原標(biāo)題：蓄能器殼體多級擠壓壓鑄工藝設(shè)計(jì)與實(shí)踐

摘要：蓄能器殼體承載較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄件的壁厚差超過10 mm以上，鑄造氣孔須控制在0.2 mm以內(nèi)。采用多級擠壓壓鑄工藝，合理設(shè)計(jì)壓鑄進(jìn)料、排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，解決了鑄件氣孔問題，增強(qiáng)了蓄能器殼體承載能力，可以為類似產(chǎn)品提供參考。

蓄能器殼體主要由兩部分組成，外殼體側(cè)面主要承擔(dān)載荷，內(nèi)殼體承擔(dān)蓄能高強(qiáng)彈簧安轉(zhuǎn)和密封功能,外殼體安裝在變速箱上,殼體筒體部分壁厚為4 mm，外殼兩側(cè)承載部分壁厚在10~16 mm。

圖1:蓄能器殼體模型

圖2:蓄能器殼體毛坯實(shí)物

圖1是蓄能器殼體示意圖。圖2是蓄能器殼體。壓鑄工藝成形零件的壁厚一般在1~6 mm之間，蓄能器殼體平均壁厚為4.0 mm，但是排氣口位置壁厚為10.5 mm，進(jìn)出油口位置壁厚為16 mm，壓鑄成形時(shí)內(nèi)部必然會(huì)產(chǎn)生縮孔和氣孔，經(jīng)過精密加工后導(dǎo)致蓄能器泄漏，無法實(shí)現(xiàn)進(jìn)出油口部位和排氣口的致密性。針對這個(gè)問題，本課題采用同一模穴多級順序擠壓工藝，根據(jù)模具型腔內(nèi)鋁合金溫度的差異進(jìn)行順序擠壓壓鑄。

1、模具設(shè)計(jì)

（1）模具進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 仿真粒子場分析

圖3:粒子場

圖3為充型的粒子流動(dòng)狀態(tài)。可以看出，4股鋁液在模具型腔內(nèi)填充時(shí)間均控制在6 ms以內(nèi)，確保鋁液在恒溫狀態(tài)填充，鋁液的流動(dòng)性基本保持一致，填充阻力最小，鑄件成形效果最佳；20 ms以內(nèi)將冷料和殘余氣體全部 推進(jìn)溢流口和排氣塊。

模具進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)計(jì)見圖4，主澆口進(jìn)料確保蓄能器器殼體筒體部位優(yōu)先進(jìn)料；輔助澆口進(jìn)料對主澆口進(jìn)料最晚到達(dá)的部位進(jìn)行精準(zhǔn)直接補(bǔ)料，實(shí)現(xiàn)整個(gè)模具型腔均勻同步進(jìn)料。一路集中主排氣塊,主要收集筒體部位主進(jìn)料口的冷料和氣體；一路側(cè)面長距離輔助排氣，兩路輔助渣包口排氣，使得每一路進(jìn)料末端的冷料和氣體都能順利排出，粒子場仿真符合設(shè)計(jì)要求。

圖4:進(jìn)料排氣設(shè)計(jì)圖

1.2 模流仿真壓力場分析

圖5:壓力場

蓄能器殼體成形過程模具型腔內(nèi)壓力經(jīng)過仿真分析,算出每一路進(jìn)料末端的排氣壓力值，根據(jù)排氣壓力值設(shè)計(jì)排氣槽的截面積，減少了快速填充阻力，使模具型腔內(nèi)的殘余氣體在20 ms以內(nèi)基本排出，確保模具型腔主要部位壓力在0.13MPar以內(nèi)；兩處壁厚的部位氣壓大于0.15 MPar，只能采用兩個(gè)方向擠壓壓鑄，即動(dòng)模和定模各安裝一個(gè)擠壓銷。

1.3 擠壓銷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

擠壓裝置有由擠壓銷、油缸兩部分組成，根據(jù)實(shí)際成形需要計(jì)算得出局部擠壓力的大小，設(shè)計(jì)擠壓銷的直徑和液壓油缸活塞桿的直徑。由于擠壓銷工作部位長時(shí)間處于高溫區(qū)域，因此擠壓銷工作部位需要鍍鈦處理，擠壓銷內(nèi)部需要設(shè)計(jì)高壓點(diǎn)冷卻。為了確保局部擠壓成形效果，一般情況下局部擠壓壓強(qiáng)是壓鑄增壓壓強(qiáng)的5倍以上，使得被擠壓的兩處能夠快速凝固并及時(shí)得到補(bǔ)縮，減小縮孔，見圖6。

圖6:擠壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2、擠壓壓鑄工藝設(shè)計(jì)

1.1 壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)進(jìn)料速度、鋁液溫度、模具溫度等，由于蓄能器殼體的壁厚差較大，筒體部位壁厚為3 mm，在對進(jìn)料溫度，進(jìn)料速度，增壓壓強(qiáng)等參數(shù)進(jìn)行多次試驗(yàn)，最終選擇660 ℃較為合適，內(nèi)澆口進(jìn)料速度選擇48 m/s，增壓壓強(qiáng)為90 MPa。

表1:壓鑄工藝參數(shù)

1.2 擠壓工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)冷凝順序不同，兩個(gè)局部擠壓銷的工作順序必須要調(diào)整。整個(gè)鑄件是在90 MPa壓力下實(shí)現(xiàn)快速成形的，因此要讓兩處厚壁處與整個(gè)筒體同時(shí)凝固，就需要在這兩處增加更大的壓力，促使鋁液快速凝固。經(jīng)過試驗(yàn)得出擠壓銷1壓力為450 MPa，需要延時(shí)3 s工作；擠壓銷2壓力為800 MPa，延時(shí)4 s工作。

1.3 CT切片檢測分析

蓄能器殼體經(jīng)過壓鑄模具優(yōu)化設(shè)計(jì)和壓鑄擠壓工藝優(yōu)化后，模具已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，鑄件內(nèi)部質(zhì)量詳見CT切片報(bào)告圖7。蓄能器殼體的排氣口和進(jìn)出油口位置的的縮孔大小顯著減小，即縮孔在0.8 mm以下，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖7:蓄能器殼體CT報(bào)告

3、結(jié)語

局部壁厚大于10 mm的壓鑄件在成形過程必然產(chǎn)生縮孔，通過局部擠壓工藝技術(shù)可以將縮孔控制在0.8mm一下，提高了鑄件的合格率和內(nèi)部質(zhì)量。擠壓銷設(shè)計(jì)必須要符合高強(qiáng)度要求并且冷卻充分，在大于5倍增壓壓力的工況下，擠壓銷不會(huì)變形彎曲。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的集成化設(shè)計(jì)汽車機(jī)構(gòu)件一次壓鑄成形，對于解決一個(gè)鑄件多處壁厚大于10mm以上壓鑄模具和工藝開發(fā)有極高的參考和應(yīng)用價(jià)值。

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張正來 張?zhí)?趙國田 凌支援 劉繼鋒 祖文杰 楊玉成 蔡朝新 蘇艇 汪林 鄧紀(jì)華 葉挺
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本文來自:《特種鑄造及有色合金》雜志2022年第42卷第1期