表面網(wǎng)狀筋在鋁合金鑄件中的應(yīng)用

杜 磊

（長(zhǎng)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(jí)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(zhǎng)、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(zhǎng)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。