Dmax油底壳压铸浇注系统的设计

　　文/大连亚明汽车部件股份有限公司/葛春东 王淑清

　　摘 要：应用Anycasting软件，对Dmax油底壳压铸成形过程进行了模拟。通过观察铝液的填充过程，以及不同浇注方案铸件充型过程的分析和可能产生的铸造缺陷的预测，确定了铝液从铸件两侧同时填充的浇注系统设计方案，经实际生产验证获得了较好的效果。

　　关键词：铝合金、压铸、浇注系统、模拟分析

　　随着汽车行业升级换代的步伐不断加快，新型铝合金压铸零部件结构越来越复杂、铸件内部品质要求高、开发周期越来越短。铸造模拟分析(CAE)以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心，对铸件进行铸造工艺分析，对提高铸件内部品质、缩短开发周期、降低成本等方面具有重要的意义。

　　笔者利用Anycasting铸造过程仿真分析软件，对Dmax油底壳的浇注系统进行了设计，对压铸成形过程进行了模拟，运用模拟结果分析了充型对铸件成形及铸件外观的影响，旨在为选择合理的浇注系统提供依据。

　　1. Dmax油底壳的结构分析

　　我公司开发的一种新型发动机(Dmax)油底壳压铸件，质量为4.724kg，外形尺寸为625mmX280mm×105mm，平均壁厚为2.5mm，材料为GMW5M-Al-Si8Cu3(Fe)。与发动机零件的装配关系：上表面是与发动机缸体通过螺栓连接，下表面和冲压成形的油底壳下体连接，铸件内部品质要求较为严格，零件的上下表面气孔不得大于2mm，机油尺孔和油位传感器面气孔不得大于0.5mm。气密性试验要求：加工后整个腔体要求在75kPa的压力下泄漏量不大于10 cm3/min。

　　2. 浇注系统的设计

　　2.1设计分析

　　图1为Dmax油底壳压铸件的结构简图，由于铸件尺寸较大，壁厚较薄，中空结构会导致零件填充困难，因此浇注系统设计时要选择有利于充型的浇道位置和溢流排气结构，避免气孔要求较高的部位由于填充不良和排气紊乱产生气孔、冷隔等铸造缺陷，另外阻流板安装凸台等壁厚部位是发生缩孔、缩松压铸缺陷的区域，浇口设计时要充分考虑增压补缩的要求。

　　2.2 设计方案

　　根据以往油底壳类产品的设计经验，结合压铸件的结构特点，设计了两种不同的浇注系统。方案一是一种传统的、常用的多分支浇道结构方案，铝液从铸件一侧填充，考虑到铸件中空的特点，在中空部位增加4个过桥，辅助铸件填充，在另一侧开设溢流槽和排气槽。

　　图2是另一种浇注系统方案，铝液从铸件两侧同时填充，这种浇道形式在油底壳模具设计中不是很常用，考虑到零件中空的特点，所以也将这种浇道形式作为备选方案。

　　3.模拟过程和分析

　　在压铸过程中，压铸的工艺参数包括压力、充填速度、模具型腔和合金的温度等，这些参数影响到铸件填充和最终铸件品质。在应用Anycasting进行模流分析时，首先定义这些参数条件来模拟正常生产情况下的铝合金压铸充填凝固的过程。试验选取的压铸工艺参数见表1和图3，在这种条件下，对两种设计的充型过程进行了对比分析，据此制订较为合理的设计方案。

　　3.1 方案1填充过程的模拟分析

　　图4为浇注系统方案1填充过程的模拟结果，金属液通过浇口后，从铸件一侧边缘沿着铸件壁向下填充，填充末端多股铝液冲击汇合造成紊乱，卷入气体过多，中部过桥辅助填充的效果好像不是很明显，由此可能造成填充末端产生冷隔、浇不足、气孔等缺陷。进一步对浇口和中间过桥部位的填充进行分析，见图5。从0.256 9s(填充41%)到0.374 7s(填充60%)，铝液在中间过桥进料口部位停留很长时间(118ms)，这样会导致中部过桥进料口填充过程局部凝固，阻碍铝液的填充，并且中部过桥填充过程中铝液存在回流和卷气现象，因而辅助填充的作用将大大降低。

