半固態(tài)壓鑄具有成形溫度低、模具壽命長、鑄件凝固收縮小、性能優(yōu)良等特點(diǎn)。然而，由于半固態(tài)流變壓鑄工藝設(shè)計(jì)中的問題，產(chǎn)品容易產(chǎn)生卷氣和縮孔、縮松缺陷。采用鑄造模擬軟件對(duì)A356鋁合金壓塊半固態(tài)壓鑄充型和凝固過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了充型過程的流場和速度場，設(shè)計(jì)了3組半固態(tài)壓鑄工藝參數(shù)，并通過試驗(yàn)確定了壓塊半固態(tài)壓鑄的最佳工藝參數(shù)，生產(chǎn)出合格的壓塊鑄件。

圖文結(jié)果

壓塊是一個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，壁厚不均勻的零件，壓塊三維圖見圖1。零件為曲面對(duì)稱結(jié)構(gòu)；側(cè)面有一個(gè)直徑為9mm的盲孔，須采用側(cè)抽芯來成形;兩側(cè)壁與曲壁連接處，壁厚相差較大，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，冷卻過程中易產(chǎn)生縮孔、縮松和熱裂等缺陷。在設(shè)計(jì)內(nèi)澆口截面積時(shí)要比液態(tài)壓鑄的截面積大，其厚度一般為壓鑄件壁厚的50%左右。壓塊壓鑄件在設(shè)計(jì)時(shí)采用側(cè)澆口。根據(jù)計(jì)算得出內(nèi)澆口橫截面積大小為52.5m㎡，厚度為1.5mm，寬度是鑄件邊長的0.7倍，為35mm。

圖1 壓塊三維造型圖

圖2 帶澆注系統(tǒng)的壓塊三維圖

圖3 壓塊充型過程模擬

圖4 壓塊各部位充型時(shí)間

圖5 壓塊充型速度模擬

圖6 壓塊裹氣分布

圖7 壓塊縮松分布

根據(jù)壓塊壓鑄件的結(jié)構(gòu)及模擬分析結(jié)果，設(shè)計(jì)出壓塊壓鑄件的半固態(tài)壓鑄模具，見圖8。半固態(tài)壓鑄模具在結(jié)構(gòu)上與一般的壓鑄模具相同，在生產(chǎn)前要對(duì)模具充分預(yù)熱，由于半固態(tài)的溫度較低，凝固時(shí)間短，因此模具在預(yù)熱時(shí)要比液態(tài)壓鑄高，一般在280~300℃，需在動(dòng)、定模套板上設(shè)計(jì)加熱元件和測溫孔，安裝熱電偶測溫，以便控制模具溫度，同時(shí)要求模具各個(gè)部位溫度均勻穩(wěn)定。

圖8 壓塊半固態(tài)壓鑄模具
1.動(dòng)模座板 2.墊塊 3.推板 4、20、23.推桿 5.限位釘6.推桿固定板 7、11、16.螺釘 8.推板導(dǎo)柱 9.推板導(dǎo)套 10、18.銷釘 12.支撐板 13.動(dòng)模鑲塊 14.動(dòng)模套板 15.定模套板 17.定模座板 19.復(fù)位桿 21、22.型芯 24.定模鑲塊 25.澆口套 26.動(dòng)模澆口鑲塊 27.定模澆口鑲塊 28.定模導(dǎo)套 29.定模導(dǎo)柱 30.加熱系統(tǒng)

表1 不同的電磁攪拌工藝參數(shù)

圖9 不同攪拌參數(shù)下的微觀組織

圖10 壓塊壓鑄件

（1）根據(jù)壓塊鑄件結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了壓塊半固態(tài)壓鑄的澆注系統(tǒng)，通過數(shù)值模擬，澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn)，缺陷減少。

（2）半固態(tài)壓鑄模內(nèi)澆口截面積比液態(tài)壓鑄金屬內(nèi)澆口截面積大，壓塊內(nèi)澆口厚度為鑄件壁厚的50%。

（3）半固態(tài)漿料制備工藝參數(shù)：攪拌溫度為580℃、攪拌電流為450A、攪拌頻率為6Hz、攪拌時(shí)間為25min時(shí)，壓鑄出的壓塊質(zhì)量較好。

本文作者：

肖世龍
沈陽理工大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院
黃勇 安振須 陳振 杜曉明 孟昭昕
沈陽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰(zhàn)略合作伙伴