －Ｗ ｇｇｙ
ＹｕＪｉｎ，ＹａｎＴｉａｎｕｎ，ＹａｎＢｉｎａＧｕｉａｎ ｇｙｇｇ，Ｍｊ
（，Ｈ）ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏ ｇｇｙｇｙ
：ＡｂｓｔｒａｃｔＦｉｌｌｉｎａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｌｏｗｒｅｓｓｕｒｅｃａｓｔｉｎａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓｅａｔｆｒａｍｅｗｅｒｅ ｇｐｇｙ
）ｓｉｍｕｌａｔｅｄｂＦＥＭ（ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｃｏｍｂｉｎｉｎｗｉｔｈｏｒｔｈｏｏｎａｌｔｅｓｔｉｎｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｓｏｆ ｙｇｇｇ ），ｒｏｃｅｓｓｉｎａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｓｈｒｉｎｋａｅｏｒｏｓｉｔｈｏｌｅｆｉｌｌｉｎａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ ｐｇｐｇｐｙ（ｇ
）ｍｉｎｉｍｕｍｓｈｒｉｎｋａｅｏｒｏｓｉｔｈｏｌｅｒａｔｅｉｎｔｈｅｌｏｗｒｅｓｓｕｒｅｃａｓｔｉｎａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｓｅａｔｆｒａｍｅｃａｎｂｅ ｇｐｙ（ｐｇｙ ｏｂｓｅｒｖｅｄｗｉｔｈｄｅｓｉｒａｂｌｅａｅａｒａｎｃｅｕａｌｉｔｗｈｅｎｆｉｌｌｉｎｔｉｍｅｉｓ１．５ｓｗｉｔｈｈｏｌｄｉｎｒｅｓｓｕｒｅｏｆ７ｋＰａａｎｄ － ｐｐｑｙｇｇｐ ｈｏｌｄｉｎｔｉｍｅｏｆ１００ｓ．ｒｅｓｓｕｒｅ－ ｇｐ
：，Ｌ，Ｏ，Ｎ，ＫｅＷｏｒｄｓＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣａｓｔｉｎｒｔｈｏｏｎａｌＴｅｓｔｉｎｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＦｉｌｌｉｎ ｙｙｇｇｇｇ ａｎｄＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
低压铸造由于具有经济性好、充型能力强、平稳
尤其可控等优点而被广泛用于汽车用铝合金铸件生产，
１，２］
。由于件大、是在薄壁、优质铝合金铸件上［壁薄、金
见图１
。ｍｍ×１１０ｍｍ，
单纯提高浇注温度将使金属液属液完整充型比较困难，
质量恶化，因此，铸造工艺设计及低压充型工艺参数的优化是非常重要的问题。
本课题以铝合金汽车座椅靠背为对象，重点考察充型时间、增压压力和保压时间３个主要加压工艺参数对铸件的缩松、缩孔、充型及凝固的影响。采用正交试验手段，建立３因素３水平的正交表，以靠背侧边剖面区孔隙值为试验指标，进行工艺参数的优化，从中内缩孔、
找出使铸件内缩松、缩孔最少的工艺参数，改善铸件的成形质量，从而提高产品的结构强度。
图１ 铸件及浇注系统示意图
分析零件的结构特征，选用多个内浇道浇注系统，保证合金液在型腔中流程短、降温慢、阻力小，充型顺
３，４］
。低压铸造内浇道不仅起导入金属液的作用，畅［而５］
且还担当补缩铸件的作用。这里采用热节圆法［计算２
。选择内浇道位置时，内浇道的最小面积为１按１３ｍｍ
１ 零件工艺分析
汽车座椅靠背骨架的材质为Ａ模具材３５６铝合金，质为Ｈ左右完１３钢。该铸件为大型框架式壳体结构，
全对称，厚度为４ｍｍ，外形轮廓尺寸为３８５ｍｍ×６６０
照沿内浇道中心线将铸件划分为上下两部分，使上下体积之比接近１∶１，以保证分别向上和向下的液流能够
６］
。同时填充完毕和同时凝固［
；收稿日期：修改稿收到日期：２０１１０６０８２０１１０８１０－－－－
，：第一作者简介：余瑾，男，副教授，合肥工业大学（南区）材料科学与工程学院，合肥（电话：１９６１年出生，２３０００９）１３０７５５４９９６１，Ｅ－ｍａｉｌｕｔｈｏｒ２６．＠１ｙ
