时间：2023-05-29 18:03:57
1.1原始的模型设计
开始设计师需要建一个设计模型，就是模具中具有的制造的产品的原型，需要在该软件的零件模块中间进行三维的造型设立，正常经过拉伸、切除、拔模、圆角等特征方法来进行创立和建立。
1.2创建模具模型
这时，文件的类型应该选制造一模具型腔，然后，我们的子类型选模具型腔。我们就把它装配到模具模型中（值得注意的是：这里是装配不是创建），这样就使得它成为了参照模型了。最后，在其中加上设计好的工件，或者我们用软件提供的工具自动在其中创立，在没办法完成工件创建情况下，原始的手工绘制的办法就可以使用了，这样也可以得到需要的工件，这里的工件是毛坯。
1.3模型的分析
用软件的分析功能来探讨拔模斜度、厚度等几何特点特征，来判断这些特点是不是符合设计的要求。经过不断地修改，直到符合要求。
1.4设置模具需要的收缩率
自然状态下，压力和温度会发生改变，铸件从模具中拿出来就会发生收缩等现象，所以，为了补偿其中由于压力温度带来的偏差，用软件中拥有的收缩率功能。设计者经过设定恰当的收缩率就能够得到方法参考模型，这样能够获得正确尺寸的铸造物件。
1.5模具分型面创建
模版中用来分割参照模型的曲面通常叫做分型面，它的设计将会直接影响到最后成型的零件的尺寸，表面的质量。
1.6模具元件体积块的创建
使用上面提到的分型面，我们把工件分成型腔、型芯体积块三部分。正常情况下，运用软件分割菜单下面的两个体积块命令，将其分成很多个体积快，即拆模。这个不是元件，它是无质量的、三维的封闭曲面组。
1.7抽取模具元件
人们经过向体积块中间加入实体的材料，让它变成实际的元件，这个过程就是抽取模具元件的过程。完成之后，就成为了功能强大的Pro/EnGineer零件，把它调用或者装换到其他的软件中进行数控加工即可。
1.8铸模仿真
软件在完成模具元件抽取之后，就能够自动的熔断材料，通过浇口打进去模具型腔，从而产生浇注件。
1.9开模仿真
这一步主要是为了检查模具中不同的机构，检查是否有磨损、不合格等情况，从而确认模具是不是能正常的开启。
2铸造模样的CAM过程
对三维模型的数字控制加工的命令，包含了很多方面，如加工的参数、加工的方式、道具的选择、轨迹等等，这是加工系统生成的。通过对轨迹的后处理就可以产生G和M代码，利用这些就能够控制加工中心的刀具运动，按照三维的形状和尺寸大小得到铸造模样了。
2.1粗加工
为了拉高模样毛坯粗加工的效果，通常用大的硬质合金刀具来粗加工。加工的精度可以很低，可以是0.11mm；余量是精度的4~7倍就比较合适，一般可以是0.13–0.18mm；速度我们设置一个下限：1500mm/min左右，上限速度2200mm/min左右；根据零件大小，用于确定刀具直径，一般都比较大。其中用的是等高加工的加工方法，一层一层的切出，每层深度一般在1mm左右。这种方法分为两种：等高粗加工和等高精加工。
2.2半精加工
对那些有曲面形状的物件，有时候要进行半精加工。采用直径比较小的道具，一般比精加工的大那么一号。为了将效率提高，最好使用合金刀具，刀轨的生成可以用软件的等高加工的加工方法，或者精加工法生成。
2.3精加工
主要是根据加工物件的加工面的形状来确定的，通常情况下在直径选择中，使用比半精加工刀具小5~10mm的球刀，这样做能够提高功效，并且能避免过切的情况，对于局部圆角部位，可以用更小的刀再一次加工，直到完成。
2.4清根
以上所有过程完成后，虽然模样所有形状和尺寸都基本到位，但是由于球刀的应用，会由于使用环刀而产生圆角，一旦不能够有效去除，铸件可能会产生很大的披缝，因此，在精加工后，清根就是为了清除之前留下的圆角。
作者:李静生 周颖 高菲 单位:山东能源重装集团乾泰精密机械有限公司
参考文献
关键词 泵壳；共用模具；质量控制；检验
中图分类号TG7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）110-0178-02
0引言
泵是输送液体或使液体增压的机械，它将原动机的机械能转换成液体能量，提高液体的机械能，从而进行液体输送。泵是一种通用机械，种类甚多，生产生活中应用极其广泛。而泵壳是泵的核心主体零部件之一，泵壳的主要作用是将液体均匀的引导到叶轮里，并收集从叶轮高速流出的液体送入下级叶轮或者导向出口从而改变液体的流动方向，泵壳还可实现能量转换，将大部分的动能转化为压能，另外泵壳链接其他零部件，并与安装轴承的托架相连接，起到了把所有固定部分连为一体的连接固定和支撑作用。
1 课题的背景和意义
许多泵生产组装的企业最主要的零部件均依赖从外部采购，然后在公司里进行最终的生产组装和产品测试，其核心零部件包括泵壳泵盖、叶轮、机械密封等大多数都是铸件，其他零部件如马达、泵轴、轴套、轴承等，都是直接从外部采购的成品或者半成品。这些铸件是非标产品，而且很多是多品种小批量生产，迫于成本、质量、交期各种压力，一直是生产中的控制的重点，而所有铸件中泵壳成本远远高于其他，质量要求高，又是要控制的重中之重。为了满足客户的不同需求和节省成本，越来越多的同一种泵壳泵盖等需要共用同一套模具来生产不同材料的铸件。而共用模具需要很多问题从产品开发先期就必须确认解决，直到产品生产和产品检验，否则会造成不合格品甚至报废。本文将探讨这些在质量控制中要注意的要点。
2 共用模具时的质量控制要点
以生产最常见的是不锈钢和碳钢共用模具生产铸件为例，例如美标的CF8M和WCB（相当于我国ZG0Cr17Ni12Mo2和24Mn4）材料，其铸件收缩率分别为2.0%-2.3%和1.6%-2.0%，由于生产中铸件的收缩不同，直接影响了铸件毛坯尺寸，进而影响了后期机加工尺寸。这种差异对于在铸件生产中尺寸影响很大，对较大的产品尺寸将尤为明显。这些问题集中的体现在泵壳的流道、法兰、出入口等部位，在共用模具时必须对以下这些质量要点严加注意和控制。
2.1模具问题
因为这种尺寸大小的差异是不可避免的，在开发模具前，就必须协同质量、生产和采购进行预评估，确定重点和优先主次。假定以不锈钢为基准设计模具，因为不锈钢收缩率大，那么用这个同样的模具生产的碳钢铸件，尺寸会比不锈钢铸件的大，而流道则变大更宽广，反之以碳钢做基准设计模具生产的不锈钢尺寸会变小，流道更窄小。一般而言，从水利性能和工程角度来考虑，流道变小坚决不能被容忍，而流道稍大可以容忍，所以很多情况下以不锈钢为基准设计模具，当然如果有特殊的需要则另当别论。从采购业务方面来考虑的话，如果两种订单量几乎平分秋色的话，在实际生产中也常可能会采取比较折中的方案，取两者的中间值为基准设计模具。制作好的模具必须经过严格检验方可投入铸件生产，毋庸置疑的模具尺寸要保证设计要求，此外必须特别注意流道等水利部分是否满足要求，外观等是否良好。
2.2浇注问题
因为不同的铸件收缩率引起过大的尺寸变化是铸造厂不愿看到的，应尽量把这些变化的不利降至最低。很多铸造厂因为浇注工艺的问题造成铸造缺陷甚至报废。碳钢凝固过程属于层状凝固，凝固区间较窄，当补缩不够时容易在局部热节区域形成疏松和裂纹缺陷，从工艺设计的角度产品特别是流道芯内部放置的冒口大小及模数可以满足铸件的顺序补缩需要。所以在浇注不同材料时，必须考虑浇注工艺应适当的调整，对热节位置合理使用冷铁、铬矿砂等激冷措施，增加表面细晶粒层厚度，减少铸件实际凝固厚度等等。值得一提的是，现在如果有需要，很多工艺人员都大量使用铸造模拟软件对铸造工艺进行优化，并结合铸造模拟软件对铸造工艺进行模拟，对工艺效果进行模拟确认，这大大促进了质量控制和改善。
2.3尺寸问题
当共用模具时尺寸偏差时哪种方案都不可避免的，必须尽早尽快的和工程、质量、采购等部门做好沟通，对可以接受的偏差作出明确界定和判断，便于后续的工作的进行。举例来说，如果以不锈钢为基准设计模具，然后用该模具生产碳钢，则泵壳铸件尺寸变大，流道变大，法兰总高度变大，而可以推测按照图纸加工后法兰厚度会比图纸要求的小，这引起的一个突出问题是加工后法兰厚度不够，而一般的因为强度等问题法兰总是要求加工正公差的，所以这个问题必须在先期就被明确的确认可接受的水平。各部门协同确认以便于优化加工方案和质量控制。
2.4 装配问题
因为法兰面都是需要装配的面，如果在铸造过程中由于尺寸公差造成法兰面中心和铸造面中心不重合，则优先确保铸造中心可以对齐，以铸造中心为基准进行加工，这样才能保证出口和入口处对准，不会引起法兰的无法装配的问题和不会影响到泵水利性能测试的效率，当然这个公差偏离的前提是可接受范围内的偏差而不致于影响到强度不够等问题。
2.5水利性能
流道会有一些偏差，这个是不可避免的问题。而对水利性能影响最大的还是叶轮，所以必须特别注意尺寸的偏差不能影响到叶轮的水利，比如叶轮和出口的匹配必须满足公差要求，假定共用模具后泵壳流道尺寸的偏离造成了叶轮不能完全精确的对准匹配出口，将会极其严重的降低水利性能。
2.6质量检验
质量检验必须注意把好关，因为共用模具引起的铸件和加工尺寸偏差有很多方面，这些偏差必须通告质量部门、工程、采购等各部门并得到相应的确认和批准。如果这些信息传递不及时明确，也可能造成很多浪费，沟通中必须有效明确的指示问题所在和可能造成的系列连锁后果。
3 泵壳产品质量的检验和改善
