李 娟，趙江恒，張瑤瑤，白忠軍

（陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司,陜西寶雞 722409）

消失模鑄造工藝具有設計靈活、無需傳統(tǒng)制芯工藝、得到的鑄件精度高、生產成本低、清潔度高等優(yōu)異特性，因此被稱為21 世紀的“新型”和“綠色”鑄造工藝。而鋁合金材料憑借其低密度、高比強度和比剛度，且流動性好，充型壓力小等優(yōu)異性，成為各類鑄造生產中普遍采用的金屬材料，同時也是我公司澆鑄客車類、重輕卡類和新能源類等變速器殼體普遍使用的輕金屬材料。

1 鋁合金變速器殼體的消失模生產

近年來汽車輕量化成為一種趨勢，而變速箱作為汽車的主要零部件之一，對其殼體材料的選用變得尤為重要。目前，我公司已引進相對成熟的消失模富康生產線并配備專用設備，可大批量生產各種類型鋁合金變速器殼體。采用消失模鑄造生產這些種類殼體，主要生產流程是：制型—造型—澆注—檢驗—后處理；使用鋁合金模具（ZL103）可將消失模鑄件所需的模型成型出來，這些模型達到熟化時間后通過模型粘接、涂層涂覆并烘干，則白區(qū)消失模生產的模型簇完成，符合要求的模型簇通過傳送裝置運送到黑區(qū)進行造型澆注，澆注時需保證鋁液的澆注溫度在750～770℃之間，且鋁合金澆注無需抽負壓，即可獲得尺寸精度高、表面無飛邊毛刺的鋁合金變速器殼體鑄件，具體流程見圖1。

圖1 消失模生產流程圖

在消失模鑄造過程中，當鋁液充型取代模型形成鋁合金鑄件時，由于模型受熱裂解發(fā)生一系列物理化學反應，形成的產物積聚在金屬液面不能順利排出，就會使鑄件形成冷隔、皮下氣孔等缺陷，并且由于模樣裂解吸熱導致的鋁液溫度降低，將會造成金屬鋁液流動性差、充型能力下降，從而容易產生澆不足等缺陷。此外，模樣氣化易使鋁液吸氫，從而增多鑄件內部的氣孔。

因此，我車間在生產不同結構特點的鋁合金變速器殼體時，就需要從各個方面考慮設計不同類型的澆注系統(tǒng)，以保證在充型過程中不因模型產物積聚、鋁液溫度梯度過大等原因而出現(xiàn)冷隔、氣孔、澆不足、縮松等缺陷影響鑄件的成品率。

2 澆注位置及澆注系統(tǒng)的設計分析

2.1 澆注系統(tǒng)設計理論

澆注系統(tǒng)是將熔融態(tài)金屬液引導進入鑄型型腔形成完整鑄件的所有通道合稱。澆注系統(tǒng)設計的是否合理會嚴重影響工藝出品率和鑄件的成品率，因為不合理的澆注系統(tǒng)會導致缺陷類型和缺陷數量的增多。消失模鑄造澆注系統(tǒng)的設計可以參照傳統(tǒng)砂型鑄造的基礎理論，同時還要考慮自身的一些特點，根據F直澆道：F橫澆道：F內澆道（F 表示截面積）的比例不同，澆注系統(tǒng)可以分為以下4種類型，如表1 所示。

表1 澆注系統(tǒng)類型介紹

2.2 澆注位置選擇與澆注系統(tǒng)設計

澆注位置是澆注過程中鑄件在鑄型中所處的位置，選擇澆注位置至關重要。與傳統(tǒng)鑄造澆注系統(tǒng)的設計類似，根據金屬液引入型腔的位置不同，消失模鑄造的澆注系統(tǒng)設計有底注、頂注、中間側注或幾種方式共用等多種澆注方式，我公司生產的鋁合金變速器殼體結構多樣，品種復雜，在生產時，澆注系統(tǒng)會根據鑄件結構特點和消失模鑄造工藝進行合理的選擇和設計。

同時，由于鋁液流動過程中溫度下降快，造成鋁液溫度較低，且鋁液極易氧化和吸氣，進而進入鑄件中，導致鑄件易出現(xiàn)氣孔、冷隔的缺陷，為保證鑄件不出現(xiàn)這些缺陷，除適當提高澆注溫度外，還要考慮澆注系統(tǒng)。對于鋁合金消失模鑄件的澆注系統(tǒng)應保證鋁液的順暢、平穩(wěn)充型，并保證泡沫模裂解和燃燒后氣體產物及殘渣順利排出，且內澆道尺寸的設定及位置的選擇還要滿足對鑄件關鍵部位有凝固補縮效果。下面以幾類不同結構類型的鋁合金產品為例來介紹三種澆注系統(tǒng)的選用和設計。

