劉貴祥、肖榕

（1. 本田生產(chǎn)技術(shù)（中國(guó)）有限公司 510730；2. 東風(fēng)本田發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司 510700)

目前世界各國(guó)都已經(jīng)將CAE技術(shù)廣泛應(yīng)用到鑄造領(lǐng)域中，但是使用到壓鑄領(lǐng)域中的較少。本文分析了基于CAE技術(shù)的鋁合金汽車支架壓鑄件指向性凝固工藝，以此優(yōu)化汽車支架壓鑄件，促進(jìn)汽車工藝的持續(xù)發(fā)展。

1 壓鑄件結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的問題

壓鑄件的外形，主要使用ADC12合金，長(zhǎng)寬高分別為202.0 mm、150.0 mm、68.0 mm，壁厚度為1.2 mm。凸臺(tái)及筋板都具有大量特征，需使用臥式冷壓式壓鑄機(jī)進(jìn)行壓鑄。因?yàn)閴鸿T件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，若澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)問題，會(huì)因?yàn)榱鲃?dòng)及凝固指向不一致，出現(xiàn)縮松及冷隔等缺陷，對(duì)壓鑄件力學(xué)性能及外觀造成影響。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一旦出現(xiàn)以上情況，就要使用大量人力及物力對(duì)問題進(jìn)行解決，從而使產(chǎn)品生產(chǎn)周期變長(zhǎng)，增加成本[1]。

2 壓鑄件數(shù)值模擬及計(jì)算方程

在實(shí)現(xiàn)壓鑄件沖型數(shù)值模擬時(shí)，一般都會(huì)使用液體金屬，要求其能夠滿足以下方程需求。能量守恒方程公式如下。

其中λ指的是流體導(dǎo)熱率，T指的是溫度，Cp指的是流體的比熱容，p指的是密度，Q指的是內(nèi)熱源。

連續(xù)性方程公式如下。

其中v指的是流體速度的分量，t指的是時(shí)間。

對(duì)流熱交換方程公式如下。

3 基于CAE技術(shù)的鋁合金汽車支架壓鑄件工藝

3.1 模擬前期處理及參數(shù)設(shè)置

在本次基于CAE技術(shù)鋁合金汽車支架壓鑄件工藝中，鑄件材料使用ZY113Y鋁合金，長(zhǎng)度為310.0 mm，寬度為270.0 mm，高度為70.0 mm，隸屬中型壓鑄件。模具材料使用H13鋼，具體邊界條件為鑄件空冷，澆口處壓力為32 MPa，澆筑溫度660℃，模具預(yù)熱溫度設(shè)置在150±50℃，具體填充速度為10 m/s。

3.2 第一種方案

一般鑄造過程中的缺陷主要包括縮松、澆筑不足等，這都是在冷凝過程導(dǎo)致的。所以對(duì)凝固的規(guī)律進(jìn)行研究和認(rèn)知尤為重要，能對(duì)鑄件組織進(jìn)行改善，降低鑄造缺陷的發(fā)生率，使鑄件性能得到提高。如圖1所示為鑄件凝固的溫度場(chǎng)分布，因?yàn)槌尚?、壓鑄及充填的時(shí)間過程短，所以會(huì)在短時(shí)間內(nèi)凝固。通過圖1a和圖1b可以看出來，在凝固時(shí)間為0.5 s的時(shí)候，合金熔體在溢流槽及逐漸橫澆道中會(huì)逐漸的收縮凝固。在凝固時(shí)間為25.0 s的時(shí)候，液態(tài)會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，體積將會(huì)發(fā)生改變，而由于缺乏溢流槽的補(bǔ)縮，在這個(gè)地方就會(huì)形成縮孔，導(dǎo)致欠鑄情況的出現(xiàn)。如圖2所示，在鑄件的溢流槽部位存在著不同程度的縮孔縮松，說明溢流槽的位置設(shè)計(jì)較為合理。但與此同時(shí)，鑄件中大部位縮孔縮松依然十分明顯。

圖1 原方案鑄件溫度場(chǎng)分布及凝固時(shí)間

臺(tái)架搭建步驟：在臺(tái)架平臺(tái)上安裝發(fā)電機(jī)和支架；將試制完成的發(fā)電機(jī)按照裝備位置安裝到支架上；用皮帶連接發(fā)電機(jī)皮帶輪及拖動(dòng)電機(jī)帶輪；在皮帶輪處貼上反光貼紙（用于轉(zhuǎn)速傳感器上的紅外反射）；標(biāo)定各傳感器并安裝到相應(yīng)位置（如在溫度傳感器安裝、皮帶輪反光貼紙前安裝轉(zhuǎn)速傳感器等）；連接蓄電池正極與B+端，蓄電池負(fù)極連接發(fā)電機(jī)接地端；連接調(diào)節(jié)器與蓄電池。

發(fā)電機(jī)效率試驗(yàn)步驟：設(shè)定試驗(yàn)臺(tái)架環(huán)境箱工作溫度為25℃，啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架并開始發(fā)電機(jī)預(yù)熱，設(shè)定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 800 r/min，設(shè)置預(yù)熱時(shí)間為20 min，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為10 min。在數(shù)據(jù)采集過程中共采集30組數(shù)據(jù)（15組最大扭矩、15組最小扭矩及扭矩對(duì)應(yīng)得恒定電流和電壓）；再分別設(shè)定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為3 000 r/min、6 000 r/min及10 000 r/min。根據(jù)試驗(yàn)步驟進(jìn)行試驗(yàn)，并采集相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

4 結(jié)束語

通過對(duì)比有限元分析結(jié)果，增加永磁體后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面磁通密度分布比增加永磁體前更均勻，并且更小。通過對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，增加永磁體后，發(fā)電機(jī)的效率明顯提升。所以，同等外形尺寸的發(fā)電機(jī)，在改善轉(zhuǎn)子的磁通密度分布后，發(fā)電機(jī)效率會(huì)有改善，說明改變磁通密度對(duì)發(fā)電機(jī)效率是有影響的[7]。