一種變速箱后蓋殼體壓鑄工藝改進

郝鵬磊，馬文鐸，郭兆坤

(陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司，陜西 寶雞 722409)

壓力鑄造成型是一種先進高效的鑄造成型方式，在汽車、通訊、家電等領域被廣泛應用。近年來，隨著全球?qū)?jié)能減排、產(chǎn)品輕量化技術的大力開發(fā)和重視[1]，壓鑄件以其壁薄輕巧耐用符合輕量化概念而受到重視。本文研究的變速箱是針對重卡高端車型研發(fā)的一款高性能全鋁合金變速箱，殼體為鋁合金壓鑄件。其后蓋殼體由于結構復雜，設計新穎，生產(chǎn)過程中產(chǎn)品油堵孔處易產(chǎn)生冷隔和氣孔缺陷，超出企業(yè)標準。本文采用MAGMA軟件對該殼體結構進行模擬分析，選取最佳壓鑄工藝解決產(chǎn)品缺陷，為后期生產(chǎn)同類型產(chǎn)品提供借鑒。

1 鑄件、模具結構特點

標準JIS H5302：2000中的ADC12鑄件化學成分的要求，見表1。

表1 鑄件化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

后蓋殼體壓鑄件是重型卡車變速箱重要零部件，鑄件結構如圖1所示。其外形尺寸為578 mm×417 mm×98 mm，重量約9.5 kg，平均壁厚7 mm。該鑄件結構復雜，氣密要求高[2]，局部尺寸厚大，且壁厚變化較大，局部易形成冷隔和氣孔缺陷。

圖1 變速箱后蓋殼體的3D模型

2 缺陷原因分析

該鑄件遠端油孔處存在冷隔缺陷，機加工后發(fā)現(xiàn)氣孔缺陷，如圖2所示。跟蹤三個批次鑄件的合格率情況，見表2。由表2可知，該毛坯遠端冷隔和氣孔缺陷非常嚴重，嚴重影響產(chǎn)品合格率。

圖2 油孔處冷隔和氣孔缺陷

表2 鑄件合格率

采用MAGMA軟件模擬分析壓鑄件局部區(qū)域存在氣孔和冷隔等缺陷的原因：

1)采用MAGMA軟件模擬鋁液的充型過程。由于鑄件壁厚不均勻，為保證結果的精確性，使用可變網(wǎng)格劃分法[3]，對鑄件三維進行網(wǎng)格劃分，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品在壓鑄過程油堵孔部位最后充型，處于充型末端?？梢耘袛嗬淞?、氣、渣易匯聚在油堵孔部位，從而產(chǎn)生冷隔和氣孔缺陷，如圖3所示。

圖3 MAGMA模擬鋁液充型過程

2)采用MAGMA軟件模擬發(fā)現(xiàn)冷隔缺陷的區(qū)域位于鑄造產(chǎn)品成型末端。由于鋁液流經(jīng)行程較長，熱損失較大，造成該區(qū)域冷隔嚴重，并且離澆口較遠模具溫度低，因此易產(chǎn)生冷隔缺陷，如圖4和圖5所示。

圖4 澆口與缺陷部位示意圖

圖5 產(chǎn)品模具結構

3 工藝改進

為解決冷隔和氣孔缺陷問題，采用以下方法進行調(diào)整：

1)修改模具，在產(chǎn)品油堵孔部位設置集渣包(見圖6)，可有效排出冷料、氣、渣等雜質(zhì)，保證產(chǎn)品本體質(zhì)量符合標準；

圖6 集渣包示意圖

2)在油堵孔部位對應模具處增加模溫油路，保持模具在連續(xù)生產(chǎn)時溫度在180 ℃左右(見圖7)；

圖7 模溫油路示意圖

3)提高鋁液澆注溫度，由原來的660 ℃升高至670 ℃，盡量減少由于流程過長而導致鋁液熱損；

4)提高動模模芯溫度，由原來的110 ℃升高至180 ℃，增加鋁液流動性，降低熱損；

5)采用MAGMA軟件模擬，設置輔助澆道將充型末端位置偏移至鑄件非重要區(qū)域(見圖8)。通過MAGMA模擬鋁液的充填過程，發(fā)現(xiàn)增加輔助澆道不能將充型末端偏移至非重要區(qū)域。

圖8 輔助澆道及模擬

4 生產(chǎn)驗證

采用優(yōu)化后的工藝進行變速箱后蓋殼體壓鑄件小批量生產(chǎn)驗證，產(chǎn)品合格率達到98.2%(見表3)。圖9為改進工藝后生產(chǎn)的鑄件，由圖9可知，產(chǎn)品油堵孔處缺陷得到有效改善。

表3 工藝改進后鑄件合格率

圖9 工藝改進后鑄件

5 總結

1)鑄件油堵孔處的冷隔和氣孔缺陷是由于產(chǎn)品冷料、氣、渣聚集而形成的，在該部位設計集渣包能夠有效去除冷隔和氣孔缺陷；

2)油堵孔位于壓鑄過程的末端部位，鋁液充型時溫度損耗過大，容易產(chǎn)生冷隔和氣孔缺陷，在該區(qū)域增加模溫系統(tǒng)能夠有效去除缺陷；

3)模具設計前就應該考慮到遠端可能存在冷料、氣、渣等缺陷，考慮預留模溫油接口，并且預留渣包，方便試模時迅速更改，避免造成成本大幅上升，耽誤生產(chǎn)，甚至交貨時間；

4)在鑄件設計時需預先進行評審，要提前考慮好澆排的大致位置，避免將一些重要部位放置在填充末端，影響鑄件質(zhì)量；

5)將上述1)、2)、3)和4)工藝方法應用到其他變速器殼體壓鑄件，也有效去除壓鑄件的遠端冷隔和氣孔缺陷。