摘要：本文采用數(shù)值模擬分析方法，利用AnyCasting鑄造模擬軟件對高壓件產(chǎn)品表面氣渣孔成因進(jìn)行了探究。通過AnyCasting鑄造模擬軟件對鑄件充型過程進(jìn)行分析，著重分析了充型過程中鋁液前端氧化物的形成過程，并輔助含氣量及空氣壓力判據(jù)進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)氧化物和含氣量共同作用與鑄件同一位置時，則形成加工表面氣渣孔的概率較大。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬;  AnyCasting; 氧化物

* 產(chǎn)品缺陷展示

如圖1~3所示，某缸體頂面加工面氣渣孔缺陷，在氣渣孔下方有氣孔出現(xiàn)，對缺陷件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其缺陷位置固定。此缺陷在第一次小批量生產(chǎn)中報(bào)廢率為5%，造成廢品率升高。由于該缺陷是氧化夾渣及氣體等缺陷共同作用的結(jié)果，所以在開發(fā)前期靠模流分析軟件中單一缺陷的評判標(biāo)準(zhǔn)是無法對氣渣孔位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位的。因此我司此次利用氧化夾渣判據(jù)及氣體判據(jù)進(jìn)行綜合評判，以形成判定標(biāo)準(zhǔn)，從而指導(dǎo)新產(chǎn)品的開發(fā)。

1. 實(shí)驗(yàn)及模擬仿真

1.1產(chǎn)品模型及模擬條件

1.1.1 產(chǎn)品模型

如圖4所示，此次試驗(yàn)以長城汽車某缸體為案例。缸體為汽車發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)承載部件，尤其缺陷位置需封密缸內(nèi)高壓氣體與缸套冷卻水，要求具有較高的致密度。

1.2模擬條件

此缸體材料為ADC12，澆鑄重量25.3kg，其它模擬條件如表1所示。如圖5所示，模擬對比兩種澆道方案下缺陷位置的空氣氣壓和氧化物含量，同時對比實(shí)際生產(chǎn)缺陷數(shù)據(jù)，得出加工表面氣渣孔評定依據(jù)。

1.3結(jié)果與分析

1.3.1模擬充型與實(shí)際充型結(jié)果對比分析

通過Anycasting鑄造模擬軟件計(jì)算，得出兩種方案氧化物含量云圖和空氣壓力云圖，如右圖所示，利用單一的判斷依據(jù)無法進(jìn)行氣渣孔缺陷的判斷。需考慮氣體和氧化物共同作用下的分析計(jì)算。

1.3.2模擬結(jié)果取值分析

如圖7進(jìn)行缺陷位置和非缺陷位置的氧化物含量取值，得出如圖8所示的氧化物含量曲線圖。如圖7進(jìn)行缺陷位置和非缺陷位置的空氣壓力取值，得出如圖9所示的空氣壓力曲線圖。按照組合缺陷參數(shù)方法如下公式，進(jìn)行計(jì)算：

氣渣孔概率=K［(氧化物含量)n x b(空氣壓力)m]x100%

通過數(shù)據(jù)放大擬合得出如圖9的氣渣孔概率曲線。明顯可以看出缺陷位置氣渣孔概率高達(dá)90%以上，與生產(chǎn)實(shí)際氣渣孔缺陷發(fā)生情況一致。非缺陷位置雖然氧化物含量高，但是氣渣孔概率低于40%，與實(shí)際生產(chǎn)一致。更改澆道方案雖然空氣壓力高，但是氣渣孔概率低于40%，與實(shí)際生產(chǎn)一致。

1.4判定方法驗(yàn)證

選擇成熟正時罩蓋產(chǎn)品進(jìn)行判定方法驗(yàn)證，首先用現(xiàn)有工藝進(jìn)行模擬。得出如圖11a的空氣壓力和氧化物含量云圖。發(fā)現(xiàn)圖示位置有卷氣大于2個大氣壓，氧化物含量在0.03~0.04g/cm3。對比方案為將低速充填時間加長，使氧化物含量增加。得到如圖11b的空氣壓力和氧化物云圖。因?yàn)槌涮顣r間加長，鋁液卷氣減少，圖示位置氣體壓力減少到1個大氣壓左右。鋁液與空氣接觸時間加長，氧化物含量增加到0.05~0.06g/cm3。通過按照上述判定方法取值計(jì)算以及實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整驗(yàn)證（如圖14、15），預(yù)測缺陷位置與實(shí)際缺陷位置一致。

2. 結(jié)論

1) 從AnyCasting軟件的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比可知，氣渣孔成因?yàn)檠趸锛翱諝夤餐饔卯a(chǎn)生的缺陷，可以通過數(shù)據(jù)放大擬合得出氣渣孔概率曲線，并對氣渣孔缺陷進(jìn)行預(yù)測分析。

2) 通過上述實(shí)驗(yàn)，可以通過提高低速充填速度，減少氧化物的產(chǎn)生，使氣渣孔缺陷分析降低。

3) 通過上述實(shí)驗(yàn)，可以通過改變澆口充填方向，改變氧化物和氣體聚集位置。使氣渣孔遠(yuǎn)離加工面。

作者簡介：吳艷生，男，河北張家口，長城汽車股份有限公司，模具設(shè)計(jì)工程師，主要從事壓鑄模具設(shè)計(jì)及鑄造工藝模擬仿真工作；
在此再次特別感謝長城汽車股份有限公司、河北省汽車工程技術(shù)研究中心的吳工（艷生）、張工（桂全）、王工（東升）給予我司的大力支持！