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        表面網(wǎng)狀筋在鋁合金鑄件中的應(yīng)用

        2022-06-27 08:17:22
        模具制造 2022年5期
        關(guān)鍵詞:型腔側(cè)壁鑄件

        杜 磊

        (長城汽車股份有限公司技術(shù)中心,河北省汽車工程技術(shù)研究中心,河北保定 071000)

        1 引言

        隨著全球汽車保有量增加,各車企間在不斷升級新車型的同時(shí),需要進(jìn)一步降低傳統(tǒng)燃油車能耗,為滿足汽車零部件輕量化要求,越來越多的零件采用鋁合金材質(zhì)設(shè)計(jì)并制造。壓鑄過程可得到尺寸精度高,輪廓清晰,外觀質(zhì)量好的鑄件,而壓鑄是將熔融合金在高壓、高速條件下填充模具型腔,并在高壓下冷卻凝固成型,所以金屬液在型腔內(nèi)流動狀態(tài)及加工面質(zhì)量是壓鑄過程的關(guān)鍵點(diǎn)。

        2 鑄件分析

        高壓壓鑄過程中,金屬液流經(jīng)模具型腔,因型腔形狀特征交織復(fù)雜,因高壓壓鑄金屬液流動呈紊流態(tài),金屬液流態(tài)紊亂后熱量聚集,同時(shí)在局部鑄件側(cè)壁出現(xiàn)金屬液包卷現(xiàn)象,如圖1所示。

        圖1 金屬液流向

        現(xiàn)有設(shè)計(jì)存在以下缺點(diǎn):

        (1)紊態(tài)金屬液沖擊鑄件側(cè)壁時(shí),因熱量高散熱不及時(shí)導(dǎo)致側(cè)壁粘鋁嚴(yán)重,鑄件易出現(xiàn)拉傷、缺肉等外觀缺陷。

        (2)鑄件側(cè)壁加工表面金屬液無法直接附著,包卷氣體在最終金屬液整體充滿型腔時(shí)被打散并彌散在鑄件加工表面,加工后易出現(xiàn)氣孔缺陷。

        3 鑄件表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        結(jié)合模擬分析針對鑄件中局部位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,不同功能位置網(wǎng)狀筋結(jié)構(gòu)有所不同:

        (1)為避免金屬液流動時(shí)熱量無法迅速散失,在鑄件側(cè)壁設(shè)計(jì)交叉結(jié)構(gòu)網(wǎng)格筋以增加鑄件側(cè)壁與金屬液接觸表面積來帶走金屬液釋放的過多熱量,如圖2所示。

        圖2 鑄件表面網(wǎng)格筋

        (2)在加工表面設(shè)計(jì)網(wǎng)格筋結(jié)構(gòu),當(dāng)包卷氣體匯集在加工表面時(shí)因網(wǎng)格筋交錯(cuò)布置,聚集的氣體因表面張力相互吸引,故可將打散的氣體集中至網(wǎng)格筋內(nèi),避免加工后出現(xiàn)表面氣孔缺陷。

        4 網(wǎng)狀筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

        (1)交叉型表面網(wǎng)格筋結(jié)構(gòu)如圖3所示,交叉筋位中心間距分別為L、L1,沿水平方向呈角度b°,網(wǎng)格筋截面形狀呈半圓形,直徑φD,網(wǎng)格筋距鑄件表面高度H。設(shè)計(jì)時(shí)需遵循原則:當(dāng)D=1時(shí),L=L1=3±0.5;當(dāng)D=2時(shí),L=L1=5±1,當(dāng)L、L1不相等時(shí),L≤1.5L1,角度b°取0°、30°、45°、60°;選取網(wǎng)格筋尺寸時(shí)需根據(jù)鑄件表面空間、結(jié)構(gòu)等因素,結(jié)合設(shè)計(jì)原則確定最終網(wǎng)格筋設(shè)計(jì)尺寸、形狀及分布。

        圖3 交叉型表面網(wǎng)格筋結(jié)構(gòu)

        (2)網(wǎng)格筋工作原理,當(dāng)金屬液到達(dá)鑄件側(cè)壁時(shí),金屬液中氣體在經(jīng)過相互交織的網(wǎng)格筋時(shí)被網(wǎng)格筋吸收,達(dá)到將彌散氣體聚集的作用;同時(shí)因網(wǎng)格筋半圓弧結(jié)構(gòu),鑄件側(cè)壁表面積大于無網(wǎng)格筋結(jié)構(gòu)時(shí)鑄件表面積,如圖4所示。

        圖4 金屬液流經(jīng)網(wǎng)格筋截面圖

        5 結(jié)論

        (1)通過在鑄件局部增加交叉型表面網(wǎng)格筋結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)在不影響鑄件功能的前提下加強(qiáng)局部深腔、根部R角等易拉模出裂紋位置。

        (2)加工表面設(shè)計(jì)交叉型表面網(wǎng)格筋結(jié)構(gòu),將加工表面彌散的細(xì)小氣孔匯集至網(wǎng)格筋內(nèi),加工時(shí)可直接將缺陷去除,提升鑄件合格率。

        (3)光順的鑄件大面,在金屬液長期沖刷時(shí)易出現(xiàn)早期龜裂、掉肉現(xiàn)象,可使用大面網(wǎng)格筋結(jié)構(gòu)將鑄件大面分隔為網(wǎng)狀型面,可有效降低鑄件早期失效。

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