鋁合金整體式轉(zhuǎn)向器殼體鑄造工藝設(shè)計

■ 夏貴光，劉海軍，陳家木

轉(zhuǎn)向器殼體是汽車轉(zhuǎn)向器總成中的一個重要零部件，在汽車零部件中屬于D類保安件，不僅要求產(chǎn)品外部的表面質(zhì)量，而且要求鑄件本身達(dá)到一定的強度。轉(zhuǎn)向器殼體件的質(zhì)量控制一直是鑄造行業(yè)內(nèi)的技術(shù)難題，而控制產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵是澆注系統(tǒng)的設(shè)計和鑄造工藝參數(shù)的選擇。

一、產(chǎn)品分析

（1）產(chǎn)品介紹 轉(zhuǎn)向器殼體（見圖1）零件凈重1.70kg，理論壁厚6～7mm。試壓要求壓力7MPa、2min不漏。內(nèi)腔尺寸通過機加工保證，承壓段加工余量單邊2mm，非承壓段加工余量1mm。

（2）熱節(jié)分析 如圖2所示。

二、工藝方案

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，初步確定工藝方案有：重力鑄造工藝及傾轉(zhuǎn)鑄造工藝。

1. 金屬型重力鑄造方案

（1）方案設(shè)計思路 ①熱節(jié)1和熱節(jié)2處設(shè)置冒口，有利于大熱節(jié)補縮。②分散內(nèi)澆道，縮短充型距離，有利于鑄件充型。③連澆帶冒設(shè)計，有利于模具分型，簡化結(jié)構(gòu)。④鑄件兩端設(shè)置排氣冒口，有利于模具型腔排氣。

（2）工藝參數(shù)設(shè)計 冒口重量1.13kg ；鑄件重量2.17kg；澆注系統(tǒng)重量1.78kg；設(shè)計澆注時間6s；選用充型速度15cm/s；澆注系統(tǒng)設(shè)計比例F直∶F橫∶F內(nèi)=1∶2.20∶2.90。計算得F內(nèi)為1358mm2，F(xiàn)橫為1046mm2， F直為476mm2。鑄件工藝出品率42.7%。鑄造工藝如圖3所示。

（3）模擬分析 ①參數(shù)設(shè)計。②完全凝固時熱節(jié)分布（見圖4），設(shè)定澆注溫度：730℃；砂芯溫度：80℃；模具溫度：300℃。③凝固時間分布（見圖5），固相百分?jǐn)?shù)達(dá)到30%時所需要的時間。

圖1

圖2

2. 金屬型傾轉(zhuǎn)鑄造方案

（1）方案設(shè)計思路 ①入水口下端在同一平面，有利于鑄件充型平穩(wěn)。②熱節(jié)2、熱節(jié)4設(shè)置入水口，有利于簡化模具結(jié)構(gòu)。③熱節(jié)1、2、4和管口設(shè)置冒口，有利于熱節(jié)補縮。

（2）工藝參數(shù)設(shè)計 冒口重量1.91 kg ；鑄件重量2.25kg；設(shè)計澆注時間6s；選用充型速度15cm/s；鑄件工藝出品率54.1%；澆注系統(tǒng)設(shè)計比例為F直∶F橫∶F內(nèi)＝1∶2.20∶2.90。

計算得： F內(nèi)＝1358mm2， F橫＝1046mm2， F直＝476mm2。

3. 模擬分析

（1）完全凝固時熱節(jié)分布（見圖6），澆注溫度730℃，砂芯溫度80℃，模具溫度300℃。

（2）凝固時間分布（見圖7），固相百分?jǐn)?shù)達(dá)到30%時所需要的時間。

三、對比分析

金屬型重力鑄造與金屬型傾轉(zhuǎn)鑄造生產(chǎn)情況對比見附表。

通過對比可知，金屬型傾轉(zhuǎn)澆注除在設(shè)備數(shù)量較少，可能導(dǎo)致大批量生產(chǎn)時產(chǎn)能不足外，其他各項指標(biāo)均優(yōu)于金屬型重力澆注或與其持平，項目組在組織評審后認(rèn)定金屬型傾轉(zhuǎn)澆注方案更佳。

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

金屬型重力鑄造與金屬型傾轉(zhuǎn)鑄造生產(chǎn)情況對比

四、結(jié)語

該產(chǎn)品采用金屬型傾轉(zhuǎn)鑄造工藝生產(chǎn)后，該殼體一次試壓合格率達(dá)到98%，更好地保證了轉(zhuǎn)向器殼體鑄件質(zhì)量。