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、價格低廉。隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，市場對此類產(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)在對銅合金防臭地漏壓鑄件進行工藝分析的基礎(chǔ)上，采用流體動力學(xué)軟件Flow3D對其壓鑄成形工藝進行數(shù)值模擬，分析各澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點，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，進一步提高銅合金防臭地漏的產(chǎn)品質(zhì)量，為實際生產(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)驗數(shù)據(jù)80MPa。對于薄壁或表面質(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，尤其是壓鑄高熔點合金時升高很快。而溫度過高除了會使液態(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，應(yīng)采取冷卻措施，通常用壓縮空氣、水或化學(xué)介質(zhì)進行冷卻。
(3)充填、保壓和開模時間。充填時間根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)和內(nèi)澆口的截面積確定為0.56～0.84s。保壓時間的長短取決于鑄件的材質(zhì)和壁厚，應(yīng)根據(jù)實際情況作出調(diào)整。開模時間按鑄件壁厚1mm需3s計算，取為18s。
(4)鎖模力計算。根據(jù)公式：
Fs≥K(Fz+FF)
式中：Fs_壓鑄機鎖模力，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)計與數(shù)值模擬
3.1澆注系統(tǒng)設(shè)計
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。按照金屬液進入型腔的部位、內(nèi)澆口形狀等不同，設(shè)計了如圖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的氧化物缺陷相對較多，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，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軟件對所設(shè)計的3套澆注系統(tǒng)進行氧化物缺陷和溫度場分布模擬，可以得到以下對比結(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，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)計方案發(fā)現(xiàn)，采用方案1更為合理。廠家的生產(chǎn)檢驗也表明，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
(1)在壓鑄模設(shè)計過程中充分利用CAD/CAE技術(shù)可縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計效率，有效減少試驗次數(shù)，大幅降低企業(yè)的設(shè)計成本。
(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。