2.2.1 底注工藝

該法一般將澆注系統(tǒng)設置在模樣簇的底部，進而澆注時鋁液會順著直澆道流入底部，然后從底部引入模型中，澆注過程中鋁液平穩(wěn)充型，鑄件自下而上凝固，可將泡沫燃燒產生的氣體及時排除，同時將一些鑄造缺陷集中到鑄件上表面，之后鑄件在機加工時會將上表面的缺陷加工掉。目前對于較大鑄件采用底注工藝。

如2 圖所示，根據12 檔鋁合金變速器殼體的結構特點（總體長度較長，帶有副箱），其澆注系統(tǒng)設計成山字形半封閉式底注工藝，為了保證模樣簇的整體強度，直澆道上端與懸掛臺位置以小拉筋相連，此拉筋在澆注前會被割掉。目前設計的該類澆注系統(tǒng)，12 檔鋁合金變速器殼體的探傷合格率可達到97%以上。

圖2 底注式澆注系統(tǒng)設計實例

2.2.2 中注工藝

該方法一般將內澆口設置在模樣簇的中部某一高度上，一般選擇模型的最大投影面部位。澆注時鋁液從模型簇的中部位置引入，可適當縮短鋁液引入內澆口的距離進而充型時可適當縮短充型時間。對于一些薄壁、質量小、形狀較復雜的殼體，采用中注法工藝，成品率可以滿足生產需要。

如圖3 所示，以AMT 新能源類變速器殼體為例，根據其結構特點（整體壁?。瑵沧⑾到y(tǒng)采用十字花型內澆道，可適當增加鋁液的流動方向，而直澆道的設計需要同時考慮該產品結構和目前現(xiàn)有的設備狀況。運用此類澆注系統(tǒng)，67116015 類新能源鋁合金變速器殼體的探傷合格率可達到95%以上。

圖3 中注式澆注系統(tǒng)設計實例

2.2.3 頂注工藝

該方法一般將內澆道設置在模型的頂部位置，鋁液順著流入內澆口后從模型上方引入型腔，充型速度相對較快，因而流動過程中鋁液熱量散失少，有利于防止?jié)膊蛔愫屠涓羧毕荨ｍ斪⒎沧⑾到y(tǒng)設計簡單，造型及清理方便，金屬液消耗少。對于一些薄壁、矮小的殼體，采用頂注法工藝，其出品率可以滿足生產需要。

如圖4 所示，分別以15626015 離合器殼體和65621016 蓋類殼體為例，設計壓邊式頂注工藝，結構簡單，易于造型及清理方便，對于一些形狀和尺寸較小的蓋類小殼體，可以設計一注兩件，在生產時會節(jié)省資源（見圖4a、4b）。對于缺陷要求不高的工裝設計，采用頂注法可以高效率、低成本的用消失模鑄造完成（見圖4c）。關鍵要考慮壓邊尺寸，內澆道橫截面積的設計應考慮殼體的口面薄壁尺寸，金屬液經壓邊薄壁流入型腔，充型慢而平穩(wěn)，對型腔沖擊力小，邊澆注邊補縮，有利于順序凝固，直澆道、橫澆道和內澆道橫截面積比為F直:F橫:F內=4:2.3:1，此種設計可滿足生產需要。

圖4 頂注式澆注系統(tǒng)設計實例

3 工藝設計合理性

我公司所生產的重輕卡類、新能源類等系列變速器箱體結構設計復雜，采用普通鑄造法需要制芯、下芯、組芯和合箱等步驟，使得其生產工藝非常復雜，不利于大批量生產，而且對于鑄件的成品率也難以控制。但是采用消失模鑄造工藝生產這些變速器箱體，則可以避免傳統(tǒng)制芯等步驟，使得生產工序簡化很多，同時還可避免由型芯的尺寸誤差、位置誤差等因素所引起的鑄件缺陷和導致的鑄件廢品率。

消失模鑄造鋁合金變速器殼體過程中，針對不同產品所設計的澆注系統(tǒng)要保證澆注過程中鋁液充型平穩(wěn)，充型時間短，且擋渣能力要強。根據不同類型鋁合金變速器殼體的結構特點，為避免結構出現(xiàn)冷隔、澆不足、渣孔、氣孔等鑄造缺陷，經過多次試制和批量生產結合，采用消失模鑄造生產鋁合金變速器殼體時，傳統(tǒng)的10/12 檔殼體，澆注系統(tǒng)設計成底注型，新能源類離合器殼和中殼，澆注系統(tǒng)設計成中注型，DS 系列不帶副箱的鋁合金箱體，部分離合器殼體、后蓋類殼體，澆注系統(tǒng)設計成頂注型，且鋁合金的澆注系統(tǒng)采用實型泡沫。

4 結論

綜上所述，采用消失模鑄造生產鋁合金變速器殼體時，澆注系統(tǒng)的設計對鋁合金殼體鑄件的成品率影響很大，設計不合理的澆注系統(tǒng)會導致缺陷類型和缺陷數量的增多。因此，不同結構特點的鋁合金變速器殼體鑄件，需要設計不同類型的澆注系統(tǒng)。