和其他产品相比，泵壳的检验有它自己的一些行业特点，不仅仅是材料、尺寸、产品性能等各项报告合格，还必须满足顺利装配，水利性能合格，产品性能可靠等等，所以产品最终的质量检验时还应特别的注意以下这些方面，尽可能及时发现问题和予以纠正。
1）结构的正确性：不仅仅要满足图纸的加工要求，而且要注意结构是否正确。比如泵壳流道，旋向是否正确等等，很多时候检验重点不应该局限在加工正确，更应该注意铸造结构符合铸造图纸，也就是说必须同时满足铸件图和机加工的所有要求；
2）材料的完整性：材料结构是否致密，指的是表面表观和内部都不能有材料的缺失，内部结构可以用RT检测，表观目视检测大多可以看到。因为在铸造车间和加工车间衔接环节上还有一些问题的工厂，有些材料不是很完整的铸造缺陷被很多检查环节所遗漏疏忽，以至于产品完成还没有被识别发现的情况特别应引起注意；
3）目视检测：这个检查的内容很多，在常规的依据MSS SP-55《阀门、法兰、管件和其他管道部件用铸钢件质量标准―表面缺陷评定的目视检测方法》检查铸件质量外观缺陷的同时，铸造缺陷包括，热裂和裂纹，缩孔，夹砂，气孔，表面粗糙等。还应注意流道的光洁度，用对比块检查产品的粗糙度，用内窥镜检查泵壳的出水口，流道内部背面等不易观察的部位是否有缺陷；
4）铸造缺陷处理：常规铸造中，铸件没有完美的，尤其是大型铸件，在模拟铸造的帮助下，虽然减少了大部分的缺陷，但是由于实际的操作误差，高温钢水的难以控制都会使铸件产生各种各样的缺陷，铸造缺陷不可避免的发生，总有一定的比例铸件因为缺陷而返修或报废。所以铸件完成后，必须严格检验铸造缺陷，如果可以返修则立即予以返修，如不能则报废重新生产，并分析失败原因提出纠正预防措施。小范围的可以返修的铸造缺陷必须符合公司规定的焊补程序，比较严重的必须供需双方都同意方可返工，返工处理的零部件必须经过相应的热处理程序才可以进行后续工序；
5）尺寸的正确性：在满足图纸要求的线性尺寸和形位公差的同时，还要注意带配合的公差，图纸特别标注的公差，以及未标注的一般公差；
6）各种螺纹正确：因为涉及到管道连接和装配，在泵零部件上有很多种类的螺纹，必须使用计量正确的螺纹规来进行检查，要能满足装配，还要注意螺纹的深度是否在范围内而不至于影响产品厚度而降低了强度和可靠性。有些白口铁的螺纹在检查时更是要特别注意质量问题；
7）满足一些特殊的测试，比如泵壳泵盖的水压测试，在一定的压力和时间下保压而无泄漏；油漆的干膜厚度，种类，颜色，附着力试验，盐雾试验，备皮条件等等；
8）包装方法和保护：有些产品属于精密产品，或者有精密加工面的零部件在生产运输过程中一定要注意很好包装和保护，防止损伤损坏。
关键词：模具设计；交货期短；模具制造成本；经济效益
21世纪模具制造行业追求的目标是提高产品质量及生产效率,缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力[2]，如何保证产品质量、控制成本、缩短模具制造周期、提高生产效率是值得同行认真思考的问题。本文以几种铝合金铸件的模具设计思路举例分析，与模具设计者和制造同行共同交流探讨关于模具设计及模具加工的心得。
1案例一（周期短、量少的模具与工艺设计）
1.1产品及背景简介
该组导体铸件是某高压电气产品的重要组成部件，三种铸件中间部位相同，只有两侧导电接触端面角度不同，铸件的外观尺寸为：ø120mm×761mm，单重为20.75kg，材质AL-Si7Mg，如图1所示。
1.2模具设计
模具交货期较急，且每种铸件仅有6件需求，按客户的交货工期，很难在规定日期内完成三套模具。金属型模具与砂型模具对比分析：（1）金属型模具制造周期是砂型模具制造周期的两倍；（2）金属型模具材料费、加工费比较昂贵；（3）金属型适用于批量生产。笔者决定采用砂型模具生产。由于铸件两端导电接触面为镀银面，质量要求非常严格，不允许有缩松、针孔等缺陷，故需要通过放置冷铁，对加工面进行激冷，消除铸件局部热节处的缩孔和缩松，来保证加工面的组织致密度。考虑到此三种铸件结构的特殊性，笔者决定三种导体共用一套模具，通过变换不同冷铁来调整两端加工面的角度。这样一套模具通过更换冷铁的方式，就可以生产出三种不同铸件，如图2所示。
1.3生产验证
通过变换不同冷铁来调整铸件两端加工面角度的方式，生产出三种不同的铸件，不仅缩短了模具的制造周期，也降低了制造成本，保质保量按期交付了生产任务。为相关模具设计和制造提供了可借鉴的经验。
2案例二（局部加工困难的模具与工艺设计）
2.1产品简介
以某异形罐体为例，该罐体最大外观尺寸为610mm×600mm×429mm，铸件壁厚为12mm，铸件单重65kg，材质：AC4CH-T6，如图3所示。
2.2模具工艺设计及模具加工
根据铸件的结构特点，笔者考虑采用低压铸造铁模砂芯生产，但由于上下法兰均有密封槽宽11mm、深6.6mm，若做两开型模具，密封槽处的加工量较大，有出现针孔的风险。故增加了上模和底模，将密封槽部分由上模和底模铸出，保证了法兰端面与密封槽处均有3mm的加工量，保证了密封槽的质量。由于铸件在斜下45°有一处70mm×70mm方棋子，如图3所示。正常左右两开模有干涉，通常我们用加活块的方式来解决，但棋子端面距底模比较近，加活块后模具的壁厚会很薄，壁薄的模具经过高温很容易变形，如果将模具采用曲面分型（如图4所示），凸台的一部分由底模带出，一部分由半模带出，这样避免了模具生产时的变形问题，同时也提高了铸件的外表面质量，缩短了模具加工周期。由于法兰比较特殊，半模整体加工比较麻烦，将半模分为两部分来加工，从法兰端面分型，法兰外圆及后背由左右模铸出，法兰端面由镶块铸出。半模用数控镗床加工型腔、镶块用普通铣床加工，这样就解决了法兰深处无法加工的难题，也缩短了模具加工的生产周期。模具设计结构图如图5所示。
2.3计算机数值模拟
采用铸造凝固过程计算机数值模拟技术对此工艺方案进行模拟，如图6所示，证明了此工艺方案的可行性。
2.4生产验证
利用此模具我们已经进行了批量投产，生产的铸件没有任何铸造缺陷。
3结语
通过以上案例说明，对于我们模具设计者来说不能局限于设计模具的基本模式，应结合实际情况综合考虑，不断探索、不断创新，复杂模具简单化设计，降低模具成本，缩短模具生产周期，为企业获得更大的经济效益。
参考文献：
[1]李雪.浅谈我国模具的发展及其重要性[J].金属学及金属工艺，2015(34):150+162.
[2]王晓梅，程晓宇.基于现代IT技术下的模具设计制造系统[J]．机械研究与应用，2006（4）:14-15.
（1.福州大学；2.福建信息职业技术学院，福建 福州 350003）
摘 要：近年来，随着我国汽车、电子等行业的迅速发展，对镁合金压铸件的需求也不断的增长.本文主要讲述镁合金齿轮箱产品研发过程中压铸模的设计理念和生产方面的经验.该模具在制造的过程中，应用镁合金压铸工艺，采取主浇道环型结构，内腔采用分型结构，设计了4个滑块，3个方向抽芯.实验结果显示，该模具不仅压铸件成形好，压铸的缺陷也会相对减少，模具的寿命也会增加.
关键词 ：镁合金；模具设计；压铸工艺；齿轮箱
中图分类号：TC292 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2015）01-0148-02
面对竞争日益激烈的市场竞争，对镁合金压铸的要求也越来越严格，使得设计者们被动的不断地提高着产品的质量，缩短着研发时间.在不存在特殊原因的情况下，镁合金的产品与其他合金的铸件设计有许多的相似之处.但又要做到在设计中既要突出镁合金的特征与优势又要避免容易出现的问题，就需要压铸件与模具相互适应，充分发挥出镁合金的优点，确保获得高质量的产品.
1 镁合金的发展现状
镁合金与目前正在使用的相对较多的材料相比，具有密度小、比强度高、以及良好的压铸工艺性、导热性、减振性、电磁屏蔽性、可回收利用等特点.能够满足不同行业的需求，供求量很大，作为轻质合金材料未来的前景不可限量，已经广泛的应用于社会生产中.许多国家已经利用镁合金做出了重大的研究，将其定义为二十一世纪的重要战略材料.
因为镁合金的许多优点和无法取代的特点，让镁合金的需求量大幅度上升，镁合金压铸件在汽车产业制造中占有比例很大；亚太地区市场约占16‰、北美市场约占50‰、欧洲市场约占25‰、其他地区约占9‰.
而我国的镁合金产业虽然才发展不久，但自在90年代以后，我国的汽车、电子、通讯等领域发展已经得到了很大程度上的提高.在如今这个科技发展迅速的时代，只有不断的研发创新才不会落后.我国作为镁资源生产大国、存储量占世界的22.5‰，年产量截止到2001年底全国50余家镁企业的产量仅达10万吨.通过不断的努力，我国的镁工业从镁产品的进口国变身成为世界最重要的产品出口国.
2 压铸模设计
镁合金齿轮箱结构如图1所示，内部结构较为复杂，要求模具结构设计合理，为保证成型质量，要有合理的浇注系统，较大的浇道面积，较高的填充速度和较短的充填时间.
2.1 压铸机的选择
对于镁合金铸件的生产环境的温度、不论是热室压铸机还是冷室压铸机都和生产出的铸件的壁厚有关.通常情况下，为了保证壁薄的，小于1kg的铸件则需要热室压铸机，大件的基本选用冷室压铸机.该齿轮箱采用700T冷室压铸机进行压铸成型.
