镁合金汽车轮毂的铸造工艺设计及模拟成形

（a）轮毂三维图（b）模具型腔分解图

图1汽车轮毂的铸造模型

1.2模拟前处理设置

前置处理是对以组合好的组件进行前期处理，开始处理前同样要新建工程，此处的新建是从已经建好的工程库中提取文件，是对已有工程的再次检验，检验工艺卡编写是否合格以及STL组装是否合理。本设计中的组合体部件数量少、形状也较为简单所以采用均匀网格，大小为3mm。

铸造材料为AZ91D镁合金，计算中采用的镁合金液浇注温度为660℃，初始模具温度为400℃，浇注速度为

0.3m/s。

1.3计算分析

计算分析部分总共可以进行四个模块计算分别为纯凝固、纯流动、耦合、耦合+凝固，基于这四个模块运算得出

底清除残余溶体体积，轮毂重要加工面的残余溶体极有可陷分布状况。从图3（a）中可以看出熔体完全充满了型腔。

（a）充型25%（b）充型50%（c）充型75%（d）充型100%；

（e）凝固25%（f）凝固50%（g）凝固75%（h）凝固100%；

（i）残余溶体体积（i）残余溶体体积剖面

图2初设浇注体系的充型、凝固过程及缺陷分析

（a）充型100%（b）凝固25%（c）凝固50%（d）凝固75%；

（e）凝固100%（f）残余溶体体积（g）残余溶体体积剖面

图3补缩冒口增至2个体系的充型、凝固过程及缺陷分析

但在后期凝固的过程中，铸件从底部开始凝固，同时在铸件内部形成的晶核也开始长大，但冒口处的凝固较少（见图3（b）），这说明修改冒口后就明显避免了冒口先凝固，这样在后期生产制造中冒口就可以起到其补缩的作用。随着凝固进程的持续，铸件进一步凝固，但铸件的凝固顺序还是不合理的（见图3（c）~（e）），致使在铸件内部和边缘处形成了大量的缺陷，但其相比较仅设置1个冒口时，修改冒口后的残余溶体体积有所改善，发生缺陷的位置发生改变（见图3（f）和（g））。这是由于浇注系统设计的不够合理，使得铸件顺序凝固进程不佳。

2.3修改浇注系统后的模拟

修改后浇道为S直：S横：S内=1:2:2，因此：S直=10mm2，S横= 20mm2，S内=20mm2，此时浇铸系统为开放式浇注系统，轮毂浇铸充型中金属液面上升面与地面平行，比较理想。图4（a）为充型100%的结果，熔体已充满整个型腔。充型完

冒口数量增加至5个进行重新的模拟成型。模拟结果显示，熔体充型过程相对理想，能完全填充整个型腔（见图5（a）），同时其凝固过程实现了顺序凝固，铸件凝固效果较好（见图5（b）），所得铸件中未发现明显的缺陷区域，其原先出现在铸件顶部的3处熔体残余区转移至所加的冒口之中（见图5（c）和（d）），从而实现了铸件内部少缺陷、无缺陷的设计。

3结论

①通过对浇注系统的优化，采用开放式浇注系统可以调整轮毂铸件中的凝固顺序，保证顺序凝固，从而避免铸件内部缩孔等缺陷的出现。

②通过增加冒口数量，提升熔体补缩能力，从而消除铸件内部出现缺陷的可能性，当冒口数量增加至5个时，其效果较好。

图4修改浇注系统后体系的充型、凝固过程及缺陷分析

（a）充型100%（b）凝固100%（c）残余溶体体积（d）残余溶体体积剖面图5补缩冒口增至5个后的体系的充型、凝固过程及缺陷分析

（a）充型100%（b）凝固100%（c）残余溶体体积（d）残余溶体体积剖面