文/黎文峰、陈鼎宁
摘要：大型薄壁件在压铸中极易产生缺陷，采用正确的压铸工艺与模具结构设计，并将模具型腔抽真空，有效减少缺陷。采用数值模拟辅助法确定浇口形式，以及压铸时的料包和抽气口的位置，合理确定抽气时序，选择合理的压铸工艺，最后得到合格铸件。
关键词：大型薄壁件、真空压铸、数值模拟、模具设计
大型薄壁压铸件广泛地应用于汽车、摩托车、便携式农林机械、电动工具及电脑机壳等，年需求量在1000t以上，市场潜力很大；而此类铸件在压铸时经常存在充型困难、气孔率高、缩孔严重等问题，正确地设计真空压铸模并合理地选择工艺参数，可以很好地解决这些问题。真空压铸有两种方法：一种是用真空罩将模具等进行密封；另一种是将模腔抽真空。模腔抽真空法对装备要求较低，周期较短，应用较普遍。本文阐述了模腔抽真空法压铸模的设计过程。
1.真空压铸模的设计方法与工艺
1.1 设计方法
模腔抽真空法抽气点的正确确定对气压的稳定有重要的影响；正确设计浇注系统与模具结构是采用真空压铸的必备前提。在依据经验的基础上初步确定浇口与分型面，采用压铸模拟软件FLOW-3D分析铸件的成型效果，确定难充满部位与缺陷所在；调整优化分型面和浇口位置与浇口形式，在难以成型部位设置抽气阀，该抽气阀由控制器控制启闭，设计控制器的时间时序，控制抽气阀门的抽气时序和气压，再进行模拟分析，直到得出满足需要的结果为止。
1.2 真空抽气压铸的工艺过程
工艺过程如图1所示，压铸时，压铸机的压铸冲头运动到一定距离(液态合金将型腔内的空间封闭时)，感应器将信号传递给控制器，使控制器启动开始工作，控制所有的抽气阀开启进行抽气，在液态合金即将流动到相应的抽气阀之前，依据所设计的时序将该处抽气阀关闭；在此期间，冲头进行高速压射。
要更为有效地解决大型薄壁压铸件的缩孔问题，必须很好地设置冲头的冲射速度和压力，使铸件的内外均匀冷却收缩，并确保补缩的可能。
2.模具设计要点
2.1 铸件简介
图2是某铸件的三维图，该铸件的壳体表面厚度为0.8mm，内部筋肋最高达20mm，厚度为0.5mm，还有数个高达30mm，直径为西5mm的螺栓柱，制件的两侧面各有1个厚2mm的凸耳，铸件的外轮廓尺寸为405mmX370mmX165mm，铸件属于典型的大型薄壳件，材料是ZAl103。
2.2 分型面和浇口的初步确定
依据以往的设计，初步确定制件的最大轮廓面为分型面；将浇口设置在左侧边缘处，形式如图3所示。在后续的数值模拟中，如充型等效果不够理想，需要对分型面或浇口等进行重新设定并再进行模拟分析。
2.3 抽气点和料包的设计
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在初步确定分型面和浇口的基础上，利用软件模拟，得到充型效果，根据分析得出：铸件的两侧凸耳和浇口对面的侧壁不能很好地充满，或有很明显的冷隔。据此可以确定压铸时液态金属的流动次序如图4所示：①浇口一②分流道一③壳体上表面和两侧面一④壳体后侧面。其中：在A处所示的加强筋、小柱销等处，由于厚度薄，具有一定高度，料冷却快，该处型腔容易被液态合金封口而致使气压不稳，难充满成型；气压的变化也容易形成料流紊乱，造成该处质量差，是制件难以成型的部位；B处突起的耳状部位由于液态合金将型腔口部封住，使气体不容易排除，造成该处成型质量较差；C处和D处是壳体壁部的边缘部位，是料流的末端，很多气体被挤压到该处，也很难成型。如图5所示，在相对难以成型的部位A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2、D处设置若干个抽气阀和料渣包，将抽气阀与控制器相连接，设置好控制器的时间时序，用以控制抽气阀的抽气时序和气压。
型腔真空度为60mbar，制件的体积1.605671×106mm3，通过计算所得的抽气时间为0.5 s，再依据所确定的流动时序，采用PLC编程设计控制器对阀门进行时序控制，使控制器与压铸机匹配。
抽气阀门关闭的时序如图6所示。合模后，在压铸冲头运动到一定距离时，控制器得到压射启动信号，开始工作；所有抽气阀开启，进行抽气，这也是压铸冲头低速压射时段t1，也叫真空延迟时段；而后进入快速压射阶段t2，真空启动，并使真空度达到要求，液态合金开始填充型腔；在t3高速压射阶段，控制器的关闭信号按照时序给抽气阀，tA、tB、tC、tD为关闭相应抽气阀的时间间隔；关闭的顺序依次是A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2和D1关闭抽气阀后，真空停止，才可开模。
2.4 模拟效果及实物图
工艺参数初选为压射比压420MPa、压射速度0.75m/s、合金填充速度38～46 m/s、合金浇注温度650～700℃，图7是充型结束的铸件模拟图。从充型状况看，流动前沿均匀向前推进，流动状况良好；灯罩上表面质量良好；灯罩下表面小柱销顶端有点缺陷，强度会降低；侧面开盖处有少量夹杂。
图8是采用文中工艺最后得到的压铸件，经过检验能够满足要求，现已量产。
3.结束语
采用真空压铸工艺生产大型薄壁壳体铝合金件，首先要正确设计模具结构，正确选择工艺参数，这样气孔能够极大减少、提高压铸件表面质量和性能、铸件气密性要求也能得到满足；在生产中也可以减小型腔内的反压力，有利于延长模具寿命，同时可以选用压射力稍小的压铸机。