2.2 模具设计
由于镁合金有着很好的压铸工艺性能，在生产的过程中，应该相对地把镁合金的优点和不可代替的优势融合进去，并且选用适合镁合金的工艺参数和模具设计标准.与铝合金不同的是，因为熔化的镁合金不易与钢铁融合，所以使模具的使用寿命得到了延长.至于其他的，例如热学约650℃和机械力学比压对模具的冲压与加工铝的时候都有些相同.现在我们可以做到压铸件壁薄至0.6mm的薄壁件.因为镁合金的液体可以再模具腔内迅速凝固、要求充型时间短，压射冲头的速度比铝高出30%.
实践表明，铸件的抗拉强度与第二级压射速度有着直接的关系.主要因素是：短的充型时间和充型期间产生的漩涡.压铸模喷涂的频繁，表面会有喷涂材料的微粒和氧化物，会改变溶液在内浇口的速度，大约在90—100m/s.这样的改变，就会减少内浇口速度造成的破损.
2.3 镁合金压铸模特点
（1）充型时间比铝短30%，（2）内浇口的速度为90—100m/s，（3）斜度小，（4）模具温度在220℃—240℃（需要用模具控制器），（5）镁的流动性好，边角固定好，对模具塑固要求高.
2.4 镁合金压铸模的应用
近些年我国的大型成套设备中，齿轮是最关键的部分之一.通过引进相关的技术和不断的创新，也代表着制造业的发展水平的高精度，以及在这方面所取得成就.从发展趋势上看，是在不断的进步，占据主导地位，并会持续相当长的发展阶段.
由图2结构图所示.镁合金的齿轮箱的压铸由动模套版、顶出机构、动模型芯、定模型芯、抽芯滑板、定模板套、动模固定板和浇道等部分组成.该模具大体还是选取了铝合金压铸模的结构成分，但又做了一定程度的改变，突出了镁合金的特点与优势.做了一些大胆的创新.
首先，在模具的浇道上做了一定的改变：选取厚度为8～16mm，宽度为18～28mm的增压型环型主浇道，以保证在填充的过程中速度得到了提升.由于齿轮箱的结构复杂，设置的辅助浇道可以减少充填的时间，流动的阻碍减少，甚至减少了喷溅、冷隔、紊流等缺陷.
其次，根据齿轮箱结构复杂这一特点，也做了一些设计.设计成4个抽芯的结构方式;滑块之间的距离为0.03mm以内；销子与模具内孔之间的距离为0.012以内，模具的制作工艺精度高达GBIT6级.此外，选取内腔结合处不用去毛刺的直接加工的分型结构，可以大大的减轻成本负担，还可以保证压铸产品的质量与速度.
3 压铸工艺设计与工艺
压铸是镁合金铸造的最主要的成形工艺.世界上镁合金铸件总数的93﹪是通过压铸工艺成形的.这最主要的原因就是镁的压铸工艺工艺性能很好.
对于镁合金齿轮的成分分析见表1.镁合金具有的一系列特征使得镁合金零件的压铸工艺与铝合金的压铸工艺有着显著的不同.与铝合金比较来说.镁合金有着低比热容和低相变潜热、低动力学粘度、高流动性、凝固时间短等特点.选取填充速快，更节约时间的充填时间的压铸工艺，与镁合金进行综合研究和生产.
3.1 真空压铸
真空压铸是指在压铸的过程将腔内的气体抽出，减少压铸件内的气孔和溶解气体，从而达到提高铸件质量的目的.由于镁合金在凝固的过程易产生枝晶，被枝晶占据的地方会因阻碍液体形成负压，析出有利位置.因为镁合金中的疏松对气孔的形成起着帮助作用，
3.2 充氧压铸
充氧压铸又叫做无气孔压铸.在金属液充型前，在型腔内冲入氧气或者其他气体，来替换腔内的空气.金属液体进入腔内时，会与活性气体产生化学反应，生成金氧化物微粒，这种微粒分散在墙内，分解了存在的空气，使压铸件可以通过热处理强化，使铸件比普通铸件的塑造效果更明显.而普通镁合金是无法进行力学性能测试的.
3.3 挤压铸造
北美压铸协会对挤压铸造的解释是：运用低的充型速度和最小的运动，达到金属液体在高压下凝固的目的.高精度的从而获得铸造工艺.充型压力高是挤压铸造最突出的特点.比重力金属型铸造要高几个级别，而对铸件造成的影响：合金与铸型间的传热系数的增加；减少腔内金属液体中的气体析出，从而提高铸件的密度与质量.
3.4 半固态铸造
虽然有了挤压铸造、常规铸造、充氧铸造等方式可以塑造出高质量、快速度、复杂多样的镁合金铸件，但也很难逃脱在生产过程中遇到的各种问题，所以必须过热保证合金液的流动来克服众多的问题.例如，镁合金的氧化燃烧，这主要是利用半固态有充型平稳、金属液氧化损失较少、无金属喷溅可进行热处理、铸件寿命长等特点.
3.5 填充时间
对于镁合金，填充时间要短，保压的作用就是让压力传递给还没有凝固的液体，通过高压结晶获取高质量的压铸件.除此以外，因为镁合金的特殊性的缘故，在利用镁合金进行压铸制造产品时，在其开发以及生产的过程中，还应该对镁合金的生产中的其他一些工序进行多加注意，其中，在生产过程中，镁合金的熔化、保温以及压铸和对镁合金的后续加工以及对镁合金的处理等过程中都应该采取一定的安全防护措施，这样才能更加保证产品的质量.
3.6 安全操作
镁具有易燃易爆的特性、因此在生产过程中、必须有较强的安全意识.在生产时基本保护用品必须佩带齐全，如、工作服、安全帽、口罩、防护模具等等.为穿戴齐全不可靠近.镁合金生产中涂料不易喷放过多，以免引发危险.设计员者们应时刻注意着，以免造成不必要的伤亡.
4 结语
根据多年的设计铝、锌等多种金属产业以及多年压铸生产积累下来的经验，现在已经自主设计了镁合金齿轮压铸模的一系列工序，并且已经按照成功的设计制造出了模具.经过多方面的实际检验，制造的模具有效使用时间长的特点.制定的镁合金齿轮箱压工艺十分合理，并且在稳定性上也超出世面上的其他产品的平均水平，而且在压铸成型的质量以及表面的质量上也比世面上的许多同类型产品高出许多，而且利用我公司的自主设计的工序成产制造出的产品的成品率也比以往的工序生产制造出产品的成品率提高了不少.
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参考文献：
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关键词：液态成形与模具方向；课程设计；教学改革
中图分类号：G423.07 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）03-0045-02
专业课程设计是本科教学体系中重要的实践性环节，起着促进学生将理论知识转化为实践应用能力的重要作用。专业课程设计是学生综合运用本专业前修课程的基础理论进行的工程设计的尝试，是培养学生综合应用能力和创新意识的重要手段，它是对前期理论教学效果检验和评价的一种十分有效的形式[1]。南昌航空大学材料成型及控制工程专业液态成形与模具方向（铸造方向）课程设计是《液态金属成形工艺》、《金属液态成型模具设计》和《液态金属精密成形技术》等课程教学过程的一个不可缺少的组成部分，也是液态成形与模具工程技术人员进行工程设计的基本能力训练的重要方式，其目的在于使学生巩固和扩充所学的铸造工艺知识，提高计算、识图、绘图、铸造设计手册运用和理论联系实际的能力。近年来，随着本专业学生规模不断扩大，我们及时分析铸造方向课程设计教学中出现的新问题，以提高学生铸造工艺与模具设计能力提高学生分析和解决铸造工程实际问题的能力为出发点，对铸造方向课程设计教学进行改革，取得了较好的效果。
一、铸造课程设计存在的问题
我校每届学生安排在在第7学期后4周进行课程设计。学生须在规定的时间内独立完成给定零件的铸造工艺和相应模具设计任务。学生根据铸造工艺设计手册，结合零件的材质、结构特点、技术要求和批量等对零件进行铸造工艺性分析，选择合理的铸造工艺方法，制定铸造工艺方案，确定铸造工艺参数，设计浇铸系统和冒口的形状和尺寸，设计与铸造工艺相适应的工装。铸造课程设计的主要特点是结合所学铸造专业知识解决实际生产问题，是学生首次对专业知识的综合运用[2]。因此，课程设计题目既要结合所学课堂重点内容又要符合企业生产实际。同时，为了达到培养学生独立从事工程设计能力的目的，课程设计的题目数量要足够多，应满足1人1题。随着学生规模的增大，我校铸造方向每届有3个班，约120人。课程设计教学效果未能完全达到教学大纲的要求，主要存在以下问题：（1）课程设计题目过于陈旧，与企业实际生产脱节，达不到培养学生工程实践能力的目的，与企业对学生的能力要求有一定距离；而且我校由于历史原因，题目覆盖面较窄，主要为航空用铝合金、镁合金零件为主，其他民用材料如球铁、铸钢较少，使学生再就业面上处于劣势。（2）课程设计题库零件图数量少，难以满足1人1题的要求，存在多人一题现象，起不到培养学生独立从事工程设计的能力的作用。（3）由于科研需求，引进一些非铸造专业的青年教师，这些教师本身铸造知识薄弱，缺乏铸造工程实践经验。（4）通常，学生完成课程设计的铸件不进行实际浇注实验验证，学生不清楚自己设计的铸造工艺是否合理，也就不可能提出更合理的设计方案，不利于培养学生分析问题和解决问题的能力。（5）大型现代化铸造企业已将计算机模拟技术用于优化铸造工艺设计[2、3]，如果铸造专业学生在校期间不掌握铸造过程计算机模拟技术，无疑将不能适应铸造企业的要求。
