基於MAGMASOFT的ETC節氣門鋁殼鑄件壓鑄方案優化與應用
近年來，隨著全球經濟的發展，汽車鋁合金零部件的需求對壓鑄行業的整體發展前景產生了很大的影響。 面對日益激烈的行業競爭和不斷縮短的新產品開發週期，在短時間內交付符合客戶要求的合格產品將是壓鑄企業發展的新方向； 本文利用MAGMASOFT的DOE功能，對ETC節氣門鋁殼鑄件前期不同的鑄造方案和各種工藝參數進行仿真分析比較。 並優化，選擇最佳方案，從而縮短開發週期，保證產品一次試製成功，順利量產交付。
面對日益惡化的全球氣候危機和日益嚴峻的節能減排和污染減排趨勢，汽車行業也將繼續向節能減排、智能化方向發展； 而電子油門系統就是在這種環境下誕生的（Electronic Throttle Control System，簡稱ETC），是當前汽車發動機系統中不可或缺的重要組成部分。 它通過控制發動機的進氣流量來決定發動機的運行狀況，以保證車輛的最佳動力和燃油。 經濟，以進一步控制排放要求。 可以預見，電子節氣門作為先進的車輛控制和安全系統的關鍵技術之一，必將與其他先進的車輛控制技術一樣具有良好的應用前景。
ETC節氣門鋁殼鑄件作為電子節氣門系統中最重要的部件之一，勢必會影響系統的可行性和穩定性； 因此，生產符合要求的ETC節氣門鋁鑄件將是極為重要的。 本文借助MAGMASOFT的DOE功能，在ETC節流鋁殼鑄件前期，對不同澆注方案和各種工藝參數進行仿真分析對比優化，選擇最佳方案，從而減少開發週期，保證該產品一次試製成功，順利量產發貨。
1 產品結構分析及技術要求
本文研究的ETC節氣門鋁殼鑄件的壓鑄材料牌號為AlSi12Cu1Fe，其最大外形尺寸為111mm*109mm*84mm。 該鑄件的平均厚度為4mm，最大壁厚處的厚度為13mm。 產品整體結構較為複雜。 , 有許多孤立的高筋，不利於鋁液的有序填充； 有些位置的壁厚相差很大，薄壁區域會先凝固成固態，相當於將熔融合金分成許多小的封閉區域，在厚壁處形成一個孤立的液相區域。 當這些孤立液相區的熔融金屬凝固和收縮過程得不到補充時，內部必然會出現縮孔和氣孔的問題。
由於ETC節氣門鋁殼鑄件工作環境複雜，需要進行拋丸處理，以加強鑄件的表面質量，提高其耐腐蝕性能； 產品的配套安裝位置有更高的幾何尺寸公差要求； 確保在3bar的檢漏壓力下泄漏量≤3cc/min，產品局部縮孔直徑不允許超過0.7mm，總數不不超過5個，間距不小於10mm，不超過總面積的10%。 ; 因此，對於這種壓鑄件，需要非常高的鑄造工藝設計要求，以確保鑄件的內在質量能夠達到客戶的驗收標準；
2 產品壓鑄方案及工藝參數設計
2.1 產品壓鑄方案設計
壓鑄生產技術中極其重要的壓鑄澆口設計環節決定了壓鑄件的質量、壓鑄生產效率、模具壽命、壓鑄件的修邊和清潔、壓鑄合金的重熔率、和壓鑄機的功率效率。 它具有深遠的影響； 因此，設計合理的澆口位置、澆口厚度和尺寸、澆口數量是保證壓鑄質量合格的關鍵； 從產品結構特點和工藝設計經驗分析，ETC節流鋁殼有XNUMX個適合進料口設計的鑄件位置； 因此，本文將設計三種不同的壓鑄澆注方案。 從理論充填路徑和流動距離來看，不同的澆注方案會產生不同的充填效果，因此需要基於MAGMA模擬軟件的結果進行對比分析驗證；
2.1.1 澆注方案一設計
如圖所示，第一種澆注方案的澆口數量設計為雙股，分別設計在電機安裝位置和閥板安裝位置的側壁區域。 選用直徑60mm的注射沖頭，注射速度比為1:14； 這種澆注方案的優點是金屬液流動比較短，對充型過程中的溫降值影響不大； 三流道的設計有利於壓力的傳遞和金屬液的進料，有利於降低後期生產過程中出現縮孔缺陷的風險，具有一定的積極作用； 它的缺點是由於產品分類和結構的原因，流道必須設計有一定的台階和薄壁區域。 這些位置在後期填充過程中容易包裹氣體。 另外，這款產品的電機安裝位置沒有處理，澆口設計在這裡，方便直接沖洗內壁芯和澆口位置的溫度。 較高，容易在電機安裝位置造成模具和沖蝕等缺陷； 且澆口位置未加工，對後期壓鑄件的修邊和清理有一定的負面影響；
2.1.2 二次澆注方案設計
