因輻條中間部位很薄，再減薄模具壁厚會使輻條中部比根部過早凝固，從而導致根部的縮松。為此，在下模底部的中空部位添加保溫材料，使輻條邊緣壁厚的凝固慢一些，成為補縮通道，而輻條中部可以更早凝固獲得較好的微觀組織和機械性能。對兩種模具設計方案的鑄造模擬結果見圖4～圖6所示。
從圖4可看出，初始設計時凝固時間為155s，改進后的凝固時間為131s，縮短了成型周期。從圖5可看出，相同位置的晶粒尺寸，改進后的設計要比初始設計小，在輻條位置處，初始設計的晶粒尺寸約為30.6μm，改進后為29.0μm。從圖6可看出，在輻條根部，初始設計時鑄造產(chǎn)生的縮松比較大，改進設計的車輪輻條根部縮松產(chǎn)生的幾率比較小。
4 結果與討論
表1為初始方案和改進方案的鑄件各部位的抗拉強度、屈服強度和伸長率的比較。從表1可知，改進設計后輻條部位的伸長率明顯比初始設計有所提高，并達到3%的要求。
根據(jù)圖5的晶粒尺寸分布與表1的機械性能數(shù)據(jù)可知，車輪相同部位晶粒尺寸越小其機械性能越好，表明了模擬結果的正確性。這就將微觀組織與機械性能建立了準定量的數(shù)學關系，為直接預測機械性能提供了依據(jù)。
凝固數(shù)值模擬經(jīng)過近年來的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，鑄造CAE應用于低壓鑄造鋁合金車輪仍然是以凝固模擬為基礎，具有一定的精度。但是由于邊界條件復雜，模具表面通常噴有涂料，涂料層的厚度對傳熱有很大影響，所以界面換熱系數(shù)很難精確測量。因此，CAE模擬結果的準確性在一定程度上依賴于工程經(jīng)驗。而且鑄造CAE只能夠對已有模具設計方案進行模擬，軟件還不能夠根據(jù)模擬結果自動進行模具結構優(yōu)化和改進。
還應注意，低壓鑄造鋁合金車輪力學性能不僅受模具結構影響，而且還受合金成份、熔煉、鑄造工藝等影響；Si相形態(tài)、大小、分布對力學性能影響很大，當以針片狀態(tài)存在時，可看作是材料失效的初始裂紋；Mg元素過高，合金的抗拉強度和屈服強度都有所提高，但是伸長率會下降；Fe元素含量增加會降低合金的抗拉強度和屈服強度，且伸長率降低幅度更大；熔液中含氫量過高會使縮松更為嚴重；各個冷卻水管的開啟時間對縮松產(chǎn)生有直接影響。在全面分析影響鑄造缺陷和力學性能的因素的基礎上，才能更好地應用鑄造CAE技術指導模具設計。
5 結束語
以流體力學傳熱學為基礎，利用Any Casting鑄造模擬軟件，對初始設計進行了鑄造過程的流場和溫度場的數(shù)值模擬。采用殘余熔體模數(shù)預測縮孔和縮松缺陷，確定模擬方法模擬微觀組織。根據(jù)模擬結果結合鑄件形成的理論與工程經(jīng)驗對模具結構進行了優(yōu)化。對改進后的模具進行了鑄造模擬，與初始設計相比，凝固時間縮短，晶粒尺寸和縮松缺陷減小。實際產(chǎn)品和車輪各部位拉伸試驗證明，該方法能夠指導模具結構優(yōu)化，減少反復修模試模所造成的資源與能源浪費，提高工藝成品率。
