解决汽车部件砂孔与气密性失效问题

  来自智铸超云用户真实投稿，

「设计案例精讲」系列，带你了解智铸超云模流仿真在生产端的落地实践！

本期案例来自无锡国进精密机件科技有限公司，压铸工艺工程师韩工、李工投稿。

该公司批量生产的一款水嘴产品，砂孔不良率 8.5%左右，密性检测综合不良比例达 2.7%。该产品适配某汽车主机厂 T2500 吨电机壳体冷却对锁件，对结构致密性和气密性能要求严格。高达11.2%的综合不良率严重影响公司交付，为公司和客户造成较大经济损失。

项目团队引入智铸超云模流仿真平台，借助模流仿真的直观验证能力，成功将一个长期高风险产品，转化为质量稳定的量产件。

本案例产品为铝合金水嘴件，用于某汽车主机厂 T2500 吨级电机壳体冷却系统的对锁部件，其核心作用是确保散热模块稳固安装，明确要求气密性压力要求4bar，泄漏量＜0.12ml/min。

由于产品内部壁厚差异大，最薄处约 3mm，密封槽区域壁厚约 7mm，导致铝液在充型过程中在壁厚处形成包裹卷气。加之产品外部存在多处机加工面，密封槽加工深度约 3mm，产品尾部圆环凸台加工深度约 1mm，使得该产品在机加工后频繁暴露砂孔与缩孔问题，一旦密封失效即存在严重质量风险。

生产数据显示，产品综合不良率达到11.2%左右，其中机加工砂孔不良率约 8.5%（局部批次最高达30%）、气密性测试不良率约 2.7%。该问题长期制约产能释放，并已造成客户投诉与经济损失，此前多轮经验式改善均未取得实质性突破。

因此，项目团队借助智铸超云模流仿真平台，以工程数据为依据，对缺陷机理进行系统科学定位和设计优化。

通过在智铸超云平台上进行多轮模流仿真分析，结果揭示以下关键问题：  

智铸超云模流仿真显示，该水嘴近似环形结构，充型过程中存在明显的两股液流对冲现象。一股液流优先填充对侧区域，另一股液流在浇口侧滞后，在浇口附近形成液流交汇与扰流包卷。同时，由于壁厚差异显著，液态金属在厚壁区域流速变化明显，加剧了气体卷入。

在改善前的卷起压力仿真结果中可以看到：流道内卷气明显，卷气压力分布区间高达 30–75 bar；浇口侧为卷气集中区，是气孔与气密失效的主要源头。

根据智铸超云缩孔仿真结果，浇口附近的加工区域为最后凝固区域，而浇口凝固过早，导致补缩能力不足；机加工后，该区域出现集中性的气缩孔暴露。这一结果与现场砂孔分布位置高度一致，为后续改善提供了明确指向。

综合诊断结论：

该缺陷并非单一补缩不足，而是液流对冲、卷气叠加、浇口凝固顺序不合理的综合结果。改变两股液流交汇对冲成为改善卷气的关键。

问题明确后，项目团队基于仿真结果，在不大幅改动模具结构、确保改模成本与周期可控的前提下，制定了针对性优化方案。

整个优化过程中，始终保证浇口布置在厚壁处，以保持压力传递基本原则不变，在此基础上进一步改善液流路径与排气条件。

首先，为避免两股液流在浇口侧直接对冲，调整中间一股液流的流向，改变两股液流交汇方式，使其分散填充，降低扰流强度。

其次，为解决卷气无法有效释放的问题，在浇口附近新增渣包，主动引导气体排出。原本最理想的渣包位置位于产品端面，但考虑后处理打磨难度，最终将渣包布置在浇口侧，既保证引流排气效果，又方便后续打磨去除。

从智铸超云优化前后的模拟对比结果看，卷气压力和气体含量的结果都得到了明显改善，优化前加工区域存在大面积高气压区域，优化后产品的高气压区域基本消失。气体含量的结果同样可以表征优化方案使产品缺陷得到了较大改善，特别是大端壁厚的加工区域。

优化方案完成后，通过智铸超云再次进行模流仿真验证，结果显示：

• 气体含量由改善前约 40% 降至 10% 以下；

• 卷气区域明显缩小，且不再集中于浇口侧；

• 液流充型顺序更加平稳，渣包有效承接被引出的气体；

• 原有的液流对冲现象基本消除，整体卷气得到显著改善。

优化方案落地后，项目组按照更严格的测试标准对量产产品进行了抽检验证，产品不良率显著下降。

• 检测样本：4000 件

• 砂孔不良率：1.2%

• 气密性不良率：1.5%
  

整体来看，产品综合不良率下降约8.5%，基本解决了长期困扰工厂的量产产能受限、品质波动大、客户投诉严重以及缺乏可靠优化方案等问题。此次改善为后续开新模提供了事实依据，对减少公司重复浪费和经济损失，具有重大现实意义。

1. 当面对多股流进浇产品而设计受限时，改进浇口布局和流道方向可作为改善料液交汇对冲的首选方法。

2. 模流仿真是快速定位问题与验证方案的关键工具，可显著降低反复试模的风险与成本，为优化决策起到关键作用。

3. 渣包布局至关重要，是复杂流动条件下引流排气的有效手段。

4. 浇口布置在厚壁处是传递压力的基本设计理念，必须遵从，不能随意改变。

5. 从仿真→试产→批量验证，案例建立了稳健的数据化验证优化闭环，为后续同类产品提供了经验。