二、铸造课程设计改革与实践
1.“真刀真枪”做课程设计。我校曾隶属于航空工业总公司，主要为航空企事业培养学生，课程设计主要以航空用铝合金、镁合金零件为主。1999年，南昌航空大学实行江西省人民政府与国防科工局共建后，坚持“立足江西、面向全国，服务地方、服务国防”的服务方向。大部分学生毕业后在地方企业就业，因此，我校铸造方向建立了洪都航空工业集团公司、中国南方航空工业集团有限公司、江铃汽车股份有限公司、江西宏伟汽车零部件制造有限公司、浙江阀门超达铸造有限公司等涵盖航空、地方企业的校外实践实习基地。通过协商，这些企业提供大量实际生产零件建设课程设计题库，戴斌煜等老师完成省教改课题：“液态成形与模具专业方向课程设计数据包开发（编号：JXJG-07-7-22）”。以解决企业实际生产问题为题目，使学生“真刀真枪”做课程设计。题目涵盖铝合金、镁合金、铸钢、球墨铸铁和灰铸铁等多种材质，数量满足1人1题的要求，可以满足学生根据毕业去向和兴趣选题。同时，为了确实提高学生解决工程实践能力，聘请企业铸造技术人员做兼职指导教师，和校内教师一起指导学生课程设计，强化学生液态成形工艺设计能力。
2.提高青年教师铸造工程实践能力。近五年，针对学科建设和科研需求，引进了多名非铸造专业博士、硕士青年教师充实教师队伍。但这些教师在铸造相关课程方面，尤其课程设计教学能力偏弱。为了尽快帮助青年教师提高教学能力，尤其指导课程设计实践教学能力，组织青年教师到铸造企事业单位交流学习，选派5名青年教师到校外实践实习基地进行为期半年的挂职锻炼，深入铸造生产一线，了解铸造新工艺、新设备和新材料，丰富铸造工程实践经验，提高分析和解决实际铸造工程问题的能力，达到快速提高青年教师指导学生铸造课程设计能力的目的。
3.铸造过程模拟优化铸造工艺设计。近年来，国外已经使用计算机模拟技术优化铸造工艺设计[2，3]，根据铸件铸造过程模拟结果，判断铸造过程中是否会产生冷隔、浇不足、缩孔、缩松、变形和裂纹等铸造缺陷。为适应现代铸造生产的要求，在铸造课程设计中增加了铸造过程模拟的内容，用于优化铸造工艺设计。我校在第7学期铸造课程设计前开设了32学时的《铸造过程数值模拟》课程，其中16学时为上机操作，向学生讲授铸件充型过程流场模拟、凝固过程温度场模拟方面知识和技能，为课程设计打好基础。教学实践表明，课程设计引入铸造过程模拟技术，使设计结果可视化，学生可以对所设计的铸造工艺进行验证，预测出现铸造缺陷，判断铸造工艺方案的合理性，进一步优化工艺方案，提高设计质量。这些过程充分调动了学生的学习积极性和主动性，有助于培养学生创新能力、综合分析能力和解决实际问题的能力。
4.参加中国大学生铸造工艺设计大赛，提高学生铸造工艺设计能力。中国大学生铸造工艺设计大赛由国家教育部高等学校机械学科教学指导委员会、中国机械工程学会及其铸造分会、铸造行业生产力促进中心和中国机械工业教育协会等单位联合主办。举办中国大学生铸造工艺设计大赛的目的在于鼓励在校学生学习铸造专业知识，提高学生的实际操作技能，为学生提供社会实践活动的平台，为大学生就业创造有利条件和机会，为铸造企业培养优秀人才，促进我国铸造行业的发展[4]。大赛命题均来自企业实际生产零件，评审专家也以企业技术人员为主。我校铸造方向学生已连续参加三届中国大学生铸造工艺大赛，获大赛二等奖4项，三等奖5项，在中国机械工程学会铸造分会网站、大江网、中国校庆网均有宣传报道。这不仅彰显了我校人才培养的质量，也提高了我校材料成型及控制工程专业的知名度。参赛学生受益匪浅，铸造工艺设计能力和解决铸造工程实际问题能力明显提高，就业竞争力显著提高。
本课程设计教学成果已在南昌航空大学材料成型及控制工程专业液态成形与模具方向（铸造方向）07、08、09级学生中应用，并取得实质性的教学效果。（1）学生铸造工艺设计能力明显增强。近三年，指导学生获中国大学生铸造工艺设计大赛二等奖4项，三等奖5项。（2）专业建设特色凸现，人才质量明显提高。2010年，南昌航空大学材料成型及控制工程专业获批为国家特色专业建设点。（3）教师教学能力明显提高。2012年，液态成形与模具方向教学团队获南昌航空大学优秀教学团队。（4）课程设计引入铸造过程模拟技术，学生对所设计的工艺进行验证和优化，提高了设计质量。
参考文献：
[1]冒国兵，张光胜，张海涛，等.材料成型及控制工程专业课程设计改革与实践[J].安徽工业大学学报，2009，26（11）：121-122.
[2]张彦敏，沈丽，郭俊卿，等.材料成型与控制专业课程设计题库建设[J].中国现代教育装备，2010，（15）：68-71.
[3]李晨希，曲迎东，李润霞，等.铸造专业课程设计改革[J].中国冶金教育，2011（3）：35-38.
[4]曹阳，苏仕方.浅谈参加中国大学生铸造工艺设计大赛应注意的问题[J].铸造，2011，60（3）：313-314.
【关键词】负压实型铸造；泡沫塑料模样；三维振动台；涂料
引言
我公司自建立以来，铸钢件生产采用水玻璃砂、手工造型，生产的铸件表面粗糙，尺寸精度低，加工余量大，废品率高，型砂消耗量大，而且回用困难，铸件清理劳动强度大，经济效益差。为扭转此局面，我们将负压实型铸造新技术应用于铸钢件生产。由于此为新技术，许多工艺技术参数尚不完善。现就把我们在生产中工艺参数的选取和具体做法，总结如下：
1 负压实型铸造原理及技术特点
1.1 负压实型铸造原理
负压实型铸造又称气化模铸造、消失模铸造、无型腔铸造等，它是采用泡沫塑料模样，造型时不取出，形成无型腔铸型，浇注时高温金属液使泡沫塑料气化、消失，金属液取代原泡沫塑料模样，凝固冷却形成铸件的一种铸造方法。
1.2 负压实型铸造的工艺技术特点
（1）由于突破了分型起模的铸造工艺界限，使模样可以按照铸件使用要求，制造出理想结构的铸件，极大地扩充了铸造工艺的可行性和设计自由度。
（2）大大简化了造型工序，取消了复杂的造型材料准备过程以及混砂、分型、起模、造芯、下芯、合箱、配箱等繁杂工序，使造型效率提高。
（3）造型材料由于不加粘结剂，附加物和水，简化了砂处理工作，旧砂只要过筛去除杂质和细粉，冷却后即可使用，故造型材料废弃少，造型时不用舂砂，只要微振并对铸型施加自下而上的负压，使铸型砂粒间维持一定紧实力就可满足要求，铸造落砂清砂方便，劳动强度低，劳动量减少。
（4）铸件的尺寸精度提高，表面粗糙度细。
（5）加工余量小，金属利用率高，废品率低。
2 负压实型铸造工艺主要设备
气垫三维铸型振动台、水环式真空泵、管路系统、砂箱、 恒温料烘干室。
3 负压实型铸造工艺
3.1 负压实型铸造工艺如下
可发性聚苯乙烯珠粒预发泡熟化塑料模发泡成型模样干燥和时效模样修整并与浇注系统组装涂敷涂料干燥填充干砂振实造型抽真空浇注铸件冷却及取出铸件铸件清理热处理检验。
3.2 造型
将砂箱置于气垫三维振动台上，往砂箱内装l00-150mm的底砂，启动振动台垂直振动使底砂紧实，振实底砂后放进第一层模样，在箱内与浇注系统（冒口）组合，完毕后装砂超过模样80-lOOmm，先纵向振动，后三维振动，（注意对于难于填砂的部位要仔细用手塞实）。这样逐层重复操作完成造型后要在模样上方覆盖150-200mm的砂子，铺上塑料薄膜，安放好浇口杯，覆盖压紧砂，连接好负压管，待浇。
4 负压实型铸造主要材料
（1）背模：背模用于砂箱背面的密封，我公司选用农用聚乙烯薄膜。
（2）型砂：洁净无粘结剂的干砂，性能参数主要是以下几方面。
1）透气性；对干砂而言，透气性主要取决于砂粒尺寸，我公司造用粒度集中在一个筛号上的人造石英砂。
2）耐火度：人造石英砂的Si02含量≥98%。
3）水份：水份应
4）颗粒形状：因选用人造石英砂呈多角形。
（3）塑料模样
1）负压实型铸造对泡沫塑料模的要求
①必须符合铸件图的几何形状，尺寸（含收缩率），表面必须光洁，不许有凹凸不平，珠粒间要很好融合在一起，模样的尺寸稳定。
②模样的密度要控制在一定的范围内。我们通过生产实践，在保证模样强度、光洁度、刚度、保证在搬运、贮存、刷涂料和造型，振实型砂过程中，不擦伤和变形的前提下，铸钢件选取密度为
③为避免出现浇不足、冷隔、气孔、夹渣等铸造缺陷要求模样发气小，发气速度适中，保证金属液能顺利充填，气化完全，残留物少。
④泡沫塑料模气化，不产生有害气体，以免污染环境。
2）模样原材料的选用
①聚氯乙烯泡沫塑料，具有发气量低，残留物量少、密度小，气化迅速，价格适中等优点，成为我公司负压实型铸造制模材料的首选。
②原材料主要质量指标为残余苯乙烯单体，珠粒的粒度和密度，希望获得小粒径的同时，适当降低密度。
③粒度及发泡倍率
泡沫塑料珠粒的粒径选用时须考虑合适的发泡倍率，模样的大小及壁厚，我们根据公司里产品的特点结构等选用粒径0. 3-0.4mm，发泡倍率40倍，获得了密度0.018-0. 0228/cm2的表面光洁的模样。
3）制模
泡沫塑料模样的制造方法，主要依据产品的数量而言，一般分为发泡成型和加工成型。我公司矿车及40T铸件全部采用压机成型，单件铸件用泡沫板经电热丝切割、粘结、打磨而成。