如圖所示，第二種澆注方案澆口數設計為60個，位置設計在閥板安裝位置的側圓孔區。 選用直徑1mm的注射沖頭，注射速度比為30:XNUMX； 這種澆注方案的優點是可以將流道設計成比較平滑的過渡，有利於金屬液的充型，減少充型過程中的氣體包繞現象，減少氣體引起的缺陷。由賽跑者帶來； 澆口設計在加工面的位置。 減少壓鑄件修邊清理工作量，降低生產成本； 單股澆口可以防止多股熔融金屬進入型腔而引起渦流、夾帶和氧化。 缺點是在大門的遠端。 熱點位置的上料效果基本欠缺，需要考慮其他輔助上料方案； 且金屬液流動較長，對充型過程中的金屬液溫度有一定的負面影響，局部可能出現冷料缺陷。 ；
2.1.3 第三澆注方案設計
如圖所示，澆注方案中的三個澆口設計為一個，位置設置在閥板安裝位置的側圓孔區域。 選用直徑60mm的注射沖頭，注射速度比為1:30； 澆口的優點是澆口設計在加工面的位置，可以減少壓鑄機修邊和清理的工作量，降低生產成本。 澆口設計為直線充填式，可減少鋁液的充填行程和鋁液的溫度損失。 金額減少； 沖頭與澆口的距離短，能保證沖頭壓力的有效傳遞； 缺點是後期生產調整參數的靈活性較差，無法通過調整壓鑄參數來提高產品質量。
2.2 產品工藝參數設計
根據ETC節流鋁殼鑄件的結構分析和質量要求，本產品採用350T壓鑄機，一模一腔設計，澆注壓力設定為100MPa，保證足夠的送料效率，減少縮孔缺陷的出現在後期。 ; 澆注溫度設計為660-680℃，動、定模芯預熱至180-200℃； 灌裝時，低速設置為0.25m/s，高速設置為3m/s，分別在340mm和350mm處測試高速切換點。 該位置用於確定熔融金屬最穩定的充型狀態和最少的渦流和夾帶現象； 同時採用線冷點冷溫控系統，保證模具良好的熱平衡；
3.一鍵導入數值模擬及對比分析
鑄件的充型和凝固過程控制對壓鑄件的質量有決定性的影響，但由於這兩個過程在生產過程中是在封閉的、不可見的型腔中完成的，無法直接或間接地觀察和分析，所以前值Simulation尤為重要； 通過使用MAG代碼DOE功能，一鍵導入以上三種注射方案和兩種測試高速切換位置，一次計算多種方案，最快預測缺陷位置，找到最佳改進方案產品的內在質量，縮短開發週期，降低生產成本。
3.1 充填過程模擬與分析
如圖3所示，圖片第一行的模擬結果為填充時間。 前三種方案的高速切換位置為340mm，填充時間短。 後三種方案高速切換位置為350mm，填充時間長。 亮色位置為三種注射方案的最後填充位置；
圖片第二行的結果是最大氣壓結果。 模擬結果顏色鮮豔為高氣壓位置，氣孔風險高。 通過對比發現方案2和方案5的氣壓值比較低，造口風險比較小；
圖片第三行的結果是填充量的結果。 仿真結果亮處空氣含量高，洩漏風險高。 通過對比發現，方案二、五卷價值相對較低，洩露風險相對較小；
對充填過程的仿真結果綜合分析表明，第二和第五選項的氣壓和夾帶量相對較低，第二高速切換位置向前，充填時間短，因此整體成形性良好。好的。
3.2 凝固過程模擬與分析
如圖4所示，圖片第一行的結果是凍結溫度場。 模擬結果表明，方案3和方案6內澆口凝固時間最長，加壓送料時間最長； 方案1和方案4為第二種，壓送時間為中間； 方案2和方案5內澆口凝固時間最短，供壓時間最短；
第二行的結果是熱接點的有效加料時間，模擬結果的亮色是產品熱接點的位置，也就是產品結構比較厚最後凝固的位置。 程序1、2、4、5的位置基本相同。 Scheme 3和Scheme 6的內柵比較厚，所以如果內柵的兩個熱點連接在一起，熱點會增加；
第三行的結果是收縮結果。 由於是壓送，方案3和方案6的收縮狀態最小，其他四種方案的收縮情況基本相同。 相比之下，方案2和方案5相對較小一些。
根據凝固過程的模擬結果分析，方案3和方案6的縮孔最小，但內澆口處的熱接縫最大，方案熱接和縮孔結果方案2和方案5相對較好。
4. 生產驗證
綜合模擬分析，採用第二種鑄造方式生產。 圖5為ETC節氣門鋁殼鑄件生產圖； 通過產品檢驗和X射線檢驗，鑄件沒有出現超過客戶質量要求的氣孔和縮孔缺陷； 也通過了側漏要求，沒有發生洩漏； 鑄件表面光亮，未出現明顯的冷料和澆注不足等缺陷，整體效果完全滿足客戶質檢要求，順利批量生產。
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