基于鑄造 CAE的離合器殼體工藝優(yōu)化

摘 要：針對(duì)某機(jī)型離合器殼體鑄件在生產(chǎn)中出現(xiàn)的氣孔問(wèn)題，對(duì)離合器殼體壓鑄充型、凝固過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，

基于模擬結(jié)果，對(duì)殼體壓鑄工藝進(jìn)行了優(yōu)化，以指導(dǎo)殼體質(zhì)量的改善。

關(guān)鍵詞：離合器殼體；氣孔；壓鑄；數(shù)值模擬；工藝優(yōu)化

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，汽車行業(yè)規(guī)模也逐漸的發(fā)展擴(kuò)大；同時(shí)汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也愈發(fā)激烈。對(duì)企業(yè)質(zhì)量成本進(jìn)行控制，不僅是順應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)體制變化的必然趨勢(shì)，也是提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑[1，2]。

離合器殼體是發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱連接的重要零部件，是除缸體和缸蓋之外的大型鑄件。因此這類鑄件質(zhì)量成本控制是放在首當(dāng)其沖的位置，而殼體生產(chǎn)制造過(guò)程質(zhì)量成本控制是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于殼體結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，流動(dòng)阻力大，充型困難，而且液態(tài)金屬以很高的速度填充型腔時(shí)，金屬流呈紊流狀態(tài)，易產(chǎn)生氣體卷入而形成空洞缺陷 [3、4、5]。本文通過(guò)軟件模擬再現(xiàn)殼體鑄造過(guò)程[6]，分析氣孔產(chǎn)生的原因并制定有效改進(jìn)方案，從而對(duì)殼體鑄造質(zhì)量進(jìn)行改善。

1 器殼體相關(guān)信息介紹

1.1 殼體基本信息

離合器殼體外形尺寸 415mmX350mmX193mm，平均壁厚4mm，重量7.4KG，材料AlSi9Cu3，毛坯尺寸精度CT6

級(jí)，其結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。

1.2 離合器殼體模具結(jié)構(gòu)

模具動(dòng)、靜襯模材料采用熱作模具鋼 DIEVAR，型芯材料H13，模架材料45#。由于離合器殼體產(chǎn)品模具結(jié)構(gòu)較復(fù)，共6處鑲塊成型，其中動(dòng)模鑲塊有4個(gè)，為了防止動(dòng)模內(nèi)抽芯壓鑄過(guò)程中退位，其中3個(gè)增加了機(jī)械限位， 1處小芯子由油缸推力封鎖。進(jìn)料一共有 4股，除一處主進(jìn)料其余均為輔助進(jìn)料口，其中2股在左滑塊上。模具結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖2。

1.3 壓鑄機(jī)及工藝參數(shù)

離合器殼體選用的壓鑄機(jī)是力勁 DCC2000，鎖模力 2000KN，為了保證壓室充滿度，選用.120mm的沖頭。其主要工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

1.4 離合器殼體在現(xiàn)生產(chǎn)中主要廢品形態(tài)

離合器殼體從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到后續(xù)量產(chǎn)，期間做過(guò)一些工藝改進(jìn)，質(zhì)量有一定改善。壓鑄綜合廢品率基本控制在5%左右。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)生產(chǎn)廢品形態(tài)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，其中 601、802孔氣孔比例占到總廢損比例的85%，見(jiàn)表2。

2.1

壓鑄充型凝固過(guò)程模擬

2.1.1

分析數(shù)據(jù)輸入

由于殼體鑄件尺寸大、形狀復(fù)雜，在計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬過(guò)程中網(wǎng)格剖分?jǐn)?shù)量很大，模擬的難度就很大[7]。為了確保分析結(jié)果與現(xiàn)生產(chǎn)情況的一致性，還需要考慮冷卻水道的影響，因此從導(dǎo)入的STL文件導(dǎo)入到數(shù)據(jù)輸入都與現(xiàn)生產(chǎn)模具和壓鑄參數(shù)都保持一致，并盡可能考慮更多的影響因素，圖3是導(dǎo)入的帶有冷卻水管路STL文件。

2.1.2 模擬結(jié)果與缺陷原因分析：

（1）圖4中601孔的.28.5沉臺(tái)，為動(dòng)模內(nèi)抽芯。如果壓鑄機(jī)程序不設(shè)置成插芯后噴涂，很容易出現(xiàn)拉傷而導(dǎo)致加工黑皮；但噴涂后又不易吹干，容易出現(xiàn)殘留水汽。而且通過(guò)對(duì)填充過(guò)程中氣體分布的狀況看（見(jiàn)圖 5），孔內(nèi)出現(xiàn)裹氣，是此處產(chǎn)生表面氣孔和皮下氣孔的主要原因。

（2）801孔的.20的沉臺(tái)，由上滑塊鑲塊成型，處在進(jìn)料末端。雖然底部有渣包，且與排氣槽相連，但從填充過(guò)程看，由于圖7中渣包提前填充，使臺(tái)階孔附近的2個(gè)渣包無(wú)法順利排氣，導(dǎo)致圖8區(qū)域氣體無(wú)法順利排出，從而產(chǎn)生氣孔。

3 殼體工藝改進(jìn)

3.1根據(jù)模擬結(jié)果和缺陷原因分析，制定了以下工藝改進(jìn)方案

①由于.28.5的沉臺(tái)孔無(wú)法設(shè)置渣包，只能依靠型芯配合間隙來(lái)起到排氣效果，除了調(diào)整配合端長(zhǎng)度和間隙，在避空段銑扁以留出足夠空間進(jìn)行排氣，見(jiàn)圖9和10。

②由于圖7中渣包提前填充，起不到排氣效果，容易裹氣，將.20沉臺(tái)孔下方的2個(gè)渣包隔開(kāi)并與另一側(cè)排氣塊相連，見(jiàn)圖11和12。

3.2 X射線探傷結(jié)果對(duì)比

通過(guò)模具對(duì)改進(jìn)前后生產(chǎn)的鑄件進(jìn)行X射線探傷對(duì)比分析，離合器殼體601、801孔氣孔缺陷得到明顯改善，見(jiàn)圖13和14，綜合廢品率下降至0.8%。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)壓鑄現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的準(zhǔn)確模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果與壓鑄實(shí)體零件相結(jié)合分析，能夠較為直觀的發(fā)現(xiàn)各種鑄造缺陷產(chǎn)生的原因，本文分析出離合器殼體的氣孔缺陷主要是卷入型氣孔。

（2）針對(duì) 2處不同的氣孔缺陷問(wèn)題，分析了形成原因，采取不同的對(duì)策，從改善型芯和渣包的排氣效果方面考慮，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，為質(zhì)量改善提供精準(zhǔn)對(duì)策。

參考文獻(xiàn)：

[1]王芳，趙海東，張克武，等 .ADC12壓鑄件孔洞與力學(xué)性能關(guān)系的研究 [J].特種鑄造及有色合金，2008，28（3）：204-207.

[2]閆焉服，熊守美，柳百成，等 .鑄造壓力對(duì) ADC12壓鑄件孔洞和力學(xué)性能的影響[J].鑄造，2007，56（11）：1 171-1 174.

[3]白硯飛，趙海東，劉小華，等.壓鑄件氣體卷入的數(shù)值模擬及驗(yàn)證 [J].特種鑄造及有色合金，2009，29（10）：924-926.