半固態壓鑄具有成形溫度低、模具壽命長、鑄件凝固收縮小、性能優良等特點。然而，由于半固態流變壓鑄工藝設計中的問題，產品容易產生卷氣和縮孔、縮松缺陷。采用鑄造模擬軟件對A356鋁合金壓塊半固態壓鑄充型和凝固過程進行了數值模擬，分析了充型過程的流場和速度場，設計了3組半固態壓鑄工藝參數，并通過試驗確定了壓塊半固態壓鑄的最佳工藝參數，生產出合格的壓塊鑄件。

圖文結果

壓塊是一個結構相對簡單，壁厚不均勻的零件，壓塊三維圖見圖1。零件為曲面對稱結構；側面有一個直徑為9mm的盲孔，須采用側抽芯來成形;兩側壁與曲壁連接處，壁厚相差較大，容易產生應力集中，冷卻過程中易產生縮孔、縮松和熱裂等缺陷。在設計內澆口截面積時要比液態壓鑄的截面積大，其厚度一般為壓鑄件壁厚的50%左右。壓塊壓鑄件在設計時采用側澆口。根據計算得出內澆口橫截面積大小為52.5m㎡，厚度為1.5mm，寬度是鑄件邊長的0.7倍，為35mm。

圖1 壓塊三維造型圖

圖2 帶澆注系統的壓塊三維圖

圖3 壓塊充型過程模擬

圖4 壓塊各部位充型時間

圖5 壓塊充型速度模擬

圖6 壓塊裹氣分布

圖7 壓塊縮松分布

根據壓塊壓鑄件的結構及模擬分析結果，設計出壓塊壓鑄件的半固態壓鑄模具，見圖8。半固態壓鑄模具在結構上與一般的壓鑄模具相同，在生產前要對模具充分預熱，由于半固態的溫度較低，凝固時間短，因此模具在預熱時要比液態壓鑄高，一般在280~300℃，需在動、定模套板上設計加熱元件和測溫孔，安裝熱電偶測溫，以便控制模具溫度，同時要求模具各個部位溫度均勻穩定。

圖8 壓塊半固態壓鑄模具
1.動模座板 2.墊塊 3.推板 4、20、23.推桿 5.限位釘6.推桿固定板 7、11、16.螺釘 8.推板導柱 9.推板導套 10、18.銷釘 12.支撐板 13.動模鑲塊 14.動模套板 15.定模套板 17.定模座板 19.復位桿 21、22.型芯 24.定模鑲塊 25.澆口套 26.動模澆口鑲塊 27.定模澆口鑲塊 28.定模導套 29.定模導柱 30.加熱系統

表1 不同的電磁攪拌工藝參數

圖9 不同攪拌參數下的微觀組織

圖10 壓塊壓鑄件

（1）根據壓塊鑄件結構,設計了壓塊半固態壓鑄的澆注系統，通過數值模擬，澆注系統充型平穩，缺陷減少。

（2）半固態壓鑄模內澆口截面積比液態壓鑄金屬內澆口截面積大，壓塊內澆口厚度為鑄件壁厚的50%。

（3）半固態漿料制備工藝參數：攪拌溫度為580℃、攪拌電流為450A、攪拌頻率為6Hz、攪拌時間為25min時，壓鑄出的壓塊質量較好。

本文作者：

肖世龍
沈陽理工大學藝術設計學院
黃勇 安振須 陳振 杜曉明 孟昭昕
沈陽理工大學材料科學與工程學院

本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰略合作伙伴