局部增壓技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)支架壓鑄模中的應(yīng)用

2022-02-14 12:07:28侯麗彬劉海影

模具工業(yè) 2022年1期

0 引言

高壓鑄造簡稱壓鑄，是將熔融金屬在高壓、高速下充填鑄型，并在高壓下冷卻凝固形成鑄件的過程，是一種后工序僅需少量加工或不再加工的近凈成型工藝。壓鑄生產(chǎn)具有生產(chǎn)效率高、成型鑄件質(zhì)量好、能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、儀器儀表、航天航空等行業(yè)。

隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，壓鑄件的需求也在增大，對(duì)鑄件質(zhì)量也提出了更高的要求，高性能、輕量、低成本已成為鑄件的發(fā)展趨勢。壁厚不均勻的薄壁鑄件需求日益增多，鑄件局部較厚的部位易產(chǎn)生縮孔缺陷。在壓鑄模中采用局部增壓技術(shù)是消除局部縮孔、提升鑄件成型質(zhì)量的有效方法。

科學(xué)的課程設(shè)計(jì)能為學(xué)習(xí)者提供合理的學(xué)習(xí)途徑和有效的方法指導(dǎo)，但在遠(yuǎn)程教育環(huán)境下，如何體現(xiàn)“以學(xué)習(xí)者為中心”的設(shè)計(jì)思路、如何體現(xiàn)遠(yuǎn)程教育課程文化特點(diǎn)，就中國現(xiàn)當(dāng)代文學(xué)作品精讀課程而言，課程設(shè)計(jì)的具體特點(diǎn)表現(xiàn)如下。

1 鑄件結(jié)構(gòu)及工藝分析

圖1所示為某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架，材料為歐標(biāo)EN1706-AlSi9Cu3（Fe），化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能如表2所示。鑄件平均壁厚為4.5 mm，

區(qū)域壁厚較大，沿著

方向存在4個(gè)螺釘過渡孔，

區(qū)域有4個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)中存在與

方向成15°的螺釘過渡孔，直徑為

8.6 mm。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)支架屬于支撐受力件，對(duì)其內(nèi)部質(zhì)量要求高，鑄件內(nèi)部孔隙率要求＜5%，最大氣孔（或縮孔）＜

1 mm；靜強(qiáng)度要求用螺釘固定

區(qū)域，

區(qū)域施加壓力＞25 kN不能損壞。

擠壓過程如圖4所示，擠壓行程

由擠壓桿截面積

和補(bǔ)縮體積

決定，如式（1）所示。

為解決發(fā)動(dòng)機(jī)支架

區(qū)域4個(gè)凸臺(tái)處的縮孔問題，在壓鑄模上采用局部增壓技術(shù)。局部增壓技術(shù)也稱局部擠壓技術(shù)，其原理是在模具內(nèi)部設(shè)計(jì)擠壓液壓缸，壓鑄過程中液態(tài)金屬在型腔中冷卻至半凝固狀態(tài)時(shí)，通過擠壓液壓缸帶動(dòng)擠壓銷對(duì)待成型鑄件局部施加壓力，將預(yù)存空間內(nèi)的液態(tài)金屬擠入鑄件中補(bǔ)縮，即二次加壓，得到組織致密的鑄件，消除局部縮孔。

2 局部擠壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

式中，yi為實(shí)驗(yàn)結(jié)果；n為實(shí)驗(yàn)次數(shù)；m為目標(biāo)值。在某些特例下，鈦合金介觀尺度銑削表面粗糙度傾向于望目特性或望大特性。例如，生物醫(yī)用材料表面粗糙度影響細(xì)胞黏附，各局部區(qū)域表面粗糙度需要控制在一定的范圍內(nèi)，并非越小越好。除此之外，對(duì)于零件表面粗糙度期望往往傾向于更小，符合望小特性。本文的優(yōu)化目標(biāo)是使各區(qū)域銑削表面粗糙度趨向于更小，各銑削區(qū)域表面粗糙度測量結(jié)果和信噪比計(jì)算結(jié)果如表5所示。

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3 局部擠壓參數(shù)的選擇

3.1 擠壓應(yīng)力

局部擠壓實(shí)施過程中，擠壓應(yīng)力是最重要的參數(shù)。擠壓應(yīng)力不足則不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)縮，擠壓應(yīng)力過大時(shí)使用直徑大的擠壓液壓缸，造成浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)縮短擠壓桿使用壽命。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)支架的擠壓應(yīng)力選擇300 MPa。

