液力變速器殼體壓鑄工藝研究及優(yōu)化

白丹，樊小龍

陜西法士特齒輪有限責任公司 陜西寶雞 722409

1 序言

近年來，隨著產(chǎn)品向輕量化方向發(fā)展，高強度、高韌性優(yōu)質(zhì)鋁合金鑄件被大量應用，國內(nèi)中重型商用車正快速實現(xiàn)全鋁合金化。液力自動變速器（AT）是相對于手動變速器出現(xiàn)的一種能夠自動根據(jù)引擎?zhèn)鬟f換擋的變速器[1]。其基本組成有液力變矩器、行星輪系、離合器及殼體等部件[1]。一方面，在安全性、易駕駛性、舒適性等方面遠勝于手動擋變速器[2]。另一方面，隨著對變速器性能要求的不斷提高及結(jié)構(gòu)設計的不斷改進，變速器殼體結(jié)構(gòu)越來越復雜，精度要求越來越高。殼體是變速器的關鍵零件，壓鑄毛坯質(zhì)量直接影響后期加工質(zhì)量，從而影響變速器的整體性能。

本文以液力自動變速器殼體為研究對象，分析生產(chǎn)中存在的鑄造缺陷，并進行優(yōu)化，為該鑄件的大批量生產(chǎn)提供了工藝參考價值[3]。

2 試驗材料與方法

2.1 鑄件及試驗材料

變速器殼體鑄件如圖1所示，外形尺寸為365mm×456mm×460mm，鑄件質(zhì)量約24kg，平均壁厚6mm，鑄件存在多路深腔高壓油道，壁厚變化大，鑄件尺寸精度要求較高，需預鑄結(jié)合齒，對鑄造精度提出了很大挑戰(zhàn)。

材料為ADC12鋁合金，化學成分見表1。選用布勒Cara440臥式冷室壓鑄機，采用一模一件的方式生產(chǎn)，鑄件三維實體模型如圖1所示。

表1 ADC12鋁合金化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

圖1 變速器殼體鑄件結(jié)構(gòu)

2.2 研究方法

自動變速器與手動變速器相比，由于工作腔內(nèi)壓力更高，尺寸精度、表面質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量都存在較高要求，因此研究其鑄造缺陷產(chǎn)生的原因并提出改進措施，分析優(yōu)化工藝方案，最終獲得幾何精度高和無缺陷的鑄件。

3 分析與討論

3.1 壓鑄工藝設計及模流分析

合理設計澆注系統(tǒng)，使金屬液充型平穩(wěn)，提高鑄件質(zhì)量[4]。由于鑄件結(jié)構(gòu)復雜，且平均壁厚僅為6mm，氣密要求高，因此設計合理的澆注系統(tǒng)至關重要。工藝方案設計如圖2所示，毛坯單重23.9kg，澆道重量9.8kg，渣包重量4.2kg，內(nèi)澆道總面積2824mm2。

圖2 液力自動變速器殼體工藝方案設計

殼體內(nèi)腔存在較大高度差，為保證內(nèi)腔同軸度，因此將澆口布置在鑄件兩側(cè)面進液，流道角度相對產(chǎn)品面。此方案相對來說流態(tài)較好，對內(nèi)壁的沖刷較小，到達各個區(qū)域的填充較易受控。模流分析如圖3所示。

圖3 模流分析結(jié)果

殼體模具結(jié)構(gòu)復雜，在實際生產(chǎn)中，由于噴霧的局限性，很多部位不能有效噴涂。一方面，模具采用模內(nèi)噴涂技術，減少滑塊黏鋁及冷隔缺陷；另一方面，采用大量高壓點冷型銷，改善熱節(jié)處縮孔，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

實際加工后鑄件存在較多缺陷，鑄件合格率僅為20%，嚴重影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。缺陷及原因見表2。

表2 鑄件缺陷及原因

通過分析，3種主要缺陷是鑄件遠端冷隔缺陷（見圖4a中A處）、縮松及縮孔缺陷（見圖4b中B處）、黑皮缺陷（見圖4c中C處）。B處和C處需要裝配密封圈，為產(chǎn)品較重要的部位，設計要求不允許存在缺陷，因此必須進行整改優(yōu)化。

圖4 鑄造缺陷

3.2 壓鑄工藝的改進及分析

通過分析發(fā)現(xiàn)，B處位于鋁液最終交匯處，模流分析顯示該處存在輕微的卷氣情況，同時由于模具結(jié)構(gòu)限制，該處加工余量最大為5mm，因此針B處增加輔助澆道（見圖5），同時增大末端渣包，能有效地對B處進行補縮。

圖5 改進后的工藝方案

對改進后的工藝進行模流分析，通過結(jié)果可以看出，優(yōu)化后B處無明顯卷氣情況。對比改進前后的模流分析結(jié)果，改進后的鋁液充填更加平穩(wěn)流暢，如圖6所示。

圖6 卷氣結(jié)果對比分析

由溫度場模擬結(jié)果可以看出，改進后的工藝方案，溫度場更加均勻，可有效改善A處冷隔缺陷，如圖7所示。

圖7 鑄件溫度場模擬

模具改進完成后進行生產(chǎn)驗證。生產(chǎn)時鋁液溫度660℃，鑄造壓力800bar（1bar＝105Pa），低速為0.15m/s，高速為4.5m/s。改進后的壓鑄工藝獲得了質(zhì)量滿足要求的合格鑄件，缺陷已經(jīng)全部消除（見圖8），可以進行大批量生產(chǎn)。

圖8 壓鑄件外觀

4 結(jié)束語

1）通過模流分析，增加輔助澆道及增大渣包，壓鑄缺陷問題得到了有效解決。改進后的壓鑄工藝，可以獲得內(nèi)外表面質(zhì)量滿足要求的合格鑄件，滿足了生產(chǎn)需要。

2）經(jīng)生產(chǎn)驗證，壓鑄件產(chǎn)品合格，與模擬結(jié)果相符。