（4）涂料
负压实型铸造工艺中涂料的作用至关重要，它除有提高铸型耐火度和铸件表面质量外，还有提高泡沫塑料模样表面抗磨性和表面强度的作用，因此负压实型铸造用涂料分为耐火涂料和表面光洁涂料两种。我公司根据煤矿产品的特点，仅选用耐火涂料。涂料除具备有耐火度高，热稳定性好等要求外，还有如下要求：
1）透气性：涂料透气性是影响铸件质量的关键因素，是涂料性能重要指标。
2）涂挂性：泡沫塑料具有憎水性，涂料不容易涂挂在模样表面，因此涂料必须有良好的涂挂性。
3）快干性：泡沫塑料不透气，热变形温度低，故涂敷在模样表面的涂料只能在空气中自然千燥或经50℃-60℃烘干。
根据以上要求，我公司通过生产实践、比较，从省内几家铸造涂料厂中选择了一家的涂料来应用于生产，涂敷一遍干燥后再涂敷第二遍，一般涂敷2-3遍，厚度一般为2-3mm。
5 铸造工艺参数
5.1 浇注系统
负压实型铸造采用开放式，底注或阶梯式浇注系统，浇注系统各组元截面积比为：∑F直：∑F横：EF内=1：1. 1-1.2：1. 2-1.4
5.2 冒口
铸件壁厚均匀，壁厚≤30mm的铸钢件一般不放冒口，有局部热节须补缩时，因负压实型铸造不受取模的限制，可以放置在需要补缩和排渣的任意部位，故采用暗冒口，既节约金属，又可消除浇注时烟雾，同时还阻止泡沫塑料的裂解燃烧。冒口尺寸的确定方法与普通砂型铸造相同。
5.3 浇注温度
实型铸造浇注原则是高温快浇，先慢后快。浇注温度铸钢比砂型铸造温度提高10-40℃。
5.4 负压的选取
根据生产实践确定负压为0. 03-0. 05Mpa
6 部分负压实型铸件与普通砂型铸件的工艺对比
项目
铸件名称 砂型铸造 负压铸造
铸件重 浇冒口重 钢水用量 铸件重 浇冒口重 钢水用量
1t轮子 30 2 32 23 2 25
1t缓冲座 63 5 68 54 5 59
40T半滚筒 40 15 55 34 4 38
3t车轮 43 15 58 34 5 39
关键词：铝合金；熔模铸造；技术应用
前言
随着现代重工业的发展，对于金属材料的性能要求标准不断提高。铝合金材料相比于钢铁材料，由于其较好的比强度、比刚度、耐腐蚀性以及抗疲劳性能，在众多的行业中得到了广泛的应用，尤其是近年来铝合金熔模精密铸件的生产规模和产量都迅速增加，出现了一大批生产企业。就如现代航空航天工业中，飞行器制造所需要的构件在质量、强度、整体结构性能方面的要求较高，铝合金熔模精密铸件就被应用于其中，技术开发的利用得到了延伸和发展，本文就结合了生产实际对铝合金熔模精密铸件的技术及应用进行了深入的探讨。
1铝合金熔模铸造技术及应用分析
1.1熔模制作技术
铝合金熔模铸件选用的模料的性质以及蜡模会对其表面的粗糙程度有较大的关系，究其原因在于铝合金材料的熔点低，铝合金液表面经过空气氧化会形成氧化膜，难以对铸型壁上微小孔穴进行有效复制，因此铸件表面的平整度就较差。为了满足现代重工业对于薄壁、结构复杂的大型铸件的需求，因此当前技术研发部门一直致力于研究强度较高、不易收缩变形的性能较优的膜料，如水溶芯成型、液态模料高压注射成型等技术都得到了快速的开发应用和发展。在技术应用方面，对压蜡设备生产研发的不断精进，大型压蜡机的出现为大型熔模件的制造提供了条件，如美国TEMPCRAFT生产的V-3002型压蜡机，最大合型力可达3000kN。
1.2石膏型熔模铸造技术
石膏型熔模铸造技术优势在于其良好的复制性，因此可以应用于对尺寸精度要求高的铸件，但是对铸件表面粗糙度要求不能太高；石膏型熔模铸造应用的热模浇注，导热率不高，因此可以浇注出壁面厚度不均匀的薄壁精铸件，而不会出现缩孔此类现象，在铸造薄壁、结构复杂的大型铝合金精密铸件往往就会用到的是石膏型熔模铸造技术。石膏型熔模铸造技术具体操作有：按照石膏型混合料的水粉比标准，将规定的适量自来水和粉料置入容器中，在真空环境下进行搅拌，同时搅拌的水温，在向容器中加水的同时，加入其他液态附加剂如正辛醇溶入水中，通过这些工序充分保证工艺质量的可靠性。在对凝固的石膏型进行脱蜡前，先要将其放置足够时间，待石膏可以充分硬化。石膏型拔模后不必进行脱蜡，即可以焙烧，若石膏型中没有残蜡，在250～400℃的温度下进行煅烧即可，可将自由水和结晶水充分除去。
1.3陶瓷型壳熔模铸造
改进陶瓷型壳熔模铸造法工艺，可应用于制造结构复杂的中、小型铝合金熔模精铸件。由于铝合金熔模铸件具有壁薄、强度低的特点，铸后脱壳时要注意不能破坏浇注系统，并且铝合金材料在浇注时由于低温、低密度的特点产生的动、静压力和热冲击都较弱，所以，型壳就应当在湿强度、透气性以及高温强度等方面符合一定的标准，同时为保证型壳残留强度较低，可以应用的方法有：减少型壳的里外层次的数量选择使用粘接强度大但粘度低的粘结剂。提高加固层的撒砂粒度。④科学控制型壳焙烧温度，并添加乳胶等附加剂于制壳涂料中，以充分提升型壳的溃散性和透气性。
2铝合金熔模铸件技术的发展趋势
随着现代工业对铝合金铸件的技术要求越来越高，铸造新技术在尺寸精确性、表面质量和内部冶金质量方面得到了充分的发展，铸件表面粗糙度可以控制Ra在0.8～3.2μm之间，因此在制造大型、薄壁、复杂铝合金铸件技术会不断取得进步。薄壁的大型铝合金精密铸件的壁厚要求小于2mm，且铸件外廓尺寸要求大于500 mm，尺寸误差是±0.125 mm/25 mm，如下图1所示，这些大型铝合金铸件在大型电子设备框架、壳体上得到了广泛应用。由机等大型设备的结果设计越来越复杂，因此未来铝合金铸件将向形状复杂和结构复杂化方向发展，对于铝合金熔模铸件应用的工艺会有更高的要求。
3结束语
近几年来，工业发达国家铝合金熔模铸造技术均得到了迅速的发展，高强度、高性能铝合金铸件推进了熔模铸造技术的深层次的开发和应用。本文对铝合金熔模铸造技术进行了详细的探讨，希望能对铝合金熔模铸造技术的应用推广起到作用。
参考文献：
[关键词]CAE；压铸模具；设计
中图分类号：TG699 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0242-01
1 引言
随着生产力的发展，模具工业己成为国民经济中的重要基础工业之一。压铸制品广泛用于汽车、航空、摩托、机床和造船等制造业，因此对压铸模具质量与设计制造效率的要求越来越高。传统的模具设计和制造方式，主要是依赖设计人员和工艺人员的经验。模具设计是否合理、制品有无缺陷都只有通过试模才能知道。CAE技术能在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟，预测设计中潜在的缺陷，帮助设计人员修改和优化设计方案，能显著缩短塑料模具设计周期，提高产品质量，并极大地降低生产成本。
2 CAE技术
CAE 技术是通过计算机模拟对工程和产品进行全面分析的综合型计算机技术，通过计算机模拟CAE 技术可以发现工程和产品存在的设计缺陷，通过不断地改进与优化实现工程和产品性能的提升和成本的控制，在提高工程和产品功能性的基础上，提高其可靠性和适用性。
PROCAST软件就是典型的压铸件CAE 技术的应用，该软件可以模拟整个压铸过程对压铸成型产品的影响。它主要包括缩孔预测、裂纹与变形预测 、裹气预测、冷隔及浇不足的预测、压铸模寿命预测等模块， 通过模拟与分析可以判断模具结构的合理性和成型工艺参数的适宜性。由此得出工艺方案与有关参数以及模具结构对制件质量的影响，从而达到优化模具结构与工艺参数的目的。PROCAST软件的基本模块如下：
（1）热分析模块
本模块进行传热计算并包括Procast的所有前后处理功能。传热包括传导、对流和辐射。Procast的前处理用于设定各种初始和边界条件，可以准确设定所有已知的铸造工艺的边界和初始条件。Procast的后处理可以显示温度、压力和速度场，但又同时可以将这些信息与应力和变形同时显示。
（2） 流体分析模块
流体分析模块可以模拟所有包括充型在内的液体和固体流动的效应。Procast通过流动方程对流体流动和传热进行耦合计算来模拟压铸过程。
（3） 应力分析模块
本模块可以进行完整的热场、流场和应力的耦合计算，可以显示由于铸件变形而产生的铸件和模具的间隙，并进一步确定由于这种间隙的出现而影响的铸件冷却时间和模具中产生的热节。
（4） 辐射分析模块
本模块专用于满足铸铁、铸钢件生产的需要。能够定性和定量地计算固相的转变。通过微观组织模型计算各相如奥氏体、铁素体、渗炭体和珠光体的成分以及相应的潜热释放。
（5） 网格生成模块Meshcast
Meshcast自动产生有限元网格。这个模块与CAD软件的连接是天衣无缝的。它可以读入标准的CAD文件格式如IGES、Step、STL或者Parsolids。同时，MeshcastTM同时拥有独一无二的其它性能，例如初级CAD工具、高级修复工具、不一致网格的生成和壳型网格的生成等。
（6） 反向求解模块
