原標題：基于Flow-3D的鋁合金散熱片壓鑄工藝設計與數值模擬優化

汽車轉向系統中散熱器上的散熱片的平均壁厚較厚，同時薄壁結構、細長結構較多, 尺寸精度要求高, 整體品質要求高。砂型鑄造散熱片的散熱效果差、生產方法落后、周期長、成本高、效益低, 難以滿足日漸擴大的市場需求和散熱片的技術更新。鋁合金導熱性能優良, 壓鑄件有組織致密、表面質量高、尺寸精度高的特點, 壓鑄鋁合金散熱片具有廣闊的應用前景。計算機模擬軟件可以對壓鑄過程中的卷氣夾雜、溫度場等進行仿真模擬, 預測整個型腔內可能產生缺陷的部位，從而更精準、高效地改進工藝，降低生產成本，提高效益。本課題對鋁合金散熱片的壓鑄工藝進行設計，采用Flow-3D軟件進行模擬分析，通過添加溢流槽、改進內澆口尺寸等來優化工藝, 從而得到合理的壓鑄工藝方案。并通過試生產進一步驗證壓鑄工藝的合理性。

根據散熱片結構，對鋁合金散熱片的壓鑄工藝方案進行設計，然后采用Flow-3D軟件對壓鑄工藝方案進行數值模擬。模擬結果顯示，在散熱片下部4個邊角部位出現卷氣缺陷。對工藝方案進行試生產，并對生產出的試樣進行探傷和剖切觀察，發現與模擬結果相符, 在邊角部位出現大量氣孔、針孔。

圖文結果

散熱片外形尺寸為99mm×89mm×41.7mm，質量約為375g，最大壁厚為33mm，最小壁厚為2.5mm，屬于中小型鑄件。散熱片主體是厚度為13mm的長方體，在散熱片中部有一處高20mm的凸起，為鑄件的厚大部位；在鑄件4個邊角處各有一根長為28mm的延伸腿，在延伸腿的側邊有厚度為2.5mm、高度為26mm的斜肋，為鑄件的薄壁區。鋁合金材質為ADC12鋁合金，選用DM180臥式冷室壓鑄機，采用一模兩件的方式生產，鋁合金散熱片的三維立體結構見圖1。

圖1 鋁合金散熱片三維立體圖

圖2 鋁合金散熱片分型面示意圖

圖3 帶有澆排系統的散熱片示意圖

首先在Flow-3D軟件中對壓鑄工藝參數進行設置，澆注溫度為680℃，模具預熱溫度為200℃，充型速度為20m/s。將初始工藝設計的實體三維模型轉化為STL格式導入Flow-3D軟件進行網格劃分。

圖4 初始工藝溫度場模擬結果

圖5 初始工藝卷氣模擬結果

圖6 實際生產件剖切結果

圖7 工藝優化后的溫度場模擬結果

圖8 工藝優化后的卷氣模擬結果

圖9 工藝優化后壓鑄件的剖切圖

通過對散熱片結構進行分析，設計出了合理的壓鑄工藝，對所設計的初始工藝進行數值模擬，預測缺陷產生的部位和嚴重程度，分析缺陷產生原因。通過調整內澆口尺寸進行工藝優化，優化后模擬結果顯示缺陷被有效消除。對優化方案進行試生產，并對生產出的試樣進行探傷和剖切觀察，結果表明，氣孔、針孔得到有效消除，滿足使用要求的同時降低了廢品率。通過改進內澆口大小等措施對工藝進行優化，并對改進后的工藝進行驗證，基本解決了初始工藝中出現的缺陷。

本文作者：

宋政驄1 米國發1 周志杰2 歷長云1 許磊1

1.河南理工大學材料科學與工程學院；2.河南平原光電科技有限公司

本文轉載自：《特種鑄造及有色合金》雜志