【正文】 per，through analysis of the rotor body, design of its diecasting mold, through its shape and analysis, obtain the one mode of a cavity of the mold structure. According to the characteristics of the casting, use the center gate, try to avoid casting appears holes, filled up, solidification uneven, and other issues, due to mass production, use the second parting, autooff the program of material and plete the overall design of the mold, which including the design of cooling channels, gating system design, the top of the system design, as well as the selection and checking of the die casting machine. This design was pleted by UG, bined with the structure of design in the design process to select standard parts, to plete the final assembly mold effect. In the process of design ,use ProCast software to analyze the results of the die casting and problem from analysis. ProCast can simulate the filling, flow, solidification process in the aluminum alloy molding process, accurately predict the possible defects in the mold flow analysis can preanalysis of the rationality of the mold design, reduce the number of test mode, speed up product development, increase business efficiencies.Keywords: rotor body ；diecasting；mold flow analysis。其主要特點(diǎn)是高壓和高速，常用壓力為數(shù)十甚至上百兆帕，填充速度（內(nèi)澆口速度）約為16～80 米/秒，金屬液填充模具型腔的時(shí)間極短，約為 ～ 秒。在節(jié)能降耗，追求可持續(xù)發(fā)展的浪潮中，壓鑄在制造業(yè)尤其是規(guī)?；a(chǎn)業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用和迅速的發(fā)展。由于壓鑄模的激冷作用，又在壓力下結(jié)晶，因此，壓鑄件表面層晶粒極細(xì)，組織致密，所以表面層的硬度和強(qiáng)度都比較高。雖然壓鑄生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)十分突出，但是，它也有一些明顯的缺點(diǎn)：1. 壓鑄件表層常存在氣孔。因此，一般壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，也不宜在高溫條件下工作。同樣，也不希望進(jìn)行機(jī)械加工，以免鑄件表面顯露氣孔。目前只適用于鋅、鋁、鎂、銅等合金的壓鑄。至于某一種合金類別，由于壓鑄時(shí)的激冷產(chǎn)生劇烈收縮，因此也僅限于幾種牌號(hào)的壓鑄。由于壓鑄機(jī)成本高，壓鑄模加工周期長(zhǎng)、成本高，因此壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn) [2]。壓鑄業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力是汽車業(yè)的發(fā)展，這是由于汽車生產(chǎn)商追求整車輕量化的原因。鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用以壓鑄為主要工藝，壓鑄占全部鑄造方法的 55％左右。在現(xiàn)代壓鑄模設(shè)計(jì)中，按照虛擬制造和并行設(shè)計(jì)的思想原則，借助于 CAE 技術(shù)(也即計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)）可實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)多周期生產(chǎn)全過程的模擬分析，變未知因素為可知因素，并分析易變因素的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓鑄過程的金屬液充型凝固模擬、壓鑄模溫度場(chǎng)等模擬，評(píng)價(jià)可能出現(xiàn)的缺陷類型、位置和程度等等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容目前 CAD/CAM/CAE 及數(shù)控技術(shù)在模具加工領(lǐng)域起著不可缺少的重要作用。本課題模具所用軟件是 UG 和 Procast,運(yùn)用 Procast 對(duì)轉(zhuǎn)子體零件壓鑄成形進(jìn)行分析，再運(yùn)用 UG 完成轉(zhuǎn)子體壓鑄模具設(shè)計(jì)，包括澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等，基本流程如圖 11 所示。