本模块适用于科研或高级模拟计算之用，通过反算求解确定边界条件和材料的热物理性能。有时模拟计算对这些数据有更高的精度要求，这时反算求解可以利用实际的测试温度数据来确定边界条件和材料的热物理性能。
3 CAE技术在注塑模具设计中的应用
3.1 缩孔预测
收缩缺陷在铸造缺陷中占很大比例。缩孔产生的原因是由于凝固收缩过程中液体不能有效地从充型系统和冒口得到补缩造成的缩松由于冒口补缩不足而导致了很大的内部收缩缺陷。通过使用可以确认封闭液体的位置，并使用特殊的判据来确定缩孔缩松是否会在这些敏感区域内发生，还可以计算出缩孔缩松有关的补缩长度。在砂铸中，可以优化冒口的位置和大小和绝热保温冒口的使用。在压铸中， PROCAST软件可以详细准确计算模型中的热节、冷却加热通道的位置和大小以及溢流口的位置。
3.2 裂纹与变形预测
压铸在凝固过程中容易产生热裂，以及冷却过程中也会产生裂纹。利用PROCAST软件的热应力分析，可以模拟凝固和随后冷却过程中产生的裂纹部位，通过模拟提出新的设计方案，在未投入制造前将潜在的缺陷降到最低。
3.3 裹气预测
金属液在充型过程中可能会受阻而将气泡和氧化夹杂物带入铸件中，从而会影响铸件的机械性能。CAE软件能够能够清楚地显示紊流的存在及流动方向，并对其进行跟踪。从而达到直接监视裹气的运行轨迹，为设计合理的浇注系统和溢流孔的位置提供了可靠的依据。
3.4 冷隔及浇不足的预测
选取不当的工艺参数如浇速过慢、型腔过冷、金属液温度过低等都会在充型成型过程中导致缺陷的产生。通过传热和流动的耦合计算，可以准确得到充型过程中的液体温度的变化情况。通过CAE软件可以预测这些铸造充型过程中发生的问题，并随后便可快速地制定和验证相应的改进方案。
3.5 压铸模寿命预测
热循环疲劳会降低压铸模的使用寿命。CAE软件能够预测压铸模中的应力周期和最大抗压应力，结合与之相应的温度场便可准确预测模具的关键部位温度变化周期和区间，进而优化设计以延长压铸模的使用寿命。
4 CAE技术分析模具的步骤
4.1建立有限元模型
首先要将应用CAD 技术建立的几何模型从通用的参数化CAD 软件输出到CAE 软件中，设定有限元网格形状、密度、边界条件等相关信息后，将模型进行网格化处理，建立起可用于分析的有限元模型。
4.2 模流分析
CAE 软件在对应用CAD 技术建立的几何模型有限元网格化处理后，输入铸件名称、牌号和成型过程中所需要的工艺参数后，对铸件模拟充型过程及凝固过程，也可以精确地计算冷却或加热通道的位置。CAE 分析软件就能给出铸件缩孔预测、裂纹变形预测、裹气预测等信息
4.3 模具的优化
根据CAE 软件的分析结果，发现铸件模具浇注系统、冷却系统等设计中存在的缺陷与不足，根据分析结果对模具进行相应修改后，再应用CAE 技术重新进行分析，并最终优化设计出合适的流道、浇口、冷却水道等设计方案。
5 结束语
压铸模具设计是一个复杂的过程，传统的方式会出现设计周期长、成本较高等一系列问题，CAE 技术可以通过模拟来实现对压铸模具设计优化设计，实现对不同方案的快速分析，达到对压铸模具设计问题的及时纠正。CAE 技术实现了模具设计成本的降低和工作效率的提高。
作者简介
从7月14日至8月3日在XX独立拜访，主要是回访以前的一些意向客户。主要有下面这些：
XX水暖器材有限公司
中小型企业，员工总数约100人。新建厂房，目前以生产软管为主，计划明年8月筹建重力铸造项目。希望我方能附带模具开发。目前公司主要生产软管和一些水暖附件，有计划明年上铸造项目，开发龙头新产品。现阶段正在考察各方面的因素。其目前关注的是自身各方面条件是否能达到铸造项目要求，以及我司的各方面服务。销售措施：不间断拜访，及时解除客户各方面担忧，为客户提供技术和工艺指导，帮助其成功筹建重铸项目。
路达阀门有限公司
目前没有具体计划筹建重力铸造项目，只是了解其工艺和技术要素。以后可能会向这方面发展。饶厂长对我们反映主要是价格太高。主要原因还是不了解铸造。其新厂房在龙溪阀门工业区，有计划投入铸造这一块。
依斯特阀门有限公司
目前还是在观望阶段，希望在XX看到我们的设备。然后再计划筹备项目。现在公司主要生产阀门，顺带给客户做些龙头，但反映较好。于是就计划研发龙头系列产品。研发已经开始，10月份的时侯会来我公司参观考察。
凯达铜业有限公司
公司规模为中小型，员工总数200人左右。目前采用工艺为压铸和翻砂铸造。有计划更换电炉，但目前当地变电所输送功率太小，无法满足工厂用电，每周停电2次。主要生产锁具配件和门把手等。现在正在跟其客户谈一个新项目，本产品业务稳定，考虑明年上铸造项目，现在用的是高压铸造，主要生产的是锁具配件，但有加工其他铜产品。
鼎盛水暖器材有限公司
企业属中小型，员工总数约200人。目前主要工艺为红冲锻压，也有部分采用翻砂铸造。（约占15%）主要做贴牌加工，花样多，批量少。受业务量限制，铸造项目目前短期不列为日程计划。现在考虑我们提供的方案，开模具手工浇铸。因产品品种烦杂，量很少，且单一产品业务不稳定，所以现在只是等待。
浙江永和洁具有限公司（台州永和阀门有限公司）
大型集团公司，下设有：永和阀门、永和铜业、永和水暖三个厂。员工总数1000以上。以前有铸造车间，所用设备是国产，因技术不完善而搁置，后来成本太高而放弃使用。现在所有铸造产品都采用外加工。近1～2年不考虑上铸造项目，因为目前应总主要关心的还是阀门这一块，最近又在打开美国市场，无暇搞这些事。以前铸造车间搞失败了，所以不敢轻易再尝试。主要也因为铸造业务量小，产品不稳定。
恒达阀门厂
企业属中小型，员工总数约200人。现采用翻砂工艺，厂房正在扩建。对我们设备和铸造都有兴趣，但目前因产品品种杂，量少，不稳定。所以项目暂时搁浅。项目启动再到我公司考察。
爱迪西铜业
大型企业，员工总数约600人。厂房目前正在新建。在上海平湖区正投资建水龙头生产基地。有计划采用重力铸造，但目前还处于观望期。现有生产工艺主要是红冲锻压。基本没有用到重力铸造。最近在搞一个软管生产车间，平湖那边的厂房还没完工。那边搞好了，需要我们重力铸造设备时会具体考察我公司的。
浙江益明阀门有限公司
中型企业，员工总数300人左右。目前拥有1条重铸生产线，全部是国产老式设备，大部分已经老化，有计划增设和更换新设备。目前正在试验阶段，用手工硬模浇铸。估计10月份左右就会有相关日程计划。
双林阀门制造厂
企业规模中小型，员工总数约200人。所有产品出口，拥有“双林”品牌。对品质和公司形象非常关注，拥有良好的企业理念和企业文化。有计划扩大规模。现在主要工艺是红冲锻压。铸造产品很少，一般采取外加工。短期内没有日程计划上铸造项目，但对此项目很有兴趣。因目前业务量不大，而且时机也未成熟。因今年在干江工业区购得一块地皮，明年计划搬迁并扩大规模。届时会考虑上铸造项目。
XX东海岸金属制品有限公司
目前采用手工硬模和翻砂铸造，因这两种方式对铜质要求不高。听说其他公司上这个项目都不成功，于是目前不敢贸然上这个项目。主要考虑材料成本问题，现生产的产品主要是中低档，材料是劣质锌铜合金。业务来源OEM。今年无计划投入这项目。
康意洁具有限公司
现用一套“韩标”设备在生产，但目前只有部分产品能用设备生产，还有部分用手工硬模浇铸。设备使用率很低。本来计划今年8月新建厂房，扩大规模增添设备。后因某些原因推迟到明年。
胜泰五金卫材有限公司
之前与我们有过合作，但由于某些原因中途终止了，造成一定负面影响。不过他们采购经理刘勇先生对我们的设备还是很感兴趣，再次与总经理磋商购买我们的设备。如果老板同意，将直接按照以前的方案来完成交易。估计需要以下设备：铸造机，砂芯机，切割机，混砂机。
世进法门有限公司
中型企业，员工总数约500人。目前主要采用红冲锻压（约占70％），铸造少量（约30％）。铸造采用的是翻砂铸造。有计划投资重力铸造。现已对其保价，估计本周六或周日（8月11日）来我公司参观考察。
XX主要走访了集中在城关到清港路段的工业园区，其中具体包括有清港、楚门、机电工业园、汽摩工业园、坎门科技工业园等地，一共有142家企业。其中生产阀门的一共有86家；生产龙头等洁具配件的企业一共有31家；生产其他铜铝锌等产品的有25家。大约比例为3：1：1。其中目前在生产工艺上主要采用红冲锻压的有74家，主要采用铸造工艺的有24家，外购毛坯只作金加工的有21家，其它生产工艺（如压铸和拉铜棒等）有23家。大约比例为7：3：2：2。其中有些企业的部分产品需要铸造加工的有80家，约占总数的56.3％，这其中有54家是外加工的，而只有26家是自己加工的，大约比例是2：1。这26家企业中拥有重力铸造设备的仅10家，而采用翻砂铸造的有6家，大约比例是2：1。也就是说还有87％市场在等待我们开发。综合以上数据说明重力铸造设备在XX的市场潜力是非常可观的。
