铜合金防臭地漏是建材行业中常用的起密闭下水管道作用的小型压铸件，质量轻、价格低廉。随着建筑业的飞速发展，市场对此类产品的需求量日益增大，但由于部分厂家的压铸工艺不合理，在产品生产过程中常出现裹气、氧化物夹杂等压铸缺陷，影响了产品的表面质量和使用性能。现在对铜合金防臭地漏压铸件进行工艺分析的基础上，采用流体动力学软件Flow3D对其压铸成形工艺进行数值模拟，分析各浇注系统的优缺点，以期较终得到适合该产品压铸生产的较合理的工艺方案，进一步提高铜合金防臭地漏的产品质量，为实际生产提供参考。
2工艺分析及主要压铸工艺参数
2.1工艺分析
图1所示为铜合金防臭地漏的压铸毛坯，重0.32kg，外形尺寸为100mmXl00mmX20mm，较小壁厚2mm，较大壁厚10mm，脱模斜度1.5度。从结构上看，该零件属于薄壁简单类零件，材料为YZC\12n40Pb，材料力学性能如下：σ大于等于300MPa，伸长率δ≥6%，布氏硬度≥85HB。零件生产批量大，较适合采用压铸工艺生产。
2.2主要压铸工艺参数
(1)压力和速度。根据该铸件的壁厚、压射比压，压力取经验数据80MPa。对于薄壁或表面质量要求高以及形状复杂的铸件应选择较高的充填速度，现选取30m/s。
(2)温度。根据该合金的液相线，取浇注温度为1250K。模具温度一般以金属液凝固温度的1／2为限，现选取623K。应注意的是，在连续生产中，压铸模温度往往升高，尤其是压铸高熔点合金时升高很快。而温度过高除了会使液态金属产生粘模外，铸件冷却缓慢，晶粒粗大。因此，在压铸模温度过高时，应采取冷却措施，通常用压缩空气、水或化学介质进行冷却。
(3)充填、保压和开模时间。充填时间根据铸件的结构和内浇口的截面积确定为0.56～0.84s。保压时间的长短取决于铸件的材质和壁厚，应根据实际情况作出调整。开模时间按铸件壁厚1mm需3s计算，取为18s。
(4)锁模力计算。根据公式：
Fs≥K(Fz+FF)
式中：Fs_压铸机锁模力，kN；Fz—_主胀形力，kN；FF-分胀形力，kN；K-安全系数，一般K-1.25。可确定锁模力应大于740kN。
3浇注系统设计与数值模拟
3.1浇注系统设计
压注模的浇注系统是金属液在压力作用下填充型腔的通道，它由直流道、横流道、内浇口和余料等部分组成。按照金属液进入型腔的部位、内浇口形状等不同，设计了如图2所示的3套方案。
3.2各方案的数值模拟
3.2.1方案1的模拟结果
由图3(a)可见，金属液充型完成时氧化缺陷主要存在于液体较后填充部位，即防臭地漏的圆形端部，方案1在圆形端部设置环形溢流槽可有效收集氧化夹杂，溢流槽设置比较合理。此外，由图3(b)可见，充型完成时金属液的温度从1250K下降到1237K左右．温度下降较少，温度从方形法兰面向上逐渐降低，温度较低处位于金属液较后填充的溢流槽附近，方形法兰面的温度分布比较均匀。
3.2.2方案2的模拟结果
由图4(a)可见，方案2在金属液充型完成时的氧化物缺陷相对较多，并且主要集中于内浇口附近横流道切线的背面，这主要是由于2道金属液冲击的部位易产生飞溅和裹气造成的，此外方形法兰面上也有少量夹杂物。图4(b)的模拟结果显示：充型完成时，金属液温度从1250K下降到1130K左右，温度变化较大，温度较低的位置位于方形法兰的4个端部，因而方形法兰面上易出现由热应力导致的微裂纹。
3.2.3方案3的模拟结果
由图5(a)可见，方案3在金属液充型完成时的氧化物缺陷主要集中在较后填充的方形法兰边缘的溢流槽附近，同时3道金属液充填引起的飞溅明显增多，且金属液互相撞击容易产生涡流、裹气和夹杂等缺陷。图5(b)显示充型过程中金属液温度下降较大，从1250K下降到1100K左右，温度较低的部位在分型面处。
3.3结果分析
通过采用Flow3D软件对所设计的3套浇注系统进行氧化物缺陷和温度场分布模拟，可以得到以下对比结果：
方案1：金属液从法兰外沿切线注入，另一端设溢流槽和排气槽时，充填排气条件良好，去除浇口和溢流槽方便，氧化物夹杂几乎都进入溢流槽，溢流槽位置设置比较合理，金属液温度下降较少，飞溅也比较少。
方案2：采用中心浇口，铸件中间孔大，有条件设浇注系统，金属液沿切线方向从型腔流向分型面，有利于排气和热平衡。但横流道切线的背面为较后填充部位，氧化物夹杂比较多，温度下降较多，金属液的飞溅易引起裹气、缩孔等缺陷。
方案3：采用中心浇口，氧化缺陷较少，但3道金属液同时充填，互相撞击很易引起飞溅、涡流、裹气和夹杂等缺陷，金属液温度下降较大。
综合比较上述3套浇注系统的设计方案发现，采用方案1更为合理。厂家的生产检验也表明，采用方案1压铸成型的铜合金防臭地漏表面质量好，氧化物夹杂、裹气等压铸缺陷明显减少，产品性能得到提高。
4结束语
(1)在压铸模设计过程中充分利用CAD/CAE技术可缩短设计周期，提高设计效率，有效减少试验次数，大幅降低企业的设计成本。
(2)采用方案1，即切线缝隙浇口，金属液从法兰外沿切线注入，另一端设溢流槽和排气槽，充填排气条件良好，夹杂物少，产品质量好，是3套方案中较适合该产品生产的工艺方案。