越來越多的汽車結構部件采用鋁合金材料來減輕重量，但其復雜的結構和高應力要求對壓鑄工藝提出了挑戰。根據汽車減震塔的結構特點，設計了壓鑄工藝，然后采用數值模擬方法模擬了金屬液的流動和充電過程。結果表明，減震塔腔內鋁液充電相對穩定，前端含氧化混合、卷氣量大的金屬液全部進入溢流槽，避免了鑄件內部卷氣造成的缺陷。此外，通過采用局部冷卻方法等工藝措施，解決了局部厚度的縮孔缺陷，最終獲得了優質的鋁合金減震塔壓鑄件。

目前，壓鑄鋁合金零件已廣泛應用于汽車、航空航天、電子工業等領域。用鋁合金零件代替鋼制零件可以減輕40%~50%的體重，有利于降低能耗，是實現節能減排的重要途徑。因此，越來越多的汽車結構零件采用鋁合金材料來減輕重量，但其復雜的結構和高應力要求對壓鑄工藝提出了挑戰。汽車的許多結構件大多是薄壁殼體零件。研究表明，當鑄件壁厚小于4mm時，液態金屬表面張力引起的拉普拉斯力會嚴重影響充型液體的流動狀態，同時突出粘度的作用，使薄壁零件難以在模具腔內充型。壓鑄技術是在壓力下填充型腔，既能有效解決充型問題，又能使金屬液快速凝固，細化合金組織，獲得強度更高的合金零件。

由于這些外殼部件一般形狀復雜，局部壁厚不均勻，模具腔內金屬的流動過程也比較復雜，由于不同鑄造材料和金屬材料的性質不同，鑄件的質量也難以把握。如今，隨著計算機技術的發展，數值模擬軟件可以越來越準確地反映壓鑄模具中金屬液體的流動過程，準確地預測鑄件缺陷的產生。因此，首先利用數值模擬軟件預先模擬充固過程，然后根據模擬結果設計和優化壓鑄過程，分析零件質量，是一種高效、節約成本的方法。

減震塔結構分析

（a）凸面（b）凹面

鑄件輪廓尺寸為530mm*345mm*313mm，主體平均壁厚為3mm。鑄件結構復雜，整個外殼呈弧形，表面設計有縱橫交錯的加強筋，以提高零件的整體強度；局部圓柱形凸臺較多，高度為20mm，使鑄件各部位壁厚差異較大。鑄件一側有較大的凸起結構，與鑄件外殼的高度差為195mm。減震塔采用A380鋁合金壓鑄，鑄件凈重2.9kg。

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澆筑系統、排氣槽、溢流槽的設計

2.1鑄造系統設計

澆注系統是壓力下金屬液填充腔的通道，是控制金屬液填充腔速度、時間和流動狀態的重要組成部分。因此，設計合理的澆注系統是獲得高質量壓鑄件的重要環節。根據鑄件的特點，選擇鑄件輪廓尺寸面積的部分作為分型面，便于零件脫模。為了降低壓鑄過程開始階段的卷氣程度，在零件長度方向上選擇形狀結構相對直的側設置內澆口。根據經驗公式（1）計算內澆口截面積：

(1)

公式中，V為零件及溢流、排氣系統總體積(溢流、排氣系統體積按零件體積的50%計算)，為115742mm3；νg是內澆口金屬液的速度。根據設計手冊，內澆口鋁合金的填充速度為20~60m/s，取值40m/s；t是金屬液體填充腔的時間，推薦值由平均壁厚決定。根據經驗公式(2)計算平局壁厚:

(2)

式中，b1、b2、b3..為鑄件某一部分的壁厚（mm），S1、S2、S3.墻厚為b1、b2、b3..部位面積(mm2)。計算減震塔平均壁厚為3mm，型腔填充時間推薦值為0.05~0.10s，取值0.07s。內澆口截面積Ag為391.87m2；根據設計手冊，內澆口厚度T值為1.5mm，內澆口總寬度L=Ag/T=261.25mm。壓鑄機為臥式冷室壓鑄機，橫澆道截面積為Ar=(3~4)Ag=1371.545mm2，橫澆道厚度D=(8~10)T=15mm；橫澆道采用金屬液熱損失小、加工方便的常見平梯形。根據壓鑄機壓室尺寸，直澆道直徑（壓室直徑）為120mm。減震塔零件的鑄造系統采用直澆道、橫澆道和內澆口的參數設計。

2.2溢流槽設計

溢流槽用于儲存液體-氣體界面前端混有氣體和油漆殘渣的冷污金屬液體。與排氣槽配合，可快速引出型腔內的氣體，減少充氣過程中卷氣的發生，同時轉移縮孔、縮松、渦流包裹氣體和產生冷隔的部位。但是，為了發揮溢流槽的作用，溢流必須根據型腔內金屬液的流動特性，在合理的位置接受前沿冷污金屬液，并保留在溢流槽內。因此，溢流槽也需要合適的尺寸。既不能太大也不能太小。過度會議會導致廢物增加，成本增加；過小會導致溢流槽無法接受所有冷污金屬，鑄件質量降低。因此，首先模擬設計澆注系統的零件數值，然后根據金屬液的流動特性確定合適的溢流系統是一種有效的設計手段。

模擬參數根據實際壓鑄工藝參數設置，金屬液首先以0.6的慢壓速度設置m/s進入水平澆口和內澆口，當金屬液充滿所有內澆口時，壓射速度提高到5m/s，也就是說，讓金屬液快速填充型腔。

溫度場(色標)：(a)t=0.190s;(b)t=0.197s;(c)t=0.200s；(d)t=0.204s.

卷氣(色標代表卷入氣體體積分)：(a)t=0.190s;(b)t=0.197s;(c)t=0.200s；(d)t=0.204s.

金屬液在充型過程中不同時間點的溫度和卷氣情況。可以看出，設計的澆注系統可以實現金屬液相對穩定的填充型腔。零件左側有兩個圓形結構。根據充電過程的模擬，可以看到金屬液在這里充電時容易產生渦流，導致卷氣量增加。因此，應在圓形結構兩側設計溢流槽，使卷氣部分的金屬液排出腔，進入溢流槽。根據溫度場和卷氣特性，可以看到零件右側有大面積低溫金屬液，從邊緣向內延伸，有不同程度的卷氣現象，從中間圈出的部分。減震塔結構可以看出。金屬液通過最右側的內澆口進入型腔后，直接沖擊有一定角度的型腔壁。阻塞后，金屬液回流填充零件最右側，導致大量氣體卷入。零件自下而上依次填充。金屬液最終填充的零件上部有大量溫度低、卷氣嚴重的金屬液。這里應該設置足夠的溢流槽來接受這些金屬液，以獲得高質量的鑄件。

根據模擬結果，部分部位溫度低、卷氣量大的金屬液較多，應設計有足夠容積的溢流槽，但過大的溢流槽容易導致金屬液回流。因此，在這些部位設置多個單獨的溢流槽，并設置薄的連接肋，以保證其強度。溢流槽主要采用加工方便的梯形溢流槽，在局部卷氣嚴重的部位適當增加溢流槽容積，并根據流動特性小幅修改形狀。根據設計手冊，排氣槽的截面積設置為內澆口截面積的30%。設計好的溢流槽和排氣槽。