目前XX阀门生产厂家还是大多数，约占整个水暖行业的90％。而阀门一般的外形比较简单，所以引用红冲锻压工艺的比较多。红冲锻压只能对外形和构造上比较简单的产品加工，但其优点主要在于效率高和产品加工强度高。而重力铸造主要是针对外形和构造较复杂的产品加工，其优点在于表面光洁度和后续加工简单，而且所需人力少，占地面积小，综合资源浪费较少，但对铜质原料要求较高。翻砂铸造在工艺原理上和重力浇注大致一样，其一次性投入不高，但其铸造品质低，人力资源要求高，占地面积大，综合资源浪费较高，且污染环境。翻砂铸造的成本：黄铜加工2000～5000元/吨，青铜加工6000～10000元/吨。
8月3日同侯科一起从XX出发去温州瑞安市，当天我们去拜访“立信机电公司”的林总（侯科以前业务上朋友）。主要目的是希望通过林总的关系了解瑞安市场，以及合作开发市场。8月4日去龙湾区海城街道，有600多家水暖企业在此设立办事处，已成为中国三大水暖洁具市场之一。现正在规划兴建大规模水暖洁具生产基地，占地面积101.6公顷，预计明年正式建成投产。但是目前还是以手工作坊为主。我们走访了有“温州市凯泰洁具有限公司”、“乐泰洁具有限公司”、“欧伦洁具有限公司”三家较具规模的企业。给我们带来的信息也是明年在新工业区建成后，再考虑筹建重力铸造项目。我们现在所需要做的工作就是大力宣传铸造工艺和我们的设备。
经过这二次的实际走访，客户反映主要问题有以下几点：
一、模具
相当一部分客户希望我们能为其提供模具，包括模具的设计方案和技术支持。因为重铸工艺在XX仅少数几家。真正能把重铸操作好的更少。可以说它在XX是一种新型的生产工艺。然而模具直接严重影响生产效率和产品质量，进而也影响到我公司口碑。我们能否与XX当地“连法模具”公司合作，互相作为媒介宣传，进而更深层次合作？
二、价格
据我调查得知，一般国产设备仅几万元，与我门的设备价格悬殊太大，让客户望而却步。在XX做的较好的有意大利“伊姆乐”、韩国“韩标”、比我们稍贵，其他的都比我们要便宜。以电炉为例：“伊姆乐”40万左右，“韩标”35万左右。而XX本地也有生产电炉的，例如：新颖牌。他们虽然公司不大，但在XX乃至台州地区都有很多客户在使用。其价格很便宜，低于8万。而且还能承诺先使用3个月，再付款。保修期也是一年。
三、浇铸技术支持和服务
虽然重力铸造已经在欧洲普及，甚至已经革新到低压铸造了，但是在国内还仍有很多企业在沿用以前的翻砂工艺，根本不了解重力铸造，甚至有些企业并不认同重力铸造。客户不仅关注设备的操作与性能及维护上的技术支持，还希望我们为其提供铸造工艺技术支持。客户购买设备目的是提高生产效率和产品质量，从而来获得更多的经济效益。但是自身没有相关技术人才，导致有一部分公司买回的设备搁置，无法投入生产。因此，我们更重要的是推广重力铸造工艺。
关键词：铝合金；高压压铸；探讨解决的方法
导言
铝合金高压压铸成形的技术，是近代金属加工工艺中发展较快的一种少、无切削的特种铸造方法。它是将熔融金属在高压高速下充填铸型，并在高压下结晶凝固形成铸件的过程。
该工艺是在高温高压下成型，容易产生缺陷。现在我们就高压压铸出现的常见缺陷问题进行分析并探讨解决的方法。
一、冷隔问题
外观特征：压铸件外表有明显的、不规则的下陷线性纹理（有穿透与不穿透两种）形状细小而狭长，有时交代边缘光滑，在外力作用下有发展可能。
原因：两股或多股熔汤温度太低，相叠r有痕迹。金属结合力很薄弱。浇注温度或模具温度偏低。熔汤的流动性差。浇道位置不对或流动线路过长。填充速度低，排气不良。压射比压低。金属液在型腔内流动不顺畅。
解决办法：适当提高浇注温度，控制在640°-680°C（可根据产品及铝材调整），适当提高模具温度。提高压射比压，缩短填充时刻。压铸机调试过程中适当提高冲头的速度，同时加大内浇口截面积。改善排气填充条件。选用合适的合金，提高金属液的流动性。完善金属液在型腔内流动顺畅。检查壁厚是否太薄（设计或制造），较薄的区域应直接充填。检查形钍欠癫灰壮涮睢＞嗬胩远、封]区域（如鳍片、凸起）、被阻挡区域、圆角太小等均不易充填，如果出现这种情况可改变增加浇道补充冷隔区域。并注意是否有肋点或冷点。在冷隔区域增加渣包。加大排气或加真空b置可能有用。
二、裂痕问题
外观特征：压铸件外表有成直线状或不规则形狭小不一的纹理，在外力作用下有发展趋势。裂痕包括：冷裂和热裂。冷裂：开裂处金属没被氧化。热裂：开裂处金属被氧化。
原因：合金成分出现问题，下降了合金的可塑性。模具温度过低。铸件壁厚有剧烈变化之处，收缩受阻，收缩应力。留模时间过长，应力大。顶出时受力不均。
解决办法：正确控制合金成分。改变铸件布局，加大圆角，加大脱模斜度，减少壁厚差，变更或增加顶针，使顶出受力均匀。检查模具是否有错位、变形，缩短开模或抽芯时刻。控制模具温度（模具工作温度130°C-200°C）。增加或缩短合模rg。
三、气孔问题
外观特征：针孔状或大些许的气孔发生在铸件中，铸件经过机加工后外露；或者气孔在密封要求高的地方，经过试漏机加压往往出现泄漏的现象。气孔一般表面比较光滑，呈圆形或椭圆形，有时孤立存在，有时簇集在一起。可分氢气气孔、卷气气孔。
原因：（1）氢气气孔的形成：氢气气孔微小，形如针状，且均匀分布，零件表面加工后才能观察到。由于压铸件壁薄，金属液凝固速度快，有时氢气气孔肉眼难以观察到。水蒸气是氢气最主要的来源，可能来自炉气、熔炼工具、铝锭/回收件、油污染机加工屑和湿精炼剂等。（2）卷气气孔的形成：卷气气孔呈圆形，内部干净，表面比较光滑且具有光泽，卷气有时单独存在，有时簇集在一起。卷气一般发生在冲头系统、浇道系统和型腔内。
解决办法：（1）对于氢气气孔的形成的解决办法：用GBF除气除渣装置进行精炼；检查离型剂是否喷太多， 离型剂的浓度是否在合适的范围。（2）对于卷气气孔的形成的解决办法：压铸机调试过程中选择适当的慢速，检查流道转弯是否A滑，截面积是否渐减。检查排气面积是否够大，是否有被阻塞，位置是否位于最后充填的地方，改善排气。模温是否太低。使用抽真空的方法能有效地排掉进入型腔中的气体。
四、缩孔的问题
外观特征：发生在铸件表面下面的较大的气孔。有时肉眼能看到，有时要通过X光机检测。
原因：由于金属熔体充型后，由液相转变成固相时必然存在的相变收缩。压铸件的凝固特点是从外向内冷却，当铸件局部壁厚较大时，内部必然产生缩孔缩松问题。简单地说产品比较厚的位置，由于温度高，冷却比较慢而形成的下陷气孔。
解决办法：产品比较厚的位置减料。压铸机调试过程增加毫Α8谋淠＞呶露龋局部增加冷却、喷离型剂、降低模温。如果缩孔位置在浇道方向，可新增浇道直接进行补缩。采用挤压工艺，新增挤压销，当缩孔位置在半固态的时候强行挤压补缩。
五、变形问题
外观特征：压铸件几何形状与图纸不符，全体变形或部分变形，造成产品关键部位尺寸公差不符合图纸要求。
原因：铸件布局设计不良，引起收缩不均匀。开模过早，铸件刚性不行。扣模变形。顶杆设置不合理，顶出时受力不均匀。去掉浇口办法不妥。产品在外力作用下会变形，比如说表面抛丸，喷砂，或不小心的摔打，敲击都会造成变形。
解决办法：改善铸件布局。调整开模时间。合理设置顶杆位置和数量。挑选合理的去掉浇口办法。加大拔模斜度消除拉伤的位置。检查是否由于表面抛丸，喷砂，或不小心的摔打，敲击都会造成变形。
六、毛边问题
外观特征：产品外观产生薄薄的片状多余料。
原因：锁模力不足。 模具合模不良。模具强度不足，产生下陷，熔汤温度太高。没有吹干净模具，合模过程中，模具被余料压陷。
解决办法：检查机台的锁模力。检查模具的合模情况，模具是否被压陷。检查模具材料是否合符要求。检查压铸机调试过程中是否铸造压力过大。熔汤温度控制在740°C-780°C。
七、模具冲蚀、龟裂问题
外观特征：模具烧伤，冲蚀严重。产品出现网状发丝一样凸起或洼陷的痕迹，随压铸次数增加而不得扩大和延伸。
原因：填充速度过高，冲击模具，造成模具损伤龟裂。
解决办法：检查压射比，冲头截面积与内浇口截面积一般控制在13-16倍，如果出现过高就要增加内浇口的宽度与厚度。检查模具材料是否符合规定。检查模具是否已经到达设计寿命，如果到达则更换模具。另外还可以通过做披覆工艺，对模具局部的冲蚀严重的位置做特殊处理。压铸机调试过程中，适当降低冲头的高速速度。
八、波纹问题
外观特征：产品局部组织不同，有明显的波纹。
原因：第一层熔烫在表面急速冷却，第二层熔汤流过未能将第一层熔解，却又有足够的融合，造成组织不同。
解决办法：改善充填模式，缩短充填时间。
九、粘模问题
外观特征：产品整体或局部黏在模具型腔内不能出模，其中又分黏动模和粘定模。
原因：产品出模斜度不够，顶出出现问题，模具局部温度过高。
解决办法：加大产品的拔模角。模具新增加冷却，压铸过程中局部增加喷涂补水，降低模具温。模具增加顶杆。粘定模的可考虑新增定模顶杆机构，还可以在动模中增加倒扣。
十、积碳问题
外观特征：压铸件外表呈现不同于基体金属颜色的斑点
原因：离型剂或其他杂质积附在模具上
解决办法：减少离型剂喷洒量，升高模温，选择适合的离型剂，使用软水稀释离型剂。
十一、脱皮问题
外观特征：压铸件发黑、脱皮
原因：充填模式不良，造成熔汤重叠. 模具变形， 夹杂氧化层.
