朱 樂

（卡斯馬汽車系統(tǒng)（上海）有限公司長春分公司，吉林 長春 130000）

鋁合金具有外觀好、質(zhì)量輕、加工性能優(yōu)越、物理化學(xué)性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在很多行業(yè)領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。但鋁合金凝固溫度區(qū)間廣的特性使得其在鑄造的過程中很容易出現(xiàn)縮孔縮松等方面的缺陷或是發(fā)生氧化現(xiàn)象，這就需要人們對鋁合金鑄造過程中的各項(xiàng)參數(shù)以及工藝進(jìn)行嚴(yán)格的控制優(yōu)化，保障鋁合金鑄件的質(zhì)量。

1 鋁合金鑄造工藝優(yōu)化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用研究

在進(jìn)行鋁合金鑄造的過程中，鑄造工藝的設(shè)定以及鑄造過程的控制至關(guān)重要，直接決定了最終產(chǎn)出成品的質(zhì)量。例如，充型溫度的高低就會對鋁合金鑄件內(nèi)壁的形態(tài)產(chǎn)生影響，若是充型溫度較高，鑄件內(nèi)部和厚壁處發(fā)生偏析或是縮松的概率就會增大。若充型溫度過小，則會導(dǎo)致薄壁處的質(zhì)量變差，出現(xiàn)現(xiàn)澆不足或是冷隔等缺陷。下面本文將就鋁合金鑄造工藝優(yōu)化技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析闡述。

（1）對鋁合金的鑄造工藝方法進(jìn)行合理的選擇。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，很多鋁合金鑄件雖然在結(jié)構(gòu)表現(xiàn)上相對簡單，但其很多部位都存在厚薄不均勻的情況，加之熱節(jié)點(diǎn)的位置較多，因此對零件表面以及內(nèi)部質(zhì)量有著很高的要求，工藝控制的難度很高。對于中大型薄壁鋁合金鑄件，工藝方法的選擇是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

（2）合理選擇澆注系統(tǒng)的位置。鋁合金鑄件的整體組織要求較高，為了避免出現(xiàn)縮松、氣孔等缺陷，要對澆注系統(tǒng)的位置進(jìn)行合理選擇。前罩應(yīng)在其法蘭較小的一端開設(shè)入流內(nèi)澆口和橫澆口，這樣可以實(shí)現(xiàn)快速入澆不冷隔以及平穩(wěn)充型，實(shí)現(xiàn)鑄件的順序凝固并確保法蘭處力學(xué)性能的良好。

（3）對鑄件進(jìn)行三維建模。對鋁合金鑄件進(jìn)行三維建模的目的是為工藝參數(shù)優(yōu)化以及工藝實(shí)施過程控制提供一個(gè)平臺以及模板。需要注意的是，在進(jìn)行工藝模擬的過程中，保溫棉、模具以及型芯均屬于工藝裝配體部件，且屬性存在差異性，因此在建模時(shí)應(yīng)盡可能的確保各個(gè)工藝部件和實(shí)際位置、大小保持一致。尤其是一些不規(guī)則的曲面，應(yīng)盡量進(jìn)行還原。此外，相互孤立、分散的部件在建模時(shí)也應(yīng)做到不相連，但在工藝模擬時(shí)則要求同種材料工藝部件組成一個(gè)整體。

（4）確定工藝模擬和工藝優(yōu)化的工作流程。在鋁合金鑄造工藝模擬和優(yōu)化的過程中，首先利用三維設(shè)計(jì)軟件完成建模工作，之后分為兩條線。一方面，通過CAD接口軟件對鑄造工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行前處理，具體內(nèi)容包括模數(shù)計(jì)算、孤立熔池計(jì)算、澆注系統(tǒng)計(jì)算等，最終統(tǒng)一匯集到鑄造工藝設(shè)計(jì)分析后處理環(huán)節(jié)，然后重新輸入到三維設(shè)計(jì)軟件中。另一方面，則是通過CAE接口軟件對鑄造工藝進(jìn)行前處理，基于數(shù)據(jù)進(jìn)行流動(dòng)場計(jì)算以及溫度場計(jì)算，之后進(jìn)行鑄造工藝分析后處理，在此基礎(chǔ)還是那個(gè)進(jìn)行鑄造工藝合理性判斷，若是，則輸出，用于實(shí)際生產(chǎn)。若否，則要重新回到第一步，通過有限差分軟件進(jìn)行工藝分析處理，重新計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)。在鑄造模型構(gòu)建和模擬計(jì)算環(huán)節(jié)，要按照鑄造工藝要求添加低壓鑄造相應(yīng)的工藝參數(shù)。

（5）鑄造工藝結(jié)果顯示與評定。工藝模擬的目的是為了判斷定制的鋁合金鑄造工藝方案是否存在問題，具體可以觀察凝固過程中，溫度場、縮松或是縮孔等情況，以此判斷鋁合金鑄件的質(zhì)量，并找出工藝中存在的問題。之后根據(jù)具體的溫度對模具的溫度、壓力曲線、鑄造工藝等進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。在三維建模軟件的幫助下，可以快速有效的完成澆筑系統(tǒng)、模具、型芯等方面的改進(jìn)，并對鑄造工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括澆注溫度、充型時(shí)間、保壓壓力與時(shí)間等。

