（1.苏州中日兴通讯有限公司；2.帕盛博（苏州）软件科技有限公司）
摘 要：薄壁铸件的质量和铸件的表面处理密切相关。产品的表面电镀处理需要保证产品表面无质量缺陷，表面致密。本文通过使用FLOW-3D CAST软件模流分析，找出了气孔缺陷位置及发生原因，并进行了改善优化，减少卷气量，表面致密提高，后续表面处理改善。优化了生产工艺，减少了生产工序，提高了生产效率。
关键词：表面处理；FLOW-3D；气孔缺陷；工艺优化
Study on Mold Flow and Yield of Electroplating of Castings based on FLOW-3D CAST
Dajin Shi[1] , Jason Qu[2]
（1.SUZHOU SUNRISE COMMUNICATION CO.,LTD; 2.PSB Engineering（Suzhou）Co,Ltd）
Abstract: The quality of thin-walled die castings is closely related to the surface treatment of the products. The surface electroplating treatment of the products requires that the die castings have no porosity defects. Through FLOW-3D CAST filling simulation, the location of porosity was found out, and the optimized and improved scheme was achieved with low air entrainment, compact surface and good subsequent surface treatment. The production process is optimized, the process is reduced, and the production efficiency is improved.
Key Words: Surface Treatment; FLOW-3D; Porosity Defect; Process Optimization
压铸作为一种先进的有色合金精密零部件成形技术，适应了现代制造业中产品复杂化、精密化、轻量化、节能化、绿色化的要求，应用领域不断拓宽。然而，由于压铸高速、高压的特点，在实际生产中不可避免会出现各种缺陷，影响铸件品质，甚至让铸件报废，其中常见的缺陷为气孔。产生于铸件内部、表面或近表面，呈大小不等的圆形、长形及不规则形，内壁光滑。在生产实际中根据形状与生成原因不同，一般分为气孔、气泡、针孔、气缩孔等。气孔易导致铸件内部组织致密性低、附近易引起应力集中、机械性能下降，对于特殊用环境如耐腐蚀性、耐热性、气密性都会降低。皮下气孔容易存在于铸件表面以下1-3mm处，在铸态时不易被发现；但经热处理、表面处理、机械加工后会暴露出来。
气孔缺陷产生的原因十分复杂，不仅与铸型工艺相关，而且与铸造合金的性质、合金的熔炼、造型材料的性能等一系列因素有关。因此，分析铸件缺陷产生的原因时，要从具体情况出发，根据缺陷的特征、位置、采用工艺等因素，进行综合分析，然后采取相应的技术措施，防止和消除缺陷。而气孔是铸件中最常见的缺陷之一，解决好铸件的气孔问题对于铸件质量的提高有很大的意义。
本文以我司某型号锌合金医用轮椅控制器支架为例，通过FLOW-3D CAST软件模拟找出铸件产生缺陷的类型及位置，并与实际生产相对比，对出现气孔缺陷进行分析和解决，降低支架不良率，提升产品品质。
1 产品分析
（图1）是医用轮椅控制器支架铸件，以锌合金ZMAK5生产，其铸件外形尺寸为199.5mm×81.6mm×75mm，产品平均壁厚1.39mm。此支架壁厚不均匀，有一些部位是环形状，金属液充填时易发生卷气、紊流，导致该部位易出现气孔、缩孔。
图1 医用轮椅控制器支架
2 铸造压铸缺陷及原因分析
2.1 铸件压铸缺陷
该支架采用的是高压铸造，（图2）为初期设计的浇注系统。在批量生产中，有很多欠铸缺陷，电镀时也发现有很多因气孔导致的电镀不良，铸件不良率高达33.78%，严重影响了生产进度。
图2 浇注系统
2.2 原因分析
图3 支架卷气含量模拟分析结果
针对支架发生的缺陷，我们使用FLOW-3D CAST软件进行模流分析来查找缺陷位置及发生原因。充型时卷气结果见（图3）。结果显示，充填结束时有5处卷气含量很高，发生气体缺陷的风险很高。
图4 实际铸件气孔缺陷 图5 实际铸件欠铸缺陷
我们将模拟结果与实际产品发生缺陷位置对比，发现模拟与实际完全吻合（图3、4、5）。
缺陷产生的主要原因是模具浇注系统和集渣包设计不合理，浇口的分布影响充填时的排气，而且在金属液充填型腔时，最后的充填区域没有集渣包，气体无法排出，导致气孔产生，以及因气体阻碍导致的欠铸缺陷。
3 工艺措施
3.1 修改浇注系统和集渣包
由于铸件形状各有差异，就要用经验和实践去合理的分布浇口，让金属液合理填充，不困气、卷气。合理修改渣包位置及大小，使渣包能将最后填充处、金属液汇合处的气体排出，减少气体缺陷的发生。首先我们提出了两种优化改善方案，用FLOW-3D CAST软件进行模拟分析，选出最优方案，并进行生产验证。
图6 方案A浇注系统 图7 方案B浇注系统
方案A：调整浇口位置，使金属液合理平稳充填，并在渣包处增加排气阀，加强排气能力。
方案B：调整浇口位置，在铸件周边增加渣包数量，来容纳金属液充填时包裹的气体。
3.2 模流分析
对提出的这两种优化方案，我们使用FLOW-3D CAST软件来进行数值模拟，来提前预测金属液的流动形态、温度分布、卷气含量、氧化渣浓度等，在模具修改之前找出优化方案，减少试模成本和开发周期。
通过数值模拟分析发现，（图8）方案A与原方案对比，卷气含量大大减少。一些关键部位卷气也基本上消失；
图8 方案A 卷气分布模拟结果
图9 方案B 卷气分布模拟结果
（图9）方案B卷气有减少，产品两侧大大减少，但是在产品的上部和下部，发生卷气的风险非常大。
对比方案A和方案B，发现方案A充填效果更好，卷气含量低，表面致密，并且放置集渣包数量少，在产品生产制程上，可以有效减少工序，提高生产效率。
3.3 模拟与实际对比
按照方案A进行修改模具，生产出的产品（图10），气孔基本没有，表面致密，电镀良率大大提高。生产时的不良率由之前的33.78%降到了0.4%，生产效率也得到了很大的提高。
图10 方案A的实际生产验证品
4 结论
1) 利用FLOW-3D软件预测了气体产生位置并分析了产生原因，结果与实际生产情况相一致，铸件气孔及欠铸的原因主要是铸件浇注系统设置不合理，集渣包的集气性较差；
2) 利用软件进行优化与模拟，更改浇注位置，增加排气阀，卷气的风险降低，实际生产中铸件的气孔及欠铸不良率大大降低。
参考文献
[1] 马广兴，万里等.轿车底盘铝合金后副车架的压铸工艺及模具设计[J].特种铸造及有色合金，2012,32（1）:55~59
[2] 潘宪曾.压铸模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006.
[3] 魏娟娟, 米国发, 张锦志, et al. 基于Flow-3D软件的铝合金滤清器座的压铸工艺优化[J]. 铸造, 2017, 66(6):568-571.
FLOW Science 是国际领先的模拟仿真分析软件开创者，1980年成立，源自美国国家实验室，是著名的模拟分析算法 – 流体体积法（TruVOF），即自由液面追踪技术的创立者，以该算法为核心开发的 FLOW-3D CAST 则是专门为铸造工艺而开发的软件。
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文章来源：FLOW3DCast
