基于ProCAST模流技术CAC702铝青铜接触网线夹套环压铸成型工艺研究

储文平

（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，江苏 常州 213179）

压铸成型是铝青铜产品成型的重要方法，具有充型快速、尺寸稳定等优点。本文以高铁接触网线夹套环为研究对象，通过对其铸造成型过程的模拟分析，从而针对性地进行工艺优化，所得产品性能在使用过程中得以验证。

1 零件结构及性能指标

1.1 结构分析

线夹套环为对称结构的复杂零件，左端为实心圆柱，最大直径为φ18mm，右端为不规则柱体，外径为φ40mm，内径为φ28mm，中部为L型凸型平台，厚度为5mm。零件最大壁厚为20mm，最小壁厚为5mm，三维造型如图1所示。

图1 线夹套环三维图

CAC702铝青铜具有良好的铸造性能，充型和流动性较强，适合铸造形状复杂的铸件，主要化学成分如表1所示。

表1 CAC702铸造铝青铜主要化学成分

1.2 性能指标

线夹套环要求产品表面光洁，不应有凹凸、裂纹、缩松等缺陷。

2 压铸方案设计

2.1 工艺分析

采用一模一腔的压铸模具生产。压铸机锁模力按下式计算：

式中，Fs为所需压铸机锁模力（N)；K为系数，一般取1～1.3，壁薄复杂件取大值；Ff为压铸时的反压力（N)；Ffa为有横抽芯时作用于滑块禊紧面上的法向反压力（N)；p为压铸机压射比压；∑A为铸件、浇注系统、余料、溢流槽在分型面上投影面积的总和；Fy为压铸机压射力（N)；D2y为压室直径（mm）；∑A1为活动型芯成型端投影总面积；A为楔形块的楔紧角。

结合实际，选取锁模力为4000kN的卧式压铸机，压室直径为80mm，偏心距离为100mm。

2.2 浇注系统设计

本铸件壁厚差距较大，冷却凝固不确定性因素较多，因此将浇口选在靠近中部的位置,结合铸件大小，根据经验公式，初步设定浇口截面积为84.2mm2，浇注方式设定了两种方案，如图2所示。通过模流分析对两种方案进行比较，择优选取。

图2 浇注系统设计

2.3 工艺参数设计

根据材料属性，初步设置压射比压为32MPa，增压比压为45MPa，最快压射速度为1.3m/s，最慢压射速度为0.1m/s，浇注温度1050～1100℃，并保持模具温度280～320℃，填充时间0.2s，保压时间5.5s。

3 模拟分析及优化设计

设置铸件网格尺寸为2mm，模具最大网格尺寸为6mm，如图3所示。

3.1 充型过程分析

两方案的充型过程如图4和图5所示，方案1刚开始填充时流体比较紊乱，随着填充的进行，流体逐渐趋于稳定，方案2在开始阶段流体比较平稳，但在填充快结束时，尚有一部分未能填充完成。在时间t=0.08s时，方案1基本完成填充并开始保压冷却，而方案2尚未完成填充。

图3 离散化网格划分

图4 方案1填充过程

图5 方案2填充过程

从金属液流动图可以看出，方案1在0.02s之后具有更加稳定的状态，铸件产生裂纹与缩孔的概率较小，而方案2在填充后期金属液流动较困难，存在缩孔缩松的风险。从冷却曲线可以看出，方案1冷却过程比较均匀且连续，方案2冷却时铸件和模具不同位置的冷却速度相差较大，存在变形开裂与应力集中倾向。总体比较，方案2更加科学合理。

3.2 缩孔缩松倾向分析

分析两种方案，由图6可以看出，方案1最大缩孔缩松为4.005%，而方案2的最大缩孔缩松为5.269%，而方案2存在两处潜在的缩孔缩松区域，综合比较，方案1更具有合理性。

图6 缩孔缩松分析

3.3 优化设计

在选择方案1之后，进一步对工艺参数进行优化设计，故将填充时间改为0.1s，将保压时间改为3.5s，压射比压调整为45MPa，增压比压调整为70MPa，浇注温度与模具温度保持不变，参数设置完成后，再次进行模流分析，结果如图7所示。与优化前相比，优化后的铸件填充时间更快，液流更加稳定，铸件冷却曲线更加平稳。

图7 优化后的铸件模拟结果

4 方案验证

方案优化后，以方案中参数为基本参照，生产了批量的线夹套环，成品如图8所示。该产品现已用于高铁接触网智能化在线监测项目，在使用过程中，充分验证了铸造工艺及产品强度的可靠性。

图8 线夹套环铸件成品

5 结语

铝青铜CAC702材质的线夹套环通过ProCAST技术模流分析并优化工艺参数，铸件在浇注温度1050～1100℃，模具温度280～320℃环境中，设置填充时间为0.1s，保压时间为3.5s，压射比压为45MPa，增压比压为70MPa的参数时，具有优良的工艺性能与使用性能，满足高铁接触网的使用要求。