　　3.2 方案2填充过程的模拟分析

　　方案2压铸充型过程模拟结果见图6。金属液通过浇口后，从铸件两侧边缘沿着铸件壁向下流进型腔，待金属液平稳进人型腔后，开始沿着铸件散开，之后顺序填充，先充满铸件两侧再填充溢流槽，整个压铸件的充型时间约为0.7114 s，填充过程中没有过多的紊流和卷气现象。

　　4. 浇注系统设计方案的确定

　　浇注系统设计方案1由于中部4个过桥起不到辅助填充的作用，使填充末端铸件产生的铸造缺陷的概率大大提高，铸件会产生拉痕、冷隔、浇不足等外观缺陷，填充末端的紊流和卷气会影响零件内部品质，进而对零件密封性能产生影响，造成渗漏。浇注系统设计方案2在整个充型过程中顺序填充，铝液没有紊流卷气现象，铸件不会产生拉痕、冷隔、浇不足等外观缺陷，同时两侧浇道对两侧壁厚较大的阻流板装配凸台起到增压补缩等作用，能减小缩孔产生的几率。

　　5. 试模验证

　　采用第2种浇注系统设计方案进行模具设计和制作，并进行压铸生产调试，铸件有很好的外观和内部品质，加工表面气孔满足要求，铸件气密性试验合格率达到100%。

　　6. 结语

　　将CAE的模流分析用在Damx油底壳压铸模浇注系统设计中，分析了两种不同浇注方案的铸件充型过程和可能产生的铸造缺陷，从而优化了压铸浇注系统，在设计阶段尽量减少铸件缺陷产生的概率，缩短零件开发周期，提高铸件的品质，通过实际生产验证获得了较好的效果。

　　壳体三联孔镶嵌件的压铸工艺开发

　　文/哈尔滨爱迪压铸有限公司/刘维刚

　　摘要: 针对某结构复杂的压铸件来说，由于壁厚不均匀，导致局部容易出现气缩孔，采用镶嵌件的工艺手法，来减少局部热节，并在生产过程中，对镶嵌件进行相应的控制，来增加其工艺的稳定性，使得压铸件的良品率大幅度提高。

　　关键词：气缩孔、镶嵌件、复杂压铸件

　　近年来，我国压铸件产量以约10.9%的年增长率迅速增长。压铸过程中，压铸件的壁厚不宜超过4.5毫米，壁厚过厚时，铸件易产生外表面凹陷，壁厚不均匀又易产生内部缩孔。缩孔是压铸产品试制和生产中最为常见的缺陷。

　　一、铸件三联孔的结构

　　壳体三联孔部位(图1所示)由于产品结构比较复杂，导致此部位的壁厚高于平均壁厚3倍多，这样此产品在制作时难度很大。通过模拟分析，在正常生产过程中壁厚均匀部位的凝固时间约为3.9秒，而三联孔部位的凝固时间为6.9秒。所以三联孔部位在3.9秒以后没有液态金属为其补缩，导致出现气缩孔的比例较大。使产品的良品率一直不高，此问题一直困扰着我们，大家都在探索怎样改进现有工艺，来提高产品此处的质量，经过多年研究，最终我们通过增加镶嵌件，来控制此处缩孔现象。

　　1.1 壳体三联孔部位的结构

　　图2为壳体三联孔部位剖切图，图上表示的三联孔部位有三个方向需要加工，其中x向为3-Φ8.1、y向为Φ8.1、z向为3-Φ12。三联孔端面距离y方向中心孔位置为11.5mm，加工深度为37.5。

　　现在所有生产此壳体的厂家，所采用的工艺方法均为图2所示x的方向作出三个底孔，其他两个方向均是实体结构。这种状态局部壁厚过厚，生产时产生较大热节，出现局部缩孔的缺陷。导致产品不合格，无法保证此处的内部质量。