3.2 擠壓行程

通過鑄件結(jié)構(gòu)分析，局部壁厚較厚處

、

區(qū)域易出現(xiàn)縮孔，

區(qū)域可以通過設(shè)置澆口、加設(shè)型芯、調(diào)整壓鑄工藝等方式解決，而

區(qū)域的4個(gè)

8.6 mm斜孔因處于模具側(cè)向滑塊上，且與側(cè)向滑塊運(yùn)動(dòng)方向（

方向）成15°，無法實(shí)現(xiàn)抽芯（見圖2），流道也無法全覆蓋，因此壓鑄后鑄件在此區(qū)域的4個(gè)凸臺(tái)處產(chǎn)生嚴(yán)重的縮孔，無法滿足質(zhì)量要求。

該模具的擠壓桿直徑設(shè)計(jì)為

11 mm，代入公式（1）得

=6.1 mm，模具設(shè)計(jì)預(yù)留行程為7 mm。

發(fā)動(dòng)機(jī)支架壓鑄模擠壓結(jié)構(gòu)如圖3所示，擠壓液壓缸7固定在側(cè)滑塊后端。壓鑄過程的動(dòng)作順序?yàn)?動(dòng)模側(cè)抽芯滑塊插入→合?！鷫鸿T→增壓（設(shè)備）→局部擠壓施壓（模具）→局部擠壓回位→開模→動(dòng)模側(cè)抽芯滑塊撤回→推出→取件→推板復(fù)位。局部擠壓施壓時(shí)，擠壓液壓缸7通過連接頭6推動(dòng)擠壓桿3前進(jìn)至待成型鑄件端面，將預(yù)留液態(tài)金屬擠壓至局部較厚的凸臺(tái)內(nèi)強(qiáng)制補(bǔ)縮。此結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新點(diǎn)：①擠壓桿的方向與待加工孔的方向成15°，在保證擠壓力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)布局的可行性；②擠壓液壓缸安裝在側(cè)抽芯滑塊上，與側(cè)抽芯滑塊同時(shí)運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)1個(gè)擠壓液壓缸帶動(dòng)1個(gè)擠壓桿，用4個(gè)小液壓缸實(shí)施擠壓。

其中，

為鋁合金固態(tài)密度，一般取2.7 g/cm3，

為鋁合金液態(tài)密度，一般取2.4 g/cm3，計(jì)算得出

=0.58 cm3。

通過AnyCasting軟件進(jìn)行凝固分析，此部位的孤立液相區(qū)體積

約為5.2 cm

，孤立液相區(qū)凝固后體積會(huì)減少，這部分減少的體積最終形成了縮孔，也就是需要擠壓補(bǔ)縮的體積

，則

3.3 擠壓時(shí)間

擠壓時(shí)間包括擠壓開始時(shí)間和擠壓持壓時(shí)間，如圖5所示，需將

（收縮線）與

（局部擠壓線）經(jīng)控制條件達(dá)到相近，即找出最佳的擠壓開始點(diǎn)，并對(duì)不同鑄件的腔內(nèi)凝固時(shí)間設(shè)定加壓時(shí)間及擠壓行程，這是局部擠壓技術(shù)的重點(diǎn)，同時(shí)配合適當(dāng)?shù)匿X液溫度、模具溫度、壓鑄機(jī)反饋速度等，這些數(shù)據(jù)必須依據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)獲得。通過多次生產(chǎn)實(shí)踐及質(zhì)量跟蹤驗(yàn)證，最終確定擠壓開始時(shí)間設(shè)定在增壓后延時(shí)1 s，擠壓持壓時(shí)間為延時(shí)6 s。

4 局部擠壓實(shí)施后的改善

通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)支架壓鑄模增加局部擠壓機(jī)構(gòu)，并合理進(jìn)行工藝參數(shù)的調(diào)整，消除了鑄件內(nèi)部縮孔。對(duì)

區(qū)凸臺(tái)處進(jìn)行孔隙率檢測，內(nèi)部孔隙率能達(dá)到1%左右，遠(yuǎn)高于VW 50097孔隙率5%的標(biāo)準(zhǔn)要求，鑄件的合格率達(dá)到98%以上，如圖6所示。

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