圖 21 轉(zhuǎn)子體Zl102 鋁合金簡(jiǎn)介：材料名稱：ZAlSi12 ，合金代號(hào)：ZL102，標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 11731995，化學(xué)成分如表 21 所示。②表面有一層化學(xué)穩(wěn)定、組織致密的氧化鋁膜，故大部分鋁合金在淡水、海水、硝酸鹽以及各種有機(jī)物中均有良好的耐蝕性。④具有較大的比熱容和凝固潛熱。缺點(diǎn)：①較大的體收縮率，易在最后凝固處發(fā)生集中縮孔。③純鋁鑄造性差，易氧化，只能用來壓鑄電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。 零件結(jié)構(gòu)分析圖 22 為某離心式機(jī)油濾清器的轉(zhuǎn)子體，材料是 ZL102。若壓鑄模具設(shè)計(jì)不合理，這類鑄件往往生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)不到要求，廢品率較高。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的、通用的用戶界面，任何一種鑄造過程都可以用此軟件進(jìn)行分析和優(yōu)化。實(shí)踐證明此軟件可以準(zhǔn)確地模擬型腔的澆注過程，精確地描述凝固過程，并且可以精確地計(jì)算冷卻或加熱通道的位置。 ProCast 幾乎可以模擬分析任何鑄造生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題，為鑄造工程師提供新的途徑來研究鑄造過程，使他們有機(jī)會(huì)看到型腔內(nèi)所發(fā)生的一切，從而產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)方案。 模擬流程1. 創(chuàng)建模型：可以分別用 IDEAS、UG、ANSYS 作為前處理軟件創(chuàng)建模型，輸出 ProCAST 可接受的模型或網(wǎng)格格式的文件。3. Precast：分配材料、設(shè)定邊界條件、初始條件、模擬參數(shù)，生成 文件和 文件4. DataCAST：檢查模型及 Precast 中對(duì)模型的定義是否有錯(cuò)誤，輸出錯(cuò)誤信息，如無錯(cuò)誤，將所有模型的信息轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制，生成 文件。6. ViewCAST：顯示鑄造過程模擬分析結(jié)果。從該圖可以看出：金屬液澆注到澆口杯后，液態(tài)金屬首先充滿整個(gè)直澆道，依靠金屬液在直澆道中產(chǎn)生的靜壓力，依次由鑄型的上部向鑄型底部引入鋁液成型，整個(gè)充型過程完成僅需 。同時(shí)，在圖的右側(cè)表示出該時(shí)刻的速度值。從圖 33 可以看出，其溫度分布是一個(gè)動(dòng)態(tài)的非均勻分布，各處的溫度分布存在明顯的差異，兩個(gè)灰色圓圈的區(qū)域，該區(qū)域溫度較高，這會(huì)對(duì)其后續(xù)的凝固產(chǎn)生重要的影響。模擬中分別采用 600℃、650℃、700℃的型腔溫度，經(jīng)過對(duì)充型凝固過程模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)型腔溫度為600℃時(shí)金屬液在臨近充滿鑄型前，在鑄件某些部位發(fā)生凝固，從而影響后續(xù)金屬液的流入，容易產(chǎn)生澆不足現(xiàn)象。當(dāng)型腔溫度為 650℃時(shí)，（見圖 34（a） ） ，由固相分?jǐn)?shù)模擬結(jié)果可看出，當(dāng)鑄件充型結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)子體還沒有固相出現(xiàn)，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)殍T件某些部位先凝固而影響后續(xù)金屬液的注入，從而產(chǎn)生澆不足這種缺陷。4. 凝固過程的固相分?jǐn)?shù)分布圖 34 為鑄件在凝固過程的固相分?jǐn)?shù)分布情況。（a）（b）圖34 鑄件凝固過程中不同時(shí)刻的固相分?jǐn)?shù)分布圖5. 缺陷預(yù)測(cè) 根據(jù)對(duì)復(fù)雜且型腔較深轉(zhuǎn)子體鑄件成型過程有關(guān)物理場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果，由ProCAST 軟件中包含的 Niyama 判據(jù)可以對(duì)其各部位的縮孔縮松進(jìn)行預(yù)測(cè)。其他彩色區(qū)域，Niyama 數(shù)值小于產(chǎn)生縮孔縮松的臨界值，這些部位將不會(huì)產(chǎn)生縮孔縮松的傾向。圖35 轉(zhuǎn)子體鑄件的缺陷預(yù)測(cè)6. 其它參數(shù)預(yù)測(cè)填充時(shí)間如圖 36 所示、凝固時(shí)間如圖 37 所示、裹氣如圖 38 所示、流速方向如圖 39 所示。2. 可以預(yù)測(cè)鑄件中與充型過程有關(guān)的鑄造缺陷發(fā)生的部位，針對(duì)不同缺陷可以改變工藝方案來消除或降低缺陷的產(chǎn)生，以提高鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化工藝的目的，進(jìn)而來提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。