汽车节气门前壳体压铸模流分析与配套薄壁模具镶件结构优化研究

摘要：为了解决了汽车节气门前壳体压铸件在压铸生产中缩孔、缩松、局部烧附和模具冲蚀的痛点，利用SupreCast智铸超云模流分析软件进行了模流分析，整体充填过程中产品部分区域存在充填死角，存在一定困气风险，产品一个区域缩孔风险较大，3#浇口附近的模芯区域冲蚀风险较高。针对此问题，对异形模具镶件薄壁处设计了配套的异形/随行水路，配套镶件采用了3D金属嫁接打印制造，并建议对异形/随行水路模具镶件的表面进行涂层处理，研究结果为薄壁类压铸件和配套的薄壁压铸模具镶件的设计与制造提供参考。

关键词：汽车节气门壳体压铸模流分析薄壁镶件结构优化压铸缺陷

复杂薄壁铝合金铸件在航空航天业、汽车制造业、机械制造业、船舶工业、国防工业等基础产业具有广阔的应用前景和实用价值。当下汽车薄壁类压铸件“异形深腔体部位”越来越多，压铸生产中存在很多影响生产效益的压铸缺陷亟待解决。对薄壁异形深腔体缺陷，存在未深入应用新技术和新工艺（金属增材制造和表面工程技术等）去解决理论和实际压铸生产的问题。

该研究领域的问题，主要原因是表面局部烧附和模具镶件裂纹、废品率高、不能连续生产、成型周期长四个关键问题未很好解决。为此，需要对容易出现压铸缺陷的压铸件进行充型凝固过程、缺陷分析与预判、配套模具镶件三方面展开研究。本案例以汽车节气门前壳体压铸件为研究对象，通过功能强大的SupreCast智铸超云模流分析软件进行压铸场景模拟和模流分析，找出容易引起压铸缺陷和影响生产效率的原因，并对配套的薄壁压铸镶件做了结构优化设计。

1产品基本信息

汽车节气门前壳体压铸件属于具有深腔体薄壁部位特点的压铸件，产品材料采用ADC12，产品外形见图1所示，产品的外形尺寸、质量、壁厚等基本信息见“表1汽车节气门前壳体压铸件基本信息”。

2模流分析

2.1模拟分析参数

在使用SupreCAST智铸超云模流分析软件前，设置模流分析的压铸参数，其中汽车节气门前壳体压铸件的浇口填充压铸工艺模拟分析参数如下：重力方向为X-，最小网格尺寸为0.52mm，低速速度为0.20m/s，高速速度为3.85m/s，切换体积分数34%，型腔网格数量为3391605个，总网格数量9727488个；汽车节气门前壳体压铸件的凝固压铸工艺模拟分析参数如下：重力方向为X-，最小网格尺寸为0.52mm，总网格数，换热模式为4D内嵌式，初始模具温度180℃，环境温度25℃，型腔网格数量3631688个。

2.2气孔分析

通过SupreCAST智铸超云模流分析软件做气孔分析得出卷气压力分布情况，如图2、3所示。“图2卷气压力分布情况1”左侧红色线框圈上的部位显示为金属液充填至此处时存在一定的气体包卷，此区域位于浇口附近，需要通过后期增压进行改善；“图3卷气压力分布情况2”红色线框圈上的部位显示为金属液充填至产品末端时存在充填死角，存在困气包卷可能，适当调整边侧浇口角度，进而调整充填顺序，让此处优先充填。

通过SupreCAST智铸超云模流分析软件做填充时间分析得出气体包卷情况，如图4、5所示。图4中左侧绿色线框圈上的部位显示为金属液充填至此处时存在一定的气体包卷，且此区域充填较晚，需要做镶件辅助排气进行解决；图5中左侧红色线框圈上的部位由于充填顺序和产品结构原因，导致此区域充填时间较晚，此区域靠近内浇口，需要充填完成后通过增压进行改善。

通过SupreCAST智铸超云模流分析软件做液流追踪得出困气包卷情况，如图6所示。图6红色线框圈上的部位显示为金属液充填至产品末端时存在充填死角，存在困气包卷可能，适当调整边侧浇口角度，进而调整充填顺序，让此处优先充填。

2.3缩孔与缩松分析

通过SupreCAST智铸超云模流分析软件做缩孔与缩松分析得出汽车节气门前壳体压铸的缩孔与缩松分布情况，如图7所示。图7左侧红色椭圆圈上的部位为产品内缩孔风险最大的位置，如涉及承重功能或后续机加工艺，则不能达到预定要求，需要重点加强这两处位置的冷却水排布。

2.4热节分析

通过SupreCAST智铸超云模流分析软件做热节分析得出汽车节气门前壳体压铸的热节分布情况，如图8所示。图8左侧为热节结果，图8的热节模流分析图中用椭圆形红色圈上的两处区域为热解较大区域，这两处热节较大区域容易形成缩孔和缩松，应格外注意加强冷却水的排布。

2.5模具冲蚀分析

通过SupreCAST智铸超云模流分析软件做模具冲蚀分析得出汽车节气门前壳体压铸的模具冲蚀情况，如图9、10所示。图9为模具冲蚀风险结果，浇口附近存在的模具冲蚀风险，特别是红色箭头位置几处浇口，由于浇口角度导致金属液直冲模芯侧壁，这一点也可以从粒子追踪结果得到验证。图10显示金属液直冲模芯侧壁。从工艺角度来讲可适当增加浇口附