摘要：本文采用數值模擬分析方法，利用AnyCasting鑄造模擬軟件對高壓件產品表面氣渣孔成因進行了探究。通過AnyCasting鑄造模擬軟件對鑄件充型過程進行分析，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進行分析。試驗結果顯示，當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。

關鍵詞：數值模擬;  AnyCasting; 氧化物

* 產品缺陷展示

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)，對缺陷件進行統(tǒng)計分析，其缺陷位置固定。此缺陷在第一次小批量生產中報廢率為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準是無法對氣渣孔位置進行準確定位的。因此我司此次利用氧化夾渣判據及氣體判據進行綜合評判，以形成判定標準，從而指導新產品的開發(fā)。

1. 實驗及模擬仿真

1.1產品模型及模擬條件

1.1.1 產品模型

如圖4所示，此次試驗以長城汽車某缸體為案例。缸體為汽車發(fā)動機結構承載部件，尤其缺陷位置需封密缸內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，同時對比實際生產缺陷數據，得出加工表面氣渣孔評定依據。

1.3結果與分析

1.3.1模擬充型與實際充型結果對比分析

通過Anycasting鑄造模擬軟件計算，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無法進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算。

1.3.2模擬結果取值分析

如圖7進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。按照組合缺陷參數方法如下公式，進行計算：

氣渣孔概率=K［(氧化物含量)n x b(空氣壓力)m]x100%

通過數據放大擬合得出如圖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90%以上，與生產實際氣渣孔缺陷發(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%，與實際生產一致。更改澆道方案雖然空氣壓力高，但是氣渣孔概率低于40%，與實際生產一致。

1.4判定方法驗證

選擇成熟正時罩蓋產品進行判定方法驗證，首先用現(xiàn)有工藝進行模擬。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。因為充填時間加長，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算以及實際生產參數調整驗證（如圖14、15），預測缺陷位置與實際缺陷位置一致。

2. 結論

1) 從AnyCasting軟件的模擬結果與試驗結果對比可知，氣渣孔成因為氧化物及空氣共同作用產生的缺陷，可以通過數據放大擬合得出氣渣孔概率曲線，并對氣渣孔缺陷進行預測分析。

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

3) 通過上述實驗，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，模具設計工程師，主要從事壓鑄模具設計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！