□ 李振生 □ 汪煒周 □ 張偉炎

廣東鴻圖科技股份有限公司 廣東肇慶 526108

1 存在的問題

汽車離合器殼體鋁合金壓鑄件如圖1所示。產(chǎn)品尺寸為550 mm×395 mm×230 mm,質(zhì)量為10.2 kg,使用2 500 t壓鑄機生產(chǎn),年需求量為12萬件。圖示位置為油道區(qū),共有七條油道,作用為驅(qū)動撥叉改變擋位。油道工作壓力為2.5 MPa,試漏條件為300 kPa氣壓下泄漏量小于8 mL/min。

▲圖1 離合器殼體鋁合金壓鑄件

在離合器殼體生產(chǎn)初期,壓鑄不良率約為7.8%,主要缺陷為鑄件表面燒傷、粘膜等?？蛻舳藱C加工廢品率為9.76%,主要問題為油道漏氣及加工面氣孔。壓鑄生產(chǎn)節(jié)拍為126 s,理論班產(chǎn)能為185件,剔除廢品和處理故障后,日平均產(chǎn)能為400件?？蛻粜枨鬄槊刻?20件,供貨壓力非常大。

筆者使用三維打印工藝制作模具鑲件,實現(xiàn)隨型冷卻水道,提高冷卻效果,可以從根本上解決鑄件表面燒傷、粘模等壓鑄缺陷,降低廢品率,提高生產(chǎn)效率。

2 鑄件原工藝方案

離合器殼體油道多,因為角度等結(jié)構(gòu)問題,不適宜鑄造預鑄孔。為了確保油道內(nèi)部質(zhì)量,內(nèi)澆道設(shè)計時盡量安排在油道附近,縮短鋁液填充路徑,提高填充質(zhì)量。在油道區(qū)增加擠壓銷,進行二次增壓,進一步改善產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量。產(chǎn)品澆鑄系統(tǒng)如圖2所示。

▲圖2 產(chǎn)品澆鑄系統(tǒng)▲圖3 動模點冷

內(nèi)澆道離油道區(qū)域很近,高速高溫的鋁液對模具沖刷嚴重,容易造成燒傷粘模等壓鑄缺陷。為了控制模具溫度,降低產(chǎn)品燒傷,根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)增加點冷布置。動模點冷如圖3所示。

壓鑄工藝參數(shù)對鑄件質(zhì)量非常重要,其中,模具溫度對油道區(qū)內(nèi)部質(zhì)量影響最大,因此控制模具溫度是保證產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量的前提。為了控制好產(chǎn)品質(zhì)量,需要將影響模具溫度和內(nèi)部質(zhì)量的壓鑄參數(shù)列入重點壓鑄工藝參數(shù),見表1。

表1 重點壓鑄工藝參數(shù)

試制過程中發(fā)現(xiàn),油道區(qū)域減料槽處容易出現(xiàn)燒傷缺陷,如圖4所示。產(chǎn)品加工油道后,燒傷位置產(chǎn)生泄漏,如圖5所示。

▲圖4 燒傷缺陷

▲圖5 燒傷位置泄漏

模具溫度對鑄件內(nèi)部質(zhì)量影響非常大,當模具溫度過低時,模具與鋁液溫差過大,影響鋁液流動性,產(chǎn)品內(nèi)部容易縮松。當模具溫度過高時,高溫鋁液注入模具,溫度迅速上升,而點冷冷卻速度卻緩慢,導致鑄件表面燒傷。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),產(chǎn)品油道區(qū)深腔處模具存在孤島,經(jīng)高速鋁液沖刷后,模具溫度很高,冷卻散熱量不足,由此造成燒傷粘模,影響產(chǎn)品質(zhì)量。

3 鑄件改進方案

傳統(tǒng)點冷冷卻通道如圖6所示。傳統(tǒng)點冷冷卻通道只能采用深孔,進水孔直徑受模具結(jié)構(gòu)限制,運水能力有限。冷卻水進口和出口只能在同一側(cè),并且離模具面一般為5 mm,由此降低導熱效果,難以控制產(chǎn)品燒傷。三維打印模具鑲件的冷卻通道如圖7所示?？梢砸罁?jù)產(chǎn)品形狀和壁厚,設(shè)計模具型芯內(nèi)部三維隨型冷卻水道,確保水道中心至模具表面距離相等,精準控制模具溫度。

▲圖6 傳統(tǒng)點冷冷卻通道

▲圖7 三維打印模具鑲件冷卻通道▲圖8 鋁液填充溫度模擬跟蹤▲圖9 鋁液填充速度模擬跟蹤

應用MAGMA軟件,對采用三維打印模具鑲件按調(diào)整后壓鑄工藝參數(shù)進行填充模擬,對鋁液填充溫度和速度進行跟蹤分析,分別如圖8、圖9所示。調(diào)整后壓鑄工藝參數(shù)見表2。

表2 調(diào)整后壓鑄工藝參數(shù)

模流分析結(jié)果表明,鋁液填充按順序沒有包卷,溫度分布比較均勻,溫度梯度不明顯,油道深坑區(qū)域溫度得到控制。

采用三維打印模具鑲件后,模具投入壓鑄生產(chǎn),產(chǎn)品深腔處燒傷問題得到解決,產(chǎn)品表面平整光潔。使用三維打印模具鑲件冷卻與傳統(tǒng)點冷產(chǎn)品表面質(zhì)量對比如圖10所示。模具燒傷故障處理時間由每班次60 min縮短至每班次20 min,壓鑄節(jié)拍由每件126 s變?yōu)槊考?10 s。

4 改進效果

采取改進后的三維打印模具鑲件工藝進行小批量試生產(chǎn),鑄件表面燒傷、粘模缺陷明顯減少,光滑平整,外觀質(zhì)量明顯提升。將調(diào)試后的GZQC33離合器殼體50件發(fā)送至客戶端進行加工驗證,50件離合器殼體加工全部合格。批量生產(chǎn)后,進行工藝改進前后鑄件廢品和班產(chǎn)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比,分別見表3、表4?？梢钥闯?鑄件的廢品率明顯降低,班產(chǎn)能明顯提高。

表3 工藝改進前后鑄件廢品數(shù)據(jù)對比

表4 工藝改進前后鑄件班產(chǎn)量數(shù)據(jù)對比

5 結(jié)束語

通過對GZQC33離合器殼體原工藝進行分析,找到了產(chǎn)生缺陷和影響生產(chǎn)效率的原因。通過工藝模擬仿真,確定改進工藝方案,并通過批量生產(chǎn)驗證了工藝方案的可行性。

采用改進后的三維打印模具鑲件工藝生產(chǎn)離合器殼體,廢品率由原來的9.76%降低至0.89%,生產(chǎn)能力提高28%。