原標題：萬豐鎂瑞丁：鎂合金汽車抬頭顯示支架的壓鑄工藝模擬與優化

當下，如何減少資源的消耗和環境的污染已成為人類可持續發展的首要問題。為有效解決這一問題，汽車輕量化得到廣泛的重視。實現汽車輕量化的有效途徑之一就是使用新型輕量化材料來代替傳統金屬材料，通過先進工藝手段將新型輕量化材料加工成汽車零部件，這就給傳統汽車制造行業提出了更高的要求。鎂合金作為最輕的金屬結構材料，廣泛應用于汽車零部件的壓鑄生產中，但在實際壓鑄生產中會有大量缺陷產生，從而導致鑄件報廢，因其較低的合格率使得鎂合金制造業的發展面臨巨大的挑戰。

為了進一步推動鎂合金在汽車輕量化技術中的應用，開展了鎂合金汽車抬頭顯示支架(HUD)的結構設計、模具設計以及壓鑄測試，以探索鎂合金在汽車薄壁結構件上應用的可行性，主要涉及計算機仿真及壓鑄工藝參數優化。提出以最小卷氣量以及最小縮孔率為優化目標，運用CAE技術對汽車HUD填充過程進行模擬，通過Minitab田口試驗對澆注溫度、模具預熱溫度及壓射速度等參數進行理論分析及優化，得到優化的工藝參數組合，旨在為汽車HUD的生產提供參考?；贛agma軟件對抬頭顯示支架(HUD)設計了2種澆注系統方案，通過數值模擬分析給出優化方案，在此基礎上采用田口試驗研究了壓鑄過程中澆注溫度、模具預熱溫度及壓射速度對汽車HUD卷氣量和縮孔率的影響，得到了優化的壓鑄工藝參數。

圖文結果

研究材料為AM60B合金，其化學成分見表1。因其較高的強度和良好的耐腐蝕性,被廣泛用于生產電器產品的殼體，薄型或異型支架等零件。HUD作為汽車抬頭顯示支架零件，AM60B合金完全滿足其性能要求。鎂合金HUD因其壁厚薄且結構復雜，所以對其加工精度、表面品質都有著較高的要求。利用UG12.0軟件設計HUD零件的三維模型，設計了2種澆注系統方案，見圖1。

圖1 帶澆注系統的三維模型

表1 AM60B鎂合金的化學成分（%）

圖2 兩種方案溫度分布圖

圖3 2種方案充型速度模擬結果

可以看出，方案1的溫度分布很不均勻，靠近鑄件中間區域有很大面積的溫度較低，不超過630℃,而其他區域的溫度都達到645℃以上，形成了較大的溫度差，使得該區域在凝固過程中的速度不一致，有明顯的凝固時間差，導致后凝固的區域得不到金屬液補縮。易出現嚴重的縮孔缺陷。方案2的溫度分布較為均勻，鑄件的主體位置溫差不超過3℃。就填充溫度來看，方案2優于方案1。當填充至40%時，方案1中A位置的填充速度過快，達到50m/s以上，使得速度較快的金屬液會優先填充鑄件，導致鑄件填充不均勻。當填充至73%時，因為A區域的金屬液填充過快，使得在與速度較慢的金屬液混合時會形成未填充的空白區域，見圖3c中B區域。該區域由于被兩股金屬液包圍而后才慢慢被填充，導致該區域容易出現憋氣現象。當填充至90%時，出現了大片容易憋氣的區域，見圖3e中C區域。相較于方案1，方案2的充型速度模擬效果更好。

表2 田口試驗因素-水平表

表3 田口正交表及結果統計

對于卷氣率、縮孔率這兩個響應目標而言，均符合田口試驗質量特性中的望小特性，故信噪比S/N的計算公式為：

式中，n表示試驗次數；i表示第i次試驗。

表4 信噪比計算結果

在僅考慮卷氣率的情況下，從表5可知，C>B>A，即壓鑄工藝參數對卷氣率的影響程度由大到小依次為：壓射速度、模具預熱溫度、澆注溫度?？梢缘玫?，在僅考慮卷氣率情況下，滿足信噪比S/N1最大的壓鑄工藝參數組合為A2B1C3，即澆注溫度為680℃、模具預熱溫度為160℃、壓射速度為6.5m/s。

表5 極差分析表

表6 方差分析表

在僅考慮縮孔率的情況下，可知，A>B>C，即壓鑄工藝參數對縮孔率的影響程度由大到小依次為：澆注溫度、模具預熱溫度、壓射速度。在僅考慮縮孔率的情況下，滿足信噪S/N2最大的壓鑄工藝參數組合為A1B2C1，即澆注溫度為660℃、模具預熱溫度為180 ℃、壓射速度為4.5m/s。

表7 方差分析表

圖4 優化前后的卷氣率及縮孔率對比

圖5 HUD壓鑄件

結論

AM60B鎂合金汽車HUD支架在壓鑄過程中，當僅考慮卷氣率時，壓射速度對其影響最大，模具預熱溫度次之，澆注溫度影響最小。當僅考慮縮孔率時，澆注溫度對其影響最大，模具預熱溫度次之，壓射速度影響最小。當綜合考慮卷氣率與縮孔率時，最優工藝參數組合：澆注溫度為660℃、模具預熱溫度為200℃、壓射速度為6.5m/s。

本文作者：
張繼龍 田晶晶 甘恢琪
萬豐鎂瑞丁新材料科技有限公司
陳龍
浙江工業大學機械工程學院

本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志