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张莉
安徽江淮汽车股份有限公司技术中心
摘要:通过对变速器悬置安装点的结构、变速器压铸铝合金壳体的材料、探伤等进行分析，确认悬置安装点开裂的最主要原因为悬置凸台安装处存在较严重的孔穴类缺陷。通过对压铸铝合金的加工工艺进行分析，确认孔穴产生的根本原因。
关键词:变速器;悬置;安装点;压铸铝合金;孔穴
0引言
在车辆批量生产下线时有时会发生变速器悬置安装凸台处断裂现象。(图1)。对开裂壳体进行切割后发现，断面有直径较大的孔穴类缺陷，且数量也较多见图2。发生断裂的变速器壳体为铝合金压铸件，牌号为ADC12。
1原因分析
1.1材料方面
对故障件与变速器厂家早期提供的OTS认可件进行材料检测，检测结构见表1:
此牌号的压铸铝合金为废旧铝与新的铝合金两者混合加工制成，从表1整体材料含量分布可以看出，故障件压铸铝合金废旧铝合金含量过多，且其中硅元素含量超标。硅元素改善铝合金流动性，抑制高温脆性，降低收缩率和热裂倾向，但硅含量越高铝合金脆性越大。
1.2探伤检测
对断裂变速器壳体、OTS认可件的壳体进行探伤检测，检测图片见图3、图4、图5。
从图3、图4可以看出，断裂壳体1#故障件孔穴直径较大，2#故障件气孔面积较大，都超出标准JB2702中关于孔穴的要求。变速器壳体孔穴要求一般执行的是JB2702中2级标准，不允许有超过规定的孔穴存在见
表2:
综上所述:从图3、图4、图5对比可以看出，变速器壳体厂家在产品OTS认证期提供的变速器壳体探伤检测未有任何缩孔、缩松等缺陷，而故障件整体结构不致密，孔穴类缺陷直径大、分布广、数量较多。对于承受载荷的悬置凸台，其螺栓的打紧力矩为60 N•m，此处疏松的结构不足以承受那么大的力矩，势必导致如图1处壳体开裂。
2产生孔穴类缺陷根本原因分析
缩孔与缩松是铸件在冷却过程中内部补偿不足而造成的孔穴，如下列情况:
a)铸件在结构上壁厚变化大;b)压射比压低;c)浇注温度过高;d)内浇道压力传递不足。下面通过铸件壁厚、压力参数、速度参数、温度参数等因素对上述原因进行深层次的分析。
2.1断裂处结构分析
压铸模具壁厚一般不大于20 mm，为保证无缩孔，一般应做中间镂空结构，且缺少相应得易出模结构，故障件悬置安装凸台较厚，而且变速器壳体与悬置凸台相连处的壁厚只有2.9 mm。铸件在结构上壁厚变化大，在压铸过程中压铸不到位，极容易产生缩孔及缩松。
2.2压力参数
压力来源是高压泵，它是获得组织致密、轮廓清晰的压铸件的重要因素。在压铸过程中，压力不是一个常数。通常用压射力和压射比来表示。
a)压射力
压射力又分为填充压射力和增压压射力。
b)填充压射力的计算式
Fy=Pg AD
式中:Fy为填充压射力(N);Pg为液压系统的管路工作压力(MPa);AD为压铸机压射缸活塞的面积(cm2);AD=πD2/4 D为压射缸活塞的面积(cm2)
c)增压压射力的计算式(无增压机构时，不必计算)
Fyz=Pgz Ad
式中:Fyz为增压压射力(N); Pgz为压射缸内增压后的液压压力(MPa);
d)压射比压
压射比压是压室内金属液在单位面积上所受的压力，又分为填充比压和增压比压。
e)填充比压的计算式Pb=Fy/Ad
式中:Pb为填充比压(MPa);Fy为填充压射力(N); Ad为压室冲头的面积(cm2)。
f)增压比压的计算式Pbz=Fyz/Ad式中: Pbz为增压比压(MPa);Fyz为增压压射力(N); Ad同上。
g)表3为推荐选用的增压比压
因为变速器壳体的悬置安装凸台为铝合金受力铸件，而且压铸件壁厚大于3 mm，因此压射比压值要取100 MPa，
而从故障表现来看，变速器壳体厂家在压铸时增压比压并未达到推荐值。
2.3温度参数
压铸过程的热因素是提供良好的填充条件的基本因素之一。控制和保持热因素的稳定性。应有一个相应的温度规范。通常，热因素的温度规范用金属液的温度和模具的温度来表示。 a)金属液的温度
金属液的温度是指金属液自压室至填充型腔这个时段的平均温度。一般以高于压铸合金液相线温度10℃～20℃为宜。有时可能选择稍高的温度。
b)模具温度
压铸过程中，模具总处在热状态下工作，这为填充条件提供了基本的保证。通常，在模具安装后，金属液首次压射入模具型腔之前，应对模具预先加热至150℃～180℃
c)表4为推荐的温度参数
2.4内浇道压力传递
余料饼厚度对内浇道的压力传递有至关重要的影响:对于冷室压铸机来说，在压射过程完成时，尚留有一定厚度的金属余料在压室内，这一金属余料便称为余料饼。余料饼的厚度对金属液凝固阶段的压力传递起着决定性的作用。余料饼过薄，自身过早就凝固。增压的压力无法传递到型腔内;余料饼过厚，则增压的压力消耗在压实尚未凝固的金属上，以致型腔内的金属同样得不到压力的传递。适宜的余料饼厚度大致地按余料饼的直径(即压室的直径)的适当比例选取，一般以小于余料饼直径的一半为宜。综上所述，为了解决缩孔、缩松问题变速器壳体供应商所需做的工作:
1)改善铸件结构，使铸件壁厚均匀;2)提高压射比压;3)在可能的条件下降低浇注温度;4)适当改善浇注系统，使压力更好地传递。
3结论
1)关于故障件材料方面，硅元素含量超标，使变速器壳体较脆，对壳体上悬置安装点开裂有一定影响。
2)在变速器壳体压铸过程中，壳体厂家为了实现利润的最大化，调整了压铸工艺，使得整个变速器壳体结构缩松，不能够满足悬置安装点的强度与应力要求，是导致变速器壳体开裂的最根本原因。
