基于ProCAST的电机罩压铸模具模流分析*

2014-02-07刘大龙何鹏达

机电工程技术 2014年6期

程伟，刘大龙，何鹏达

（广东工业大学华立学院机电与信息工程学部，广东广州 511325）

0 引言

压力铸造是高效益、高效率的少、无切削金属成形方法，其在提高铸件的精度水平、生产效率、表面质量等方面显示出了巨大优势，已成为世界范围内一种十分重要的特种合金精密铸件制备方法[1]。压铸模具作为压力铸造的核心工具，其合理设计对于生产出高质量的铸件具有重要意义。

现今压力铸造中存在以下几种状况：

（1）产业的全球化导致了铸造产品竞争日益激烈：生产周期要求缩短，成本要求越来越低，品质要求越来越高；

（2）凭传统经验和反复试作来解决铸造缺陷问题的旧方法已不能适应市场的要求；

（3）熟练技术工人的高龄化，年轻技术员脱离制造业的社会现象导致了铸造技术传授日趋困难。

由于上述原因，压力铸造工艺设计人员渴望用法简单而又实用的铸造模拟技术的出现。

铸造CAE软件在发达国家铸造企业中已基本普及。国内的铸造产业，由于来自产品质量，生产成本及生产周期的国际及国内同行间的竞争日趋激烈，越来越多的铸造企业已经意识到了应用铸造CAE软件的重要性[2]。

1 铸造CAE—ProCAST简介

ProCAST是专门针对铸造过程进行流动、传热、应力求解的软件包，能够模拟铸造过程中绝大多数问题和许多物理现象。它将有限元技术用在铸造模拟中，有效地提高了铸造工艺的正确性。借助于ProCAST系统，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案，通过对金属流动过程的模拟，可以精确显示浇不足、冷隔、裹气和热节的位置及残余应力和变形的大小，准确地预测缩孔缩松和微观组织[3]。

本设计压铸件电机罩如图1所示，材料为ADC10。

该压铸件基本形状为圆形端盖类零件，最大外形尺寸108.7 mm，外圆直径为145.4 mm，内圆直径为136.6 mm，铸件特征不规则，铸件孔较多，铸件厚2～12mm，平均壁厚为4.4 mm，但也有局部不均匀。

针对电动罩以上结构特点，应用Pro/E、Solidworks等三维造型以及CAD二维绘图软件，构造出端盖的三维数据模型，完成电机罩的压铸模设计。考虑到所选的压铸件内部结构较为复杂，且薄壁上有孔洞，要求脱模时候，防止表面特别是底部产生裂纹，推杆顶出时候受力要均匀，加工支承面应平整无毛刺、气泡和铸造残留物[4]。本文借助了ProCAST模流分析软件应用到件电机罩压铸件的成型分析上。

ProCAST具有良好的用户界面，配有图文、图表说明，3D的图示可以使用户一目了然，甚至对壁厚不到1mm且形状复杂的铸件也可模拟。ProCAST软件模流模拟界面如图2所示。

图1 铸件的结构图

图2 ProCAST模流模拟界面

在ProCAST模流模拟界面上可以直观地观测到金属液的流向，并获得铸件所处状态对应的时间和温度。金属液的流动平衡是设计流道时需要考虑的一个重要因素，流动平衡是保证铸件质量的技术指标，金属流液均匀流入铸件各个部位，有利于减少因流动差所产生的局部冲击产生冷隔或造成部分缺料等压铸缺陷，有利于金属流动时将型腔内空气挤出减少铸件气孔缺陷的产生，再结合观测铸件各阶段的金属温度和对应的时间，了解铸件温度在铸件各部位的分布以及冷却时各部位温度的变化情况，这将有助于分析铸件是否存在拉模和凹陷等压铸缺陷[5]。因此，通过直观的模拟分析数据即可对铸件进行质量预测，这将有助于及时改善流道的设计，使所设计的模具符合实际生产的需要，缩短模具制造周期。