解决办法：提早切换为高速， 缩短充填r间改变充填模式，浇口位置，浇口速度。检查模具强度是否足够。 检查是否夹杂氧化曾。
十二、欠铸问题
外观特征：压铸件外表有填充缺乏部位或轮廓不清
原因：金属液吸气、氧化夹杂物，含铁量高，使其质量差而下降流动性。浇注温度低或模具温度低。压射比压过低。卷入气体过多，型腔的背压变高，充性受阻。操作不良，喷涂料、注射油过多，涂料、压射油堆积，气体挥发不出去。
解决办法：提高金属液质量。提高浇注温度或模具温度。提高压铸射比压和填充速度。改善浇注系统金属液的导流办法，在欠铸部位增开溢流槽、排气槽。正确的压铸操作。
十三、总结
铝合金压铸是压铸生产的要素之一，要生产优良的压铸件，除了要有合理的零件构造、设计完善的压铸模和工艺性能优越的压铸机外，还需要有性能良好的合金。以上内容是本人结合现场生产经验得出的见解，希望能给初入行的读者带来帮助。■
【关键词】铸钢；消失模；微合金；热处理
各种工程、采矿、掘进等机械用耐冲击、耐磨耗材是在采掘作业中磨损最严重的零件，因而属于一种用量大、消耗快的易损件。目前各工矿企业大多仍采用采用高锰钢系列材料作为耐磨耗材，由于其在复杂的作业环境中中直接与矿石、砂土、岩石等接触，工作条件十分恶劣，导致使用寿命短，更换频繁，高锰钢在耐冲击、耐磨方面的表现并不尽如人意。因此，急需开发一种新的耐冲击、耐磨铸钢件制造工艺，以减少金属磨损、维护成本，提高经济效益。
1 优化材料结构设计
从工矿企业用高冲击韧度耐磨铸钢件的失效形式可以看出，有的零件没有磨损多少，就发生断裂，造成断裂的原因除了跟材料本身的质量有关系外，还跟铸钢件的设计结构有很大关系。拿挖掘机斗齿举例，斗齿结构主要包括斗齿的安装角度、斗齿形状等。因此在安装和设计斗齿时，要根据具体的工作环境选用不同形状的斗齿和安装角度，这样才可以最大限度的提高挖掘机的工作效率。例如，针对矿山类挖掘设计斗齿时，应当设计安装角度小，截面较厚，长度较短的斗齿，目的是提高斗齿的冲击韧度，使之在作业过程中不发生断裂。对于主要进行沙土类挖掘选用斗齿时，由于斗齿不会受到较大的冲击载荷，因此可以选用安装角度大、截面较薄、齿形较扁长的斗齿，有利于沙土的挖掘效率。近年来，根据不同的工况开发出了一系列斗齿结构，如A型、C型、P型、F型和H型等，总而言之，在斗齿材料质量一定的情况下，通过优化设计斗齿结构，可以提高斗齿的强度和使用寿命。
2 合理选择熔铸材料
目前广泛应用的耐磨材料主要有三大类：（1）高锰钢，（2）低中合金耐磨钢，（3）高铬铸铁。根据耐磨铸钢件的失效形式，选用的材料要具有较高的强度、硬度以及良好的韧性配合。为了克服高锰钢在低冲击载荷条件下耐磨性差，在低冲击应力的工况工作时，存在屈服强度低，易折断等缺点。各国在高锰钢的强韧化方面做了大量工作，国内外广泛开展了替代材料的研究开发。
近年来，通过分析影响高强度耐磨铸钢的强韧性、淬透性、淬硬性和耐磨性的相关因素，成功开发了微合金高强度耐磨铸钢（含碳量一般在0.15%～0.29%之间，以保证材料有足够的硬度），该种合金已成功应用于生产实践中，并取得了显著的性价比。
微合金高强度耐磨铸钢是以硅、锰为基础，通过添加合金元素Cr、Mo、V、Nb、W、Ti、N、稀土等以及其它微量元素而发展起来的。该材料性能优良、适应性强，主要用于高冲击韧度耐磨铸件的生产。其合金系统由成分简单的单一锰系、硅系、铬系、铬锰系到成分复杂的铬、锰、硅、钼、其他微量元素的多元复合系统。微合金高强度耐磨铸钢具有较好的强韧性，低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，研究结果表明，实践表明微合金高强度耐磨铸钢制造的斗齿具有高的硬度、强度和优良的韧性、焊接性。
3 采用消失模铸造工艺
消失模铸造也称熔模铸造，是采用泡沫模型代替金属或木模，造型后模样不取出，得到一个实体型腔与铸件形状完全相似的泡沫模型镶在型腔内，形成“实型”型腔，而不是传统的“空腔”型腔，经浇注、落砂、清理后得到一个高精度的铸件。用消失模铸造工艺来生产铸钢件，和普通的砂型铸件相比，在铸件的表面粗糙度和尺寸精度，以及消除某些铸造缺陷方面，都有其优越性。已被国内外铸造界誉为“21世纪的铸造方法”、“铸造的绿色工程”。消失模铸造的主要优点：
（1）铸件精度高，消失模铸造是一种加工余量小，精确成形的新工艺，该工艺无需取出木样，无分型面，无砂芯，因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度，并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。
（2）设计灵活，为铸件结构设计提供了充分的自由度。原先分为几个零件装配而成的结构，可以通过由几个泡沫塑料模黏合后铸造而成。原先需要加工形成的孔、槽可以不用砂芯而直接铸造出来，大大节约了机械加工，制造成本和清砂处理。
（3）无传统铸造中的砂芯，采用干砂充填紧实，靠干砂的流动充填模样的空腔形成铸件的内腔及孔。对于内腔复杂的铸件可将泡沫塑料模样分成几个预发泡成形，然后粘接成整体模样。因此，不会出现传统砂型铸造中因砂芯尺寸不准确或下芯位置不准确等原因而造成废品。
4 优化热处理工艺
合理的设计、正确的选材如果没有恰当的热处理工艺保证，也会使高强度耐磨铸钢件过早失效。选择合理的热处理工艺对高强度耐磨铸钢件的使用寿命有较大的影响。如热处理工艺中针对不同材料的性能要求选择合适的方法（如普通热处理、表面热处理、形变热处理、真空热处理等）、工艺参数等，这样才能使铸钢件在保证不发生断裂的前提下获得最好的耐磨性。如采用高温同溶预处理球化退火对低碳低合金钢铸件进行预先热处理，其工艺为：随炉至700℃×lh～1050℃X5h随炉冷至880℃出炉空冷。再经不同温度的淬火和回火（淬火回火工艺为：920℃保温15s水淬。220℃回火35s）。磨损实验结果表明：微合金高强度耐磨铸钢件的使用寿命高于高锰钢，与进口的国外材料相当。
5 对斗齿表面进行强化处理
微合金高强度耐磨铸钢件本身具有很高的强韧性，再通过对其表面进行表面强化技术，既使铸钢件材料具有高的耐磨性，而且具有良好的塑韧性。目前常采用的表面强化技术主要有锤击、喷丸、炸药爆炸、堆焊等方法。
【关键词】铝合金；铸造；仿真
随着计算机技术的迅猛发展，铸造工艺优化方面的数值模拟软件愈发成熟，相对传统的以工程师经验为指导的铸造工艺，利用ProCAST等铸造仿真软件对铝合金铸件的铸造过程进行仿真，可以有效提高铸件的生产效率，通过仿真模拟可以对形状复杂且质量要求较高的零件进行铸造生产前的工艺优化，筛选出最优工艺方案，大大缩短了铸造工艺的研发周期，节约了优化工艺的前期成本，并提高了铸件的质量。
本文用美国 UES公司的铸造模拟软件ProCAST对常用于汽车零部件制造的A356铝合金铸造过程进行了仿真研究，通过对铸件充型过程以及凝固过程的模拟，为铸件的设计改进提供了依据。
1 铸造缺陷类型分析
在铝合金的铸造过程中，常见的铸造缺陷与问题有五种，分为缩孔、裹气、裂纹、冲砂、冷隔及浇不足，具体特征及解决方法如下。
1.1 缩孔
缩孔是铸造过程中较为常见的缺陷，往往是由于铸件在浇注过程中无法及时得到补缩而形成的，利用ProCAST可以通过模拟封闭的金属液空穴而精确的预测缩孔的位置，并可以通过调整浇注系统和冒口的位置及尺寸，有效避免或减少缩孔现象的发生。
1.2 裹气
裹气是由于在填充过程中，金属液体受阻而产生气泡，利用ProCAST软件可以对这些气泡位置进行追踪，确定气泡最终的位置，并可预测缺陷的形状，通过安排合理的排气孔等手段，可有效解决裹气问题。
1.3 裂纹
铸件在逐渐冷却的过程中由于热应力的存在容易产生裂纹，利用ProCAST的热应力分析模块，可以很好的模拟凝固过程、冷却过程，在投入生产应用前，通过对模具型腔以及铸件系统的优化，有效避免裂纹的产生，节约试制成本。
1.4 浇不足
浇不足的情况往往是由于工艺参数设置不当引起的，比如型腔没有充分预热，金属液的温度较低，浇注的速度过慢等均会导致浇不足的现象，利用ProCAST对浇注过程进行热分析、浇注速度分析、压力分析以及ProCAST特有的粒子追踪功能，可以确定最优的工艺参数，避免浇不足的发生。
2 铸件模型建立
汽车用铝合金部件对铸造材料以及表面质量、强度等有较高的要求，按照现有标准，铸件内部要求组织致密度高，不应有缩孔，表面不允许有冷隔，浇不足等缺陷，为了便于数值模拟，在本文中对零件的结构进行了简化处理，采取砂型重力T造的形式对其充型过程及凝固过程进行仿真研究。
3 仿真过程
采用ProCAST软件对充型过程及凝固过程进行评价，本次模拟对象的铸件材料为A356 铝合金，其热物性参数来自ProCAST数据库，冷铁材料为steel_H13-STRESS， 上下模为室温20℃，铸件浇注温度为700℃，冷却方式为空冷，重力参数为9.8。
在CAD软件如Pro/E、UG等中建好模型，并导入MeshCAST进行网格划分，首先对模型进行表面网格划分，之后进行了体网格划分，共计47521个单元。导入ProCAST进行各种参数的设置，设置界面交换系数，边界条件等，然后用ProCAST模块进行数值模拟计算，具体模拟流程如图1所示。
4 模拟结果分析
通过对模拟结果进行分析发现在浇注的过程中存在着浇不足问题，不能满足该铸件的使用要求，因此在此基础上对铸件系统进行了调整，在拐弯处两侧增加了冷铁如图2所示，在其他参数不变的情况下，再次进行模拟计算，结果表明，改善后的结构使铸件的质量明显提高，解决了浇不足的问题。
5 结论
1）通过利用ProCAST对浇注过程模拟，发现现有的砂型结构由于存在着明显的拐角，会产生浇不足的现象，通过增加冷铁，加速该部分金属液的冷却速度可以有效改善铸件的质量。
2）对浇注过程中缺陷问题的仿真模拟，说明了ProCAST软件在铝合金件铸造工艺优化仿真的实用性，利用ProCAST软件能够有效的预判生产中可能会出现的问题，大大缩短产品的研发周期。
6 致谢
本研究得到浙江省教育厅科研项目（ZC200803100）的支持。
【参考文献】