圖 41，在生產(chǎn)過程中，由于熱脹冷縮作用，開模時(shí)鑄件最終包緊在深腔型芯上，且留在定模上，給取件帶來極大困難，容易引起工件變形；深腔底部由于排氣溢流性能較差，壓鑄填充時(shí)，型腔、壓室、合金液中的氣體以及涂料產(chǎn)生的氣體在短時(shí)間充填過程中來不及全部排出，部分氣體被卷入到合金液中，使鑄件產(chǎn)生氣孔，組織疏松，嚴(yán)重影響鑄件的氣密性，產(chǎn)生大量廢品；熔融金屬對(duì)模具深腔側(cè)面沖刷及粘附較嚴(yán)重，大大影響了模具的使用壽命。鑄件表面質(zhì)量及致密性、幾何尺寸、力學(xué)性能均達(dá)到圖樣要求。 圖41 單一分型面天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)13圖42 雙分型面 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓鑄模的澆注系統(tǒng)是金屬液在壓力的作用下，充填型腔的通道。它的位置、形狀和大小直接影響到金屬液的充填時(shí)間、充模速度以及充填形式，而這些因素對(duì)壓鑄件的質(zhì)量都有很大的影響，因此在進(jìn)行澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮。根據(jù)轉(zhuǎn)子體的結(jié)構(gòu)形狀，初步分析澆口可設(shè)計(jì)在圖 4圖 44 中兩個(gè)位置。同時(shí)，澆口處壓鑄模較熱，形成熱節(jié)點(diǎn)，鑄件易翹曲變形，難以滿足動(dòng)平衡要求及其他技術(shù)要求。此零件工作時(shí)轉(zhuǎn)速高達(dá) 5500r/min, 裝配前必須做動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，并作 600kPa 的耐壓泄露實(shí)驗(yàn)，故零件的致密度及密度均勻性要求較高。（2）金屬液流程均勻。（4）模具的熱量分布均勻，有利于鑄件的同時(shí)凝固。金屬液進(jìn)入型腔是順著型腔壁流動(dòng)還是撞擊型腔壁后才折向流動(dòng)，分流錐的形狀是很關(guān)鍵的。天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)15圖45 中心澆口1分流錐 2內(nèi)澆口 3直澆道 4熔料 5鑄件3．內(nèi)澆口設(shè)計(jì) 內(nèi)澆口的設(shè)計(jì)在整個(gè)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，最為重要。內(nèi)澆口的作用是根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)、形狀、大小，以最佳流動(dòng)狀態(tài)把金屬液引入型腔。內(nèi)澆口有關(guān)參數(shù)的計(jì)算：（1）內(nèi)澆口厚度鑄件重 ,平均壁厚為 4mm。按鑄件復(fù)雜程度，流程長(zhǎng)取小值流程長(zhǎng)取大值” 。（2） 充填速度和時(shí)間的確定 根據(jù)手冊(cè)推薦，平均厚度為 4mm 時(shí)，充填速度為 30~42m/s，充填時(shí)間為~；鑄件由于鑄件需耐壓無滲漏，壓鑄時(shí)采用了較高比壓。在此相互影響的條件下，暫定充填速度為 30m/s，充填時(shí)間為 。計(jì)算得內(nèi)澆口截面積為 ?????????天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)16（4）由鑄件可知：鑄件中心型芯頂端尺寸為216。圓環(huán)形內(nèi)澆口截面積為： ??=??? (42)24=10DLKG?室室4. 澆口直徑的計(jì)算 澆口的直徑為: (43)??~4gAd??式中 d—噴嘴導(dǎo)入口小端直徑（mm） ；A g—內(nèi)澆口截面積（mm 2） 。1中間型芯 2型腔 3壓室圖46 澆注系統(tǒng)圖天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)17 溢流槽和排氣槽設(shè)計(jì)在壓鑄模設(shè)計(jì)中要將溢流槽、排氣槽和澆注系統(tǒng)作為一個(gè)整體來考慮，對(duì)這種深腔件，溢流槽、排氣槽的設(shè)計(jì)更為重要。溢流槽的結(jié)構(gòu)形式：設(shè)置在分型面上的溢流槽和設(shè)置在型腔內(nèi)的溢流槽。分型面上的溢流槽的截面形狀一般為半圓形或梯形，根據(jù)①全部溢流槽容積總和為鑄件體積的 20%~50%。③溢流口的厚度應(yīng)小于內(nèi)澆口的厚度，從而保證溢流口比內(nèi)澆口的金屬液早凝固，使型腔內(nèi)正在凝固的金屬液形成一個(gè)與外界密封的空間，充分接受終壓力的壓實(shí)作用。~45176。因此壓鑄模的溢流槽如圖 47 所示。 （溢流槽尺寸如表 41 所示）表41 溢流槽尺寸 [10]合金種類相關(guān)尺寸鋁合金 鋅合金 鎂合金 銅合金溢流口厚度h/mm ~ ~ ~ ~溢流口長(zhǎng)度l/mm 2~3溢流口寬度s/mm 8~12 6~12 8~12 8~12溢流槽半徑r/mm 5~10 4~6 5~10 6~12溢流槽長(zhǎng)度中心距b/mm ﹥（ ~2）b 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)18圖47 溢流槽排氣槽是充型過程中型腔內(nèi)受到排擠的氣體得以逸出的通道。排氣槽的截面積可按下式進(jìn)行計(jì)算： (44)?式中 Aq排氣槽截面積（mm 2） ；V型腔和溢流槽的容積（cm 3）V 為 cm3；t氣體的排出時(shí)間(s)，可近似按充填時(shí)間選取，t 取 ；K充型過程中排氣槽的開放系數(shù)，K=~1。即 Aq= mm2。表42 排氣槽的尺寸 [10]合金種類 排氣槽深度/mm 排氣槽寬度/mm鋁合金 ~ 8~25