ｃｏｍ
），：通讯作者：杨天云，男，硕士研究生，合肥工业大学（南区）合肥（电话：１９８５年出生，２４３信箱，２３０００９１３０１３０８６０８７，Ｅ－ｍａｉｌ２６．ｃｏｍｔｈｆｕｔ＠１ｙｙ
９３５
特种铸造及有色合金 ２０１１年第３１卷第１０期
９］
交试验［模拟，因素和水平的选取见表１。
２ 有限元模型的建立
２．１ 网格划分
／运用Ｐ并设ｒｏＥ模拟软件对零件进行三维造型，计出浇注系统。然后利用该软件中的Ｍｅｃｈａｎｉｃａ模块
”对铸件进行表面网格的划分，然后以“格式输出。．ａｎｓ再将表面网格导入Ｍ网格检查合格后，进行ｅｓｈｃａｓｔ中，
体网格的划分。２．２ 边界条件的加载
考虑到模拟计算的工作量比较大，采用虚拟模具以减小计算时间。主要技术参数：铸件／模具传热系数为
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／（·Ｋ），／（空气与模具传热系数为２１５００Ｗｍ０Ｗｍ
·Ｋ），空气温度为２浇注温度为７模具预热５℃，００℃，
表１ 正交试验方案
因素
水平１ ２ ３
充型时间／ｓ
增压压力／ｋＰａ
保压时间／ｓ
Ｃ
２．２ １．５ １．１
Ａ
６ ７ ８
Ｂ
６０８０１００
要求内部无浇不足、冷 汽车座椅靠背属于结构件，
气孔、裂纹、缩松等表观及内部影响力学性能的铸造隔、
缺陷。所以选取靠背侧边中心层剖面为工艺区，以工艺区上的缩松、缩孔孔隙率总和为试验指标。在确定好因素水平和试验指标之后，进行正交试验，见表２。
表２ 正交试验方案与结果
水平
因素
凝固时间／
温度为３由于采用虚拟模具，所以在铸件００℃。另外，
７］
。外表面要加载速度为０的边界条件［
Ａ
１ １ １ ２ ２ ２ ３ ３ ３
Ｂ
１ ２ ３ １ ２ ３ １ ２ ３
Ｃ
１ ２ ３ ２ ３ １ ３ １ ２
ｓ３７．０８ ３７．０７ ３７．０５ ３６．９８ ３６．９２ ３６．９１ ３６．９６ ３６．９０ ３６．８２
缩孔率０．０４５０．０２２０．０５００．０４５０．０１４０．０２１０．０５１０．０６９０．０５９
Ｌ１ Ｌ２ Ｌ３ Ｌ４ Ｌ５ Ｌ６ Ｌ７ Ｌ８ Ｌ９ Ｋ１Ｋ２Ｋ３
／ｋ３ １＝Ｋ１
／ｋ３ ２＝Ｋ２／ｋ３ ３＝Ｋ３
极差
３ 工艺参数的优化
３．１ 压力的确定
／由建立的Ｐ浇口到型腔的长ｒｏＥ实体模型可知，铸件的高度为１度为３０ｍｍ，１０ｍｍ。由公式及参考经
８，９］
，验［对各阶段压力进行计算。
３．１．１ 升液阶段
，这一阶段，模型形状、结构比较简Ｐ升约为８００Ｐａ单，阻力不会很大，较易充型。根据经验，升液速度控制／／，则升液时间在５这里取６０～１５０ｍｍｓ较好，０ｍｍｓ。为０．５ｓ
３．１．２ 充型阶段
，由于所研究的是薄壁金属型铸件，Ｐ充为３３２０Ｐａ 故μ取值较大，为１．薄壁件的充型速３。结合经验值，／度在５同理可得充型时间为１．０～１００ｍｍｓ内较好，１。２ｓ～２．
３．１．３ 增压阶段
增压压力可以用公式：Ｐ增＝ｋ×Ｐ充计算。对于金属型及金属芯的铸型，故增压ｋ＝１．５～２．０，。压力取５～８ｋＰａ
，增压时间的确定：对于凝固速度快（薄壁）有较高增压速度一般控制在３结晶压力的铸件，５０～５００
２
／（·ｓ）。ｍｋｇ
２
／／（·ｓ），取Ｖ增＝３ｔＰ增－Ｐ充）Ｖ增；５０ｋｍ增＝（ｇ。得ｔ１．０３５ｓ增＝
０．１１７１４１１３５ ０． ０．０．０８０１０５１２６ ０． ０．０．１７９１３０１１５ ０． ０．０．０３９０４７０４５ ０． ０．０．０２７０３５０４２ ０． ０．０．０６００４３０３８ ０． ０．０．０３３０１２００７ ０． ０．
建立有 依据表２的９组试验所给的加压工艺参数，
进行数值模拟。限元仿真模型，
再将其求平均Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３为各因素水平指标求和，
值填入相应栏，要求试验指标越小越好。可以看出Ｌ５的孔隙值为０．是９组中最小的，缩松、缩孔的倾向０１４，最小，是最大的，铸件质量最差。Ｌ８的孔隙值为０．０６９，３．３ 模拟结果及分析
