原標(biāo)題：后蓋殼體壓鑄件起定模困難的分析與解決方案

摘要

JSD180重卡變速器副箱后蓋殼體實(shí)際壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)因?yàn)槠鸲＠щy而影響生產(chǎn)。分析此鑄件起模困難的各種影響因素，并制訂了改進(jìn)方案。通過(guò)在動(dòng)模上設(shè)置倒扣、在定模上設(shè)置碟簧頂出機(jī)構(gòu)等工藝措施，徹底解決了壓鑄件在開(kāi)模瞬間起模困難、扭曲變形的問(wèn)題。

鋁合金壓鑄屬于金屬型鑄造，鋁金屬液在壓力作用下快速充型，迅速冷卻，使鑄件具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好、組織致密等優(yōu)點(diǎn)。此外，鋁合金壓鑄工藝還具有高效、環(huán)保的工藝特點(diǎn)。因此，在現(xiàn)代機(jī)械制造及其他行業(yè)中得到迅速推廣，發(fā)展前景廣闊。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特性

我公司生產(chǎn)的JSD180壓鑄鋁合金后蓋（圖1）是重型汽車雙中間軸變速箱中的重要部件之一，材質(zhì)為ADC12鋁合金，鑄件重7.6kg，外形尺寸為520 mmx345 mmx83 mm，平均壁厚6 mm，采用壓鑄工藝成形。

圖1 JSD180壓鑄鋁合金后蓋鑄件

2 鑄件問(wèn)題及缺陷描述

JSD180后蓋殼體鑄件機(jī)加工后大口面部分區(qū)域出現(xiàn)黑皮現(xiàn)象，如圖2所示。嚴(yán)重者，生產(chǎn)過(guò)程粘附定模難于起出模芯，如圖3所示

圖2 鑄件機(jī)加工黑皮

圖3 鑄件粘定模

3 黑皮及起定模困難原因分析

壓鑄件起模困難和起模斜度、Fe含量、模具噴涂脫模劑質(zhì)量、留模時(shí)長(zhǎng)、模具型腔表面粗糙度及模具結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。起模困難很容易造成鑄件變形，機(jī)加工后出現(xiàn)表面黑皮。適當(dāng)?shù)丶哟蠹庸び嗔浚m然能夠減少加工黑皮現(xiàn)象，但是對(duì)零件成品機(jī)加工表面質(zhì)量、加工效率以及后續(xù)的裝配等均有影響。

3.1 加工余量

JSD180后蓋殼體大口面的加工余量設(shè)計(jì)值為1.5 mm。對(duì)生產(chǎn)的鑄件隨機(jī)抽取了5組進(jìn)行尺寸測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1，實(shí)際加工余量值足夠，且遠(yuǎn)超出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（1.0mm）。可見(jiàn)，后蓋加工黑皮的主要原因不是加工余量小。

表1 加工余量 mm

3.2 起模斜度

起模斜度太小會(huì)導(dǎo)致鑄件難以脫出模具型腔。對(duì)模芯的起模斜度進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，都沒(méi)有小于1.5°，符合壓鑄模具行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.3 Fe元素含量

一般情況下，F(xiàn)e元素對(duì)鋁合金是有害的，但對(duì)于ADC12壓鑄鋁合金來(lái)講，F(xiàn)e元素須調(diào)整到一定含量，低于下限時(shí)，有粘模傾向;高于上限0.9%，合金流動(dòng)性降低，熱裂傾向加大，力學(xué)性能下降。所以，一般Fe含量控制在0.7%~0.9%之間。為此，對(duì)問(wèn)題鑄件的化學(xué)成分進(jìn)行了追蹤，并對(duì)連續(xù)一個(gè)月內(nèi)的檢測(cè)結(jié)果做了SPC分析，如圖4所示，F(xiàn)e元素含量未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

圖4 ADC12鋁合金Fe元素含量SPC分析

3.4 模具起模劑噴涂

噴涂模具型腔表面所使用的起模劑附著能力強(qiáng)、脫模效果好。如果起模劑噴涂不均勻，有陰影區(qū)，鑄件起模摩擦阻力就會(huì)增大，導(dǎo)致模具表面粘鋁或鑄件起模困難。圖5為壓鑄正常生產(chǎn)時(shí)，定模芯表面噴涂起模劑后的情況，從照片可以看出，起模劑噴涂均勻，未發(fā)現(xiàn)模具型腔表面有噴涂不到位的陰影區(qū)。

