精诚工科汽车系统有限公司顺平精工铸造分公司河北保定072250
摘要：当前国内采用树脂砂实型铸造工艺生产的汽车模具铸件毛坯品质具有模样材料质量比较差，模样加工、检测手段比较落后，铸件的余量大多在8~16mm，造成机加工费时，将致密的铸造表层切削掉，使模具的硬度和耐磨性能减低等问题。而运用干砂负压工艺并采取先烧后浇、振动结晶等措施取代原有的树脂砂实型铸造工艺，铸造出了此套结构较复杂的模具铸件；经检测，铸件表面质量良好，尺寸精度达到CT7~CT8，加工区域无缺陷，亦没有出现增碳。
关键词：汽车模具；铸钢件；先烧后浇；振动结晶
1、汽车泡沫模样表面质量
以汽车覆盖件翻遍整形上下压件器模具泡沫模样为例，对比不同加工设备和加工工艺对其泡沫模样品质的影响，见表1。
由表2可知，采用无模铸造精密成形机加工，其泡沫模样的非加工面实测余量最大仅为+1.5mm，加工面实测余量波动仅为2mm。而采用普通数控加工机床加工，其泡沫模样的非加工面实测余量最大达到+3mm，加工面实测余量波动达到4mm。两者相比，后者尺寸精度提高一倍。
3、数值模拟优化铸造工艺
对上下压件器结构、尺寸进行分析后，采用顺序凝固方式的立式浇注系统﹙，进行铸件温度场的模拟。初步估计装上冒口、浇口杯后总体高度超过1500mm，故采用阶梯式浇注系统，在铸件高度上设置两层内浇道，浇注时金属液开始由下层内浇道引入钢水，在上升至一定高度后，由上层的内浇道引入钢水，这样不仅可以减轻金属液对型腔涂料层的冲击，让其平稳充型，又可以使型腔上部获得高温钢水，形成明显的温度梯度，提高冒口的补缩效果；其次由于金属液是自底而上进行充型，排气顺畅，一些夹杂物可以顺利上浮至冒口中，减少砂眼、渣气孔等缺陷。
依据铸钢件浇注系统及冒口设计相关经验，最终设计的直浇道截面积尺寸为30mm×40mm，横浇道截面积尺寸为40mm×40mm，下压件器大小冒口的尺寸分别为260mm×230mm×310mm，170mm×200mm×300mm；上压件器大小冒口尺寸分别为280mm×230mm×310mm，170mm×180mm×300mm；利用铸造模拟软件对下压件器铸造温度场进行模拟。
分析铸件背面凝固时间分布，可知重要型面部分的中部凝固时间较长，而处于冒口与重要型面部分的铸件凝固时间短于其下方的重要型面部分的凝固时间，正反两面均是如此。故可以推断位于中部颜色较浅的一部分在实际铸造中很有可能因先凝固而封闭冒口补缩通道，造成最终的缺陷。
分析铸件冒口补缩通道的剖面温度变化情况可知，当铸件凝固率在72.9%左右时，液相区与固相区已经完全隔离，中间部分的液相区无法得到冒口中液态金属的补缩，故该区域容易产生缩孔、缩松。
分析铸件开始出现孤立液相区的时刻可知，在固相凝固率约为70%时就开始出现了孤立液相区，而且尚未凝固的区域面积较大，几乎覆盖整个重要的型面部分，结合铸件最终预测的缩孔分布最终预测的缩松缩孔的位置可以看出，铸件在重要型面下方的区域极有可能出现缩孔、缩松。
根据分析，采用现有的工艺在重要型面出现集中缩孔的可能性很大。仔细分析该上压件器的结构发现，位于补缩冒口与重要型面间充当补缩通道的铸件区域正位于背部减重孔对应的区域，壁厚仅40mm，而重要型面壁厚最大的达到140mm，补缩通道显然不够。
基于上述分析，针对铸造工艺现状，在冒口与重点补缩区域中添加工艺补贴，实现扩大补缩通道、顺序凝固的目的。若在型面区域突出部分的上方加工艺补贴，补缩效果好但加工难度大，因此在背部减重孔中添加工艺补贴。根据加工艺补贴后的铸件凝固顺序可以看出，经过优化后的铸造工艺是按照顺序凝固的方式进行的。根据铸件补缩通道剖切面温度场的变化情况可以看出，补缩通道一直比较通畅，直到整体固相率达到96%时局部区域才开始出现孤立液相区，此时重要型面相关区域已经完全凝固。
结语：基于数值模拟优化后的铸造工艺、低表面粗糙度的铸件模样以及结合先烧后浇、振动结晶工艺，成功生产出了少无铸造缺陷冲压模具铸钢件，铸件表面质量优良，曲面光滑，轮廓清晰，加工后无缺陷；铸件尺寸精度较高，可以达到为CT7~CT8级。
参考文献：
[1]李旭升，胡玉昆，王海燕，米国发.连接筒的消失模铸造工艺设计及数值模拟[J].热加工工艺，2012，11：43-46.
[2]符坚，龙枚青，符寒光.球铁管件真空消失模壳型复合铸造工艺的研究[J].现代铸铁，2012，05：22-27.