缩孔的影响３．３．１ 压力曲线对缩松、
由正交试验结果可以看出，随着增压压力的增加，铸件的凝固时间有所变短，但变化不大，说明增压压力对凝固时间的影响不明显。由表２可知，充型时间（因素Ａ）对铸件缩松缩孔的影响最大，增压压力（因素Ｂ）的影响次之，保压时间（因素Ｃ）的影响最小。
图２为Ａ、Ｂ、Ｃ３种因素水平对试验结果的影响趋势图。可以看出，当充型时间为１．铸件产生缩５ｓ时，孔的倾向最小，１．１ｓ时产生缩孔的倾向最大。对于这类薄壁复杂容易凝固冷却的铸件，在完成金属液的升液应该加快其充型速度，以防止铸件产生冷隔、浇不足后，
３．１．４ 保压阶段
保压压力取为增压压力，保压时间根据经验数据，取为６０～１００ｓ．３．２ 试验方案的设计
为寻求最佳加压工艺参数，进行了３因素３水平正
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大型铝合金薄壁件低压铸造工艺研究 余 瑾等
等缺陷，但充型速度过快也会导致金属液产生紊流、冲击飞溅、氧化夹杂等缺陷。所以，选择合适的充型时间对铸件的缺陷形成影响很大
。
（）ａｔ＝１．４６ｓ（）ｂｔ＝１．８６ｓ（）ｃｔ＝２．６
２ｓ
（）ｄｔ＝３．１４ｓ（）ｅｔ＝３．８０ｓ（）ｆｔ＝４．０９ｓ
图３ 不同时刻下铸件的充型状态
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特种铸造及有色合金 ２０１１年第３１卷第１０期
３．３．３ 金属凝固过程的模拟分析
图４是铸件充型结束后的凝固时间和固相率分布，。从总体上看铸件达到完全凝固时所需时间为３６．９２ｓ通过数值模拟铸件凝固过程中不同时刻固相率的变化，铸件的凝固顺序。可以看出凝固首先发生在铸件的薄
壁边缘处，即为４．凝固率为０９ｓ时的深色显示部分，凝固区域距内浇道由远及近逐渐推进。３０％～５０％，
１２．７７ｓ时发现靠近内浇道的铸件两交叉壁内圆角处，液相占８％左右，可以判断是铸件上热节部位。随着铸合金的体积收缩，
又没有合金件凝固过程的快速进行，
（）ａｔ＝４．０９ｓ（）ｂｔ＝１２．７７ｓ（）ｃｔ＝３６．７ｓ
图４ 不同时刻的固相率分布
液及时填补，往往在此热节部位出现缩松。
图５是该充型条件下形成的缩孔、缩松的位置和尺寸。图５中深色是存在缩孔、缩松的区域，颜色对应右其体积分数大都在侧色标可查出相应缩孔体积分数，
０．００５左右。体积分数超过０．０１的缩孔存在于横浇道
内，对铸件的质量影响不大
。
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（编辑：张正贺）
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投资６亿武汉拟建大型铝压铸企业
日前，武汉市与浙江瑞明汽车部件有限公司签
图５ 缩孔缩松的位置
订投资协议，瑞明集团将在武汉投资６亿元建设铝压铸件企业，项目建成后，将助推湖北当地铸造铝消费。
据了解，瑞明集团为国内大型汽车铝铸件企
４ 结 论
（）通过对模拟结果的分析，可知适当的充型时间１
缩孔等缺陷降低。和增压压力可以使铸件中缩松、
（）通过对汽车座椅靠背低压铸造工艺的数值模２
，，可知充型时间为１．增压压力为７ｋ保压时间拟，５ｓＰａ充型过程平稳，铸件中缩松、缩孔最少。为１００ｓ时，）（工艺参数对试验指标值影响的顺序依次为：充３
型时间，增压压力，保压时间。
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业，主要产品为汽车发动机铝合金缸体、缸盖等产品，国内外众多知名汽车企业都为瑞明集团的客户。而湖北地处华中交通要塞，近几年部分大型汽
车企业也逐渐入驻湖北，浙江瑞明集团瞄准时机，
瑞明集团在湖北工厂达产后，预计年产值可达
开始在湖北筹建工厂，从而扩大自身的业务。
到９亿元，不仅带动未来湖北地区的铸造铝消费，也将极大提升当地汽配产业竞争力。
（中铝网报道）
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