圖5 定模型腔起模劑噴涂效果

3.5 留模時(shí)長(zhǎng)

壓鑄件留模時(shí)間越長(zhǎng)，隨著溫度的降低，鑄件收縮越大，鑄件對(duì)模芯的包緊力加大，使得起模阻力更大。將留模時(shí)間由最初的14 s減少到13s，發(fā)現(xiàn)鑄件粘模頻次有所減輕，較為合適的留模冷卻時(shí)間為12s，但鑄件依然出現(xiàn)加工黑皮、起定模困難問(wèn)題，這說(shuō)明留模時(shí)長(zhǎng)屬于次要因素。

3.6 模具型腔表面粗糙度

模具型腔表面粗糙也容易造成鑄件起模困難，模具定期下機(jī)保養(yǎng)時(shí)，對(duì)模芯型腔表面省模拋光，保證成形面粗糙度Ra值不大于0.4 μm，措施實(shí)施后，生產(chǎn)過(guò)程鑄件粘定模情況也無(wú)明顯改善，模具型腔表面粗糙度導(dǎo)致的鑄件出模變形也屬于次要因素。

3.7 模具結(jié)構(gòu)

為了保證足夠的強(qiáng)度，該壓鑄件外部布置的加強(qiáng)筋多且密集，相對(duì)高度較高，為了保證鑄件的外觀要求，把鑄件外部的成形面設(shè)置在定模側(cè)，鑄件內(nèi)部的成形面設(shè)置在動(dòng)模側(cè)，這樣帶來(lái)的問(wèn)題是鋁液充型后所形成的鑄件對(duì)定模芯的有效包裹面積大于對(duì)動(dòng)模芯的有效包裹面積，因此就造成鑄件起定模時(shí)的阻力大于動(dòng)模，鑄件凝固后起定模相對(duì)于動(dòng)模困難，以上分析說(shuō)明，動(dòng)、定模起模陽(yáng)力不平衡是造成鑄件脫定模困難的主要原因。定、動(dòng)模芯照片如圖6所示。

4 方案改進(jìn)及驗(yàn)證

壓鑄工藝的基本原理是液態(tài)金屬高速充型、高壓凝固，在壓鑄工藝中，充填速度可高達(dá)每秒幾十米甚至百米，卷入型腔內(nèi)的氣體難以完全排出，壓鑄件氣孔難于避免?。因此加工余量、起模斜度受限。而鑄件材料的化學(xué)成分、模具表面的粗糙度、噴涂以及留模時(shí)間改善的空間又很小，這樣就只能從模具的結(jié)構(gòu)上來(lái)想辦法。

結(jié)合以上分析，我們?cè)诙Ｉ献隽艘粋€(gè)碟簧頂出機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的原理是:當(dāng)動(dòng)、定模合模時(shí)，通過(guò)分型面上的復(fù)位桿將定模芯上設(shè)置的頂出鑄件頂桿壓回;開(kāi)模時(shí)，通過(guò)頂桿后面壓縮彈簧的彈力將鑄件從定模芯內(nèi)頂出;再者，在動(dòng)模芯上設(shè)置一些倒扣(凹坑)，使鑄件對(duì)動(dòng)模具有更大的出模阻力，這樣鑄件就更易脫出定模而附著在動(dòng)模上。待動(dòng)模開(kāi)模到位后，動(dòng)模上的頂桿將鑄件頂出。圖7a所示為動(dòng)模上設(shè)置的倒扣(凹坑)，圖7b為鑄件從動(dòng)模頂出后，倒扣余料被切除后遺留下的痕跡，圖8為定模芯上的碟簧頂出機(jī)構(gòu)頂桿布置圖。

圖6 模芯

圖7 倒扣

圖8 定模頂桿布置圖

對(duì)模具改進(jìn)前、后各十天的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)共計(jì)8641件做了對(duì)比分析，機(jī)加工后出現(xiàn)黑皮鑄件的比例從原來(lái)的17.02%下降到了0.30%，同時(shí)，鑄件起定模困難的問(wèn)題也得到了有效改善。

5 結(jié)論

（1）JSD180后蓋殼體壓鑄件定模起模阻力大于動(dòng)模脫模阻力是造成鑄件起定模困難的主要原因。

（2）在定模上設(shè)置碟簧頂出機(jī)構(gòu)，在動(dòng)模上制作倒扣，能夠有效地解決后蓋殼體起定模困難問(wèn)題

作者：
劉德旺 郭兆坤
陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司
本文來(lái)自：鑄造雜志