上述工藝模擬和優(yōu)化方法非常適用于一些大型復(fù)雜鋁合金鑄件的生產(chǎn)中，可以有效減少工藝試驗(yàn)的次數(shù)，確保鑄件可以在極少的次數(shù)內(nèi)試制成功，縮短鑄件生產(chǎn)周期。

2 鋁合金鑄造工藝優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展分析

上文中提到的是一種基于三維建模、工藝模擬的鋁合金鑄造工藝優(yōu)化方法，它能夠在生產(chǎn)工藝確定之前，對鑄件的生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測，并針對性的修改工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)鑄造質(zhì)量的提高。

隨著科技的發(fā)展，越來越多高科技工具得到應(yīng)用。現(xiàn)如今，鋁合金鑄造工藝優(yōu)化領(lǐng)域發(fā)展前景較高的是一種專家系統(tǒng)，它是人工智能應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域的典型代表，在故障診斷、缺陷分析、工藝編制、仿真模擬等方面都表現(xiàn)出了優(yōu)越的功能性。其本質(zhì)是針對具體問題的求解過程，以知識庫為核心，根據(jù)實(shí)際問題需要，合理選用控制策略，運(yùn)用推理機(jī)制對問題進(jìn)行求解。現(xiàn)如今，專家系統(tǒng)在鑄造領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代鑄造工藝中涉及到了多種工藝流程的相互配合，鑄件質(zhì)量的控制要求也相對較高，對鑄造專家經(jīng)驗(yàn)、技能、專業(yè)知識水平有著更多的需求，這使得專家系統(tǒng)非常適合應(yīng)用于該領(lǐng)域。很多鑄造工藝實(shí)施中遇到的問題都可以通過開發(fā)專家系統(tǒng)方式予以解決。就目前來看，鑄造工藝專家系統(tǒng)的研究主要分布在鑄造方法選用、熔煉工藝設(shè)計(jì)、鑄件缺陷分析等方面。

目前，鑄造工藝專家系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，對現(xiàn)有的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行加強(qiáng)、完善、拓展。受開發(fā)技術(shù)限制，鑄造工藝專家系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中在鑄造方法選用、缺陷分析等方面，而隨著技術(shù)水平的提高，系統(tǒng)應(yīng)用將逐漸拓展覆蓋到生產(chǎn)調(diào)度管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤、成本預(yù)算等方面。其次，精確化、快速化的產(chǎn)品質(zhì)量和效率要求會催生出許多先進(jìn)的制造技術(shù)，鑄造工藝專家系統(tǒng)的發(fā)展和這些新型技術(shù)必然會建立聯(lián)系，在此過程中系統(tǒng)技術(shù)單一的局限性將逐步被克服、消除，其實(shí)際應(yīng)用能力也會獲得大幅度的提升。再次，專家系統(tǒng)知識庫的建立在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效率的提升。最后，開發(fā)出適用領(lǐng)域更廣、功能更強(qiáng)大、系統(tǒng)開發(fā)工具和開發(fā)語言更全面的鑄造工藝專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)便捷化人機(jī)交互，降低系統(tǒng)操作的難度，推動(dòng)專家系統(tǒng)的普及。

根據(jù)鑄造工藝方法選擇模塊的設(shè)計(jì)過程中，推理的控制策略是按照知識庫的規(guī)則對其中包含的內(nèi)容進(jìn)行梳理和篩選，是正向推理的方式。即用戶將工藝信息輸入到系統(tǒng)中，之后知識庫根據(jù)所給的只是判斷是否滿足規(guī)則，若否，則重新輸入新的工藝信息，若是則保存結(jié)論并輸出結(jié)果。在鋁合金鑄造中，首先輸入尺寸精度、表面粗糙度、壁厚、鑄造圓角、形狀復(fù)雜程度等級等參數(shù)，據(jù)此系統(tǒng)就可以篩選出符合判定規(guī)則的鑄造方法。不同參數(shù)的判斷順序存在先后，一般情況下，合金種類最優(yōu)先，以此是尺寸精度、表面光潔度、最大輪廓尺寸等等。在鑄造方法確定后，進(jìn)行鑄造工藝性的判斷，驗(yàn)證合金的流動(dòng)性和收縮率是否滿足給定的工藝性要求。若否，則需要對形狀信息參數(shù)進(jìn)行修改，若是，則可以從經(jīng)濟(jì)性角度對所有鑄造方法進(jìn)行比較，選擇成本最低的一種。

3 結(jié)語

綜上所述，在傳統(tǒng)鋁合金鑄造中，工藝設(shè)計(jì)都是依靠專業(yè)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和知識，在這樣的情況下，工藝生產(chǎn)很可能因重大缺陷的存在而前功盡棄，造成時(shí)間和資金的大量浪費(fèi)。對此，可以引入現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過反復(fù)試驗(yàn)的方式確定最佳的工藝方法，在計(jì)算機(jī)模擬中對鑄造工藝存在的問題進(jìn)行確定，針對性的做出優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的提升以及生產(chǎn)周期的縮短，提高經(jīng)濟(jì)效益。