（貴州電子科技職業(yè)學(xué)院，貴州 安順 561099）

隨著工業(yè)發(fā)展鋁合金產(chǎn)品日益增多，鋁合金具有重量輕、強(qiáng)度高和耐腐蝕等特點(diǎn)，但鋁合金產(chǎn)品在澆鑄凝固過程中金屬液補(bǔ)縮較大，容易形成氣孔、疏松、冷隔和夾渣等現(xiàn)象，為此需設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)、冒口或通過添加冷鐵的方式消除鑄件缺陷，論文就冷鐵厚度對(duì)鑄件缺陷的影響進(jìn)行了數(shù)值研究。

1 模擬樣本設(shè)計(jì)

圖1 鋁合金板材鑄造工藝設(shè)計(jì)

以12 mm 厚的鋁合金板為研究對(duì)象，其尺寸為120 mm×200 mm 如圖1a），其鋁合金材質(zhì)為Al-Si7Mg，鑄件左側(cè)設(shè)計(jì)了澆道，選擇從左側(cè)底部平穩(wěn)澆注，其頂部設(shè)置冒口如圖1a）所示。采用精密組芯造型的砂型鑄造，使用冷芯盒射芯機(jī)制造各型芯，對(duì)其進(jìn)行下芯、組芯及澆注過程，該鑄造方法精密度高，且無需使用砂箱。選擇鋁合金板厚度的一半位置為分型面，將其分為1#、2#型芯如圖1b）所示，通過手工的方式進(jìn)行造型，綜合分析確定鋁合金的澆注溫度為700 ℃.

鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長(zhǎng)度差除以模樣長(zhǎng)度的百分比表示：

式中：ε—鑄造收縮率，%；L1—模樣長(zhǎng)度，mm；L2—鑄件長(zhǎng)度，mm.

查常用合金收縮率，得到鋁硅合金自由收縮率為1.0%～1.2%，受阻收縮率為0.8%～1.0%[2]，本次設(shè)計(jì)取自由收縮率為1%，受阻收縮率為0.9%.

2 冷鐵厚度對(duì)鑄件缺陷的影響研究

2.1 確定冷鐵添加位置

圖2 冷鐵設(shè)計(jì)模擬過程

根據(jù)圖1a）的澆注系統(tǒng)采用AnyCasting 對(duì)鑄件澆鑄過程進(jìn)行模擬仿真，如圖2a）為無冷鐵添加時(shí)的鑄件凝固順序圖，分析可知鋁板從四周邊緣開始凝固，然后逐步向內(nèi)部中心凝固。通過缺陷圖2b）可知鑄件缺陷在中心位置，因中心位置為最后凝固位置金屬液得不到充分補(bǔ)縮造成缺陷產(chǎn)生。在圖2b）中鑄件缺陷位置處添加冷鐵如圖2c）所示，其冷鐵尺寸為50 mm×190 mm，探討冷鐵厚度為4 mm、7 mm、10 mm 和12 mm 對(duì)鑄件凝固順序與缺陷的影響。冷鐵材料為普通鑄鐵，2#型芯造型前預(yù)放置不同厚度的冷鐵，使冷鐵與型芯粘接在一起，最后將1#、2#型芯合芯進(jìn)行澆鑄。

2.2 冷鐵厚度對(duì)鑄件凝固順序的影響

通過AnyCasting 對(duì)添加冷鐵厚度為4 mm、7 mm、10 mm 和12 mm 的鑄件進(jìn)行模擬仿真，得到各冷鐵厚度下的鑄件凝固順序圖如圖3 所示，通過對(duì)凝固順序圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)冷鐵厚度為4 mm 時(shí)鑄件凝固順序與未添加冷鐵的鑄件凝固順序有明顯變化，冷鐵位置的金屬液較早開始凝固。冷鐵厚度為7 mm時(shí)，冷鐵位置的金屬液比冷鐵厚度4 mm 時(shí)更早率先凝固。對(duì)圖3c）、3d）進(jìn)行分析，冷鐵厚度為10 mm、12 mm 時(shí)鑄件凝固順序與7 mm 時(shí)凝固順序變化相差不大。對(duì)各冷鐵厚度的凝固順序進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隨著冷鐵厚度逐漸增加，鑄件最后凝固位置由內(nèi)部中心逐漸向上移動(dòng)。

2.3 冷鐵厚度對(duì)鑄件缺陷的影響

圖3 各冷鐵厚度對(duì)凝固順序的影響

圖4 各冷鐵厚度對(duì)缺陷的影響

對(duì)無添加冷鐵的缺陷位置圖2b）與添加4 mm冷鐵時(shí)概率產(chǎn)生位置圖4a）進(jìn)行比較，可知添加冷鐵后鑄件中心位置無缺陷產(chǎn)生，少量缺陷在冒口位置下方，同時(shí)鋁合金板左下方有少量缺陷產(chǎn)生，添加冷鐵使鑄件缺陷發(fā)生了改變。對(duì)冷鐵厚度為4 mm、7 mm、10 mm 和12 mm 概率缺陷位置圖4 進(jìn)行分析，得到冷鐵厚度為7 mm 時(shí)，鑄件缺陷相對(duì)于4 mm時(shí)有較為明顯的改變和移動(dòng)，但當(dāng)冷鐵厚度為10 mm、12 mm 時(shí)，其鑄件缺陷未有明顯的改變和移動(dòng)，說明冷鐵厚度在7 mm 之后對(duì)鑄件缺陷影響不大。在冷鐵厚度為7 mm 時(shí)，冷鐵對(duì)應(yīng)位置的金屬液率先凝固完成，金屬液的凝固減少了冷鐵與其他位置進(jìn)行熱交換過程，故再增加冷鐵厚度至10 mm、12 mm后，對(duì)其凝固順序和缺陷的改變較小。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以尋求冷鐵厚度的最佳值，達(dá)到想要的凝固順序，同時(shí)減少過多冷鐵使用而造成的浪費(fèi)。

3 結(jié)論

通過冷鐵厚度對(duì)鑄件缺陷影響的數(shù)值研究，得到添加冷鐵能明顯改變鑄件凝固順序，隨之改變鑄件缺陷位置。對(duì)于12 mm 鋁合金板，添加4 mm、7 mm厚度的冷鐵對(duì)鋁板的凝固順序和缺陷較大影響；當(dāng)冷鐵厚度達(dá)到7 mm 之后，對(duì)鋁合金板的凝固順序和缺陷影響不大，鑄件凝固順序與缺陷只有細(xì)微變化，生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)選用合理厚度的冷鐵，降低鑄件生產(chǎn)成本。