　　经过几年的努力研究在三联孔部位增加了镶嵌件。我们经过多次试验，防止镶嵌件由于铝液冲刷出现蹿动情况，导致加工后有残留。并最终确定了镶嵌件的形状和尺寸。

　　二、镶嵌件的结构、工作原理

　　2.1 镶嵌件的结构(如3)

　　我们通过图2所示的壳体三联孔部位三个方向的加工情况作出的镶嵌件，按照三个方向的加工大小不同，做出相应尺寸，构成镶嵌件结构。考虑到了以往工艺中，不能同时照顾其他两个方向，使其同时照顾三个方向不产生缩孔，同时要保证三个方向有足够的加工余量，在加工过程中不出现残留现象。同时为了安装方便，我们在镶嵌件内做出三个预留孔，与模具上的三根型芯做紧配合。

　　2.2 镶嵌件的生产

　　我们设计了一套镶嵌件的模具，生产镶嵌件。再生产过程中进行如下控制要求，保证镶嵌件的质量。

　　(1)运用专用检具进行检验，对外观质量进行自检，不允许有冷隔、不成型的产品出现;

　　(2)镶嵌件上的三个预留孔不允许出现渗铝、刮件的情况，防止三根型芯尺寸出现弯曲。

　　(3)要求清理镶嵌件上的所有飞边毛刺;不允许有残留;防止安装时，出现偏差。

　　(4)由于生产时镶嵌件表面出现油污，导致安装镶嵌件时油污挥发产生大量气体，我们将镶嵌件表面进行处理，清理掉表面上的油污，同时也是为了增加镶嵌件和铸件的结合力。

　　2.3 压铸时安装镶嵌件的控制方法

　　壳体内安装的镶嵌件如图4所示。在生产壳体时，将镶嵌件安装到模具上相对应的三根型芯上。防止镶嵌件由于铝水冲刷，产生蹿动。我们所要控制的就是和型芯平行方向的跳动、防止镶嵌件在安装过程中发生断裂，以此来保证镶嵌件在壳体内的位置度不发生变化。

　　镶嵌件在型芯平行方向发生跳动有三种情况：在生产过程中可能出现安装不到位、安装过盈的情况和被铝液冲起等两种情况，导致镶嵌件在产品中发生倾斜，加工时出现残留，影响产品质量。这些缺陷使产品质量产生不稳定的情况。我们制定出相应的控制措施：

　　(1)为查看镶嵌件在铸件的显露状态，我们对镶嵌件端面进行特殊处理。

　　(2)使用专用胎具进行安装，控制镶嵌件安装时的平稳;

　　(3)生产时目视检查经过特殊处理的镶嵌件端面是否与壳体表面相平，防止镶嵌件在壳体内部产生位移，影响加工质量，如出现不平的现象时，要求对其进行拨开，查看显露状态(如图5);

　　(4)通过无损探伤检测三联孔部位的内部质量，控制镶嵌件在壳体内的状态;

　　(5)利用专用检具检测三联孔孔位是否正确，防止孔位出现偏差。以便于在实际生产的时候可目视检查。

　　(6)模具上要求此处增加点水冷控制，降低局部温度。

　　三、使用镶嵌件的效果

　　增加镶嵌件以后，使三联孔部位的壁厚与铸件平均壁厚相差无几，同时也起到了局部冷却的作用，使其不会再出现由于局部过厚，出现缩孔的现象。增加镶嵌件后壳体产品的合格率由原来的85%提高到现在的96%。此部位极少出现因缩孔报废的现象，合格率大幅度提高。

　　总结

　　经过我们长时间的研究和探索，最终研究出了镶嵌件。使得壳体三联孔部位的缩孔得到了很好的控制。并且镶嵌件在机加过程中也相当稳定，很少出现机加后镶嵌件残留的现象。使得壳体的合格率大幅度提高。这种工艺方法解决了困扰我们多年的技术难题。