銅合金防臭地漏是建材行業(yè)中常用的起密閉下水管道作用的小型壓鑄件，質(zhì)量輕、價(jià)格低廉。隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)此類產(chǎn)品的需求量日益增大，但由于部分廠家的壓鑄工藝不合理，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中常出現(xiàn)裹氣、氧化物夾雜等壓鑄缺陷，影響了產(chǎn)品的表面質(zhì)量和使用性能?，F(xiàn)在對(duì)銅合金防臭地漏壓鑄件進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，采用流體動(dòng)力學(xué)軟件Flow3D對(duì)其壓鑄成形工藝進(jìn)行數(shù)值模擬，分析各澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，以期較終得到適合該產(chǎn)品壓鑄生產(chǎn)的較合理的工藝方案，進(jìn)一步提高銅合金防臭地漏的產(chǎn)品質(zhì)量，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考。
2工藝分析及主要壓鑄工藝參數(shù)
2.1工藝分析
圖1所示為銅合金防臭地漏的壓鑄毛坯，重0.32kg，外形尺寸為100mmXl00mmX20mm，較小壁厚2mm，較大壁厚10mm，脫模斜度1.5度。從結(jié)構(gòu)上看，該零件屬于薄壁簡(jiǎn)單類零件，材料為YZC\12n40Pb，材料力學(xué)性能如下：σ大于等于300MPa，伸長(zhǎng)率δ≥6%，布氏硬度≥85HB。零件生產(chǎn)批量大，較適合采用壓鑄工藝生產(chǎn)。
2.2主要壓鑄工藝參數(shù)
(1)壓力和速度。根據(jù)該鑄件的壁厚、壓射比壓，壓力取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)80MPa。對(duì)于薄壁或表面質(zhì)量要求高以及形狀復(fù)雜的鑄件應(yīng)選擇較高的充填速度，現(xiàn)選取30m/s。
(2)溫度。根據(jù)該合金的液相線，取澆注溫度為1250K。模具溫度一般以金屬液凝固溫度的1／2為限，現(xiàn)選取623K。應(yīng)注意的是，在連續(xù)生產(chǎn)中，壓鑄模溫度往往升高，尤其是壓鑄高熔點(diǎn)合金時(shí)升高很快。而溫度過高除了會(huì)使液態(tài)金屬產(chǎn)生粘模外，鑄件冷卻緩慢，晶粒粗大。因此，在壓鑄模溫度過高時(shí)，應(yīng)采取冷卻措施，通常用壓縮空氣、水或化學(xué)介質(zhì)進(jìn)行冷卻。
(3)充填、保壓和開模時(shí)間。充填時(shí)間根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)和內(nèi)澆口的截面積確定為0.56～0.84s。保壓時(shí)間的長(zhǎng)短取決于鑄件的材質(zhì)和壁厚，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作出調(diào)整。開模時(shí)間按鑄件壁厚1mm需3s計(jì)算，取為18s。
(4)鎖模力計(jì)算。根據(jù)公式：
Fs≥K(Fz+FF)
式中：Fs_壓鑄機(jī)鎖模力，kN；Fz—_主脹形力，kN；FF-分脹形力，kN；K-安全系數(shù)，一般K-1.25?？纱_定鎖模力應(yīng)大于740kN。
3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬
3.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
壓注模的澆注系統(tǒng)是金屬液在壓力作用下填充型腔的通道，它由直流道、橫流道、內(nèi)澆口和余料等部分組成。按照金屬液進(jìn)入型腔的部位、內(nèi)澆口形狀等不同，設(shè)計(jì)了如圖2所示的3套方案。
3.2各方案的數(shù)值模擬
3.2.1方案1的模擬結(jié)果
由圖3(a)可見，金屬液充型完成時(shí)氧化缺陷主要存在于液體較后填充部位，即防臭地漏的圓形端部，方案1在圓形端部設(shè)置環(huán)形溢流槽可有效收集氧化夾雜，溢流槽設(shè)置比較合理。此外，由圖3(b)可見，充型完成時(shí)金屬液的溫度從1250K下降到1237K左右．溫度下降較少，溫度從方形法蘭面向上逐漸降低，溫度較低處位于金屬液較后填充的溢流槽附近，方形法蘭面的溫度分布比較均勻。
3.2.2方案2的模擬結(jié)果
由圖4(a)可見，方案2在金屬液充型完成時(shí)的氧化物缺陷相對(duì)較多，并且主要集中于內(nèi)澆口附近橫流道切線的背面，這主要是由于2道金屬液沖擊的部位易產(chǎn)生飛濺和裹氣造成的，此外方形法蘭面上也有少量夾雜物。圖4(b)的模擬結(jié)果顯示：充型完成時(shí)，金屬液溫度從1250K下降到1130K左右，溫度變化較大，溫度較低的位置位于方形法蘭的4個(gè)端部，因而方形法蘭面上易出現(xiàn)由熱應(yīng)力導(dǎo)致的微裂紋。
3.2.3方案3的模擬結(jié)果
由圖5(a)可見，方案3在金屬液充型完成時(shí)的氧化物缺陷主要集中在較后填充的方形法蘭邊緣的溢流槽附近，同時(shí)3道金屬液充填引起的飛濺明顯增多，且金屬液互相撞擊容易產(chǎn)生渦流、裹氣和夾雜等缺陷。圖5(b)顯示充型過程中金屬液溫度下降較大，從1250K下降到1100K左右，溫度較低的部位在分型面處。
3.3結(jié)果分析
通過采用Flow3D軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的3套澆注系統(tǒng)進(jìn)行氧化物缺陷和溫度場(chǎng)分布模擬，可以得到以下對(duì)比結(jié)果：
方案1：金屬液從法蘭外沿切線注入，另一端設(shè)溢流槽和排氣槽時(shí)，充填排氣條件良好，去除澆口和溢流槽方便，氧化物夾雜幾乎都進(jìn)入溢流槽，溢流槽位置設(shè)置比較合理，金屬液溫度下降較少，飛濺也比較少。
方案2：采用中心澆口，鑄件中間孔大，有條件設(shè)澆注系統(tǒng)，金屬液沿切線方向從型腔流向分型面，有利于排氣和熱平衡。但橫流道切線的背面為較后填充部位，氧化物夾雜比較多，溫度下降較多，金屬液的飛濺易引起裹氣、縮孔等缺陷。
方案3：采用中心澆口，氧化缺陷較少，但3道金屬液同時(shí)充填，互相撞擊很易引起飛濺、渦流、裹氣和夾雜等缺陷，金屬液溫度下降較大。
綜合比較上述3套澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案發(fā)現(xiàn)，采用方案1更為合理。廠家的生產(chǎn)檢驗(yàn)也表明，采用方案1壓鑄成型的銅合金防臭地漏表面質(zhì)量好，氧化物夾雜、裹氣等壓鑄缺陷明顯減少，產(chǎn)品性能得到提高。
4結(jié)束語(yǔ)
(1)在壓鑄模設(shè)計(jì)過程中充分利用CAD/CAE技術(shù)可縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率，有效減少試驗(yàn)次數(shù)，大幅降低企業(yè)的設(shè)計(jì)成本。
(2)采用方案1，即切線縫隙澆口，金屬液從法蘭外沿切線注入，另一端設(shè)溢流槽和排氣槽，充填排氣條件良好，夾雜物少，產(chǎn)品質(zhì)量好，是3套方案中較適合該產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝方案。