原標題：鑄件實例！壓鑄JMC缸體群架泄漏的原因分析及模具優化設計

JMC開發的一款汽車發動機缸體群架，其材質為AlSi9Cu3（Fe）合金，其化學成分見表1。鑄件輪廓尺寸為485 mm×364 mm×148 mm，總質量約為7.1 kg，結構復雜，壁厚為4.5 mm，周邊有大量的凸臺和孔，導致鑄件局部壁厚過厚。鑄件內部氣孔按照“ASTM E505”Level 2規范執行，最大孔洞小于1.5 mm；密封面孔要求小于0.4 mm。鑄件密封測試時要求，腔體壓力為0.1 MPa，泄露量小于10 mL/min；油道壓力為0.3 MPa，泄漏量小于10 mL/min。

圖1缸體群架

1. 模具設計方案

根據缸體群架的結構特點，為保證缸體群架周邊功能區局部壁厚較厚的部位的內部品質，鑄件采用U型澆注系統，能夠快速填充鑄件并對兩側局部厚大處實施有效的補縮。缸體群架U型澆道見圖2。

圖2 缸體群架U型澆道

模具結構見圖3，由動靜模鑲塊和4個滑塊及靜模斜抽芯組成，此模具屬于大型壓鑄模，為防止模具在生產過程中因熱膨脹影響正常的導向精度，采用方導柱、導套結構，布置在模具四角。滑塊抽芯采用液壓缸抽芯，模具設計簡單、穩定、可靠。

圖3缸體群架壓鑄模結構圖（動模）

2.批量生產中的問題及原因分析

生產過程中，鑄件經加工后密封測試，發現在機濾安裝面M6螺紋孔出現微泄露，泄漏位置見圖4，廢品率達8.3%。對泄漏零件進行X光檢驗，發現鑄件內部有縮孔和縮松。對缺陷部位進行剖切，發現毛坯孔壁有過熱粘料。泄漏產生的原因是內部存在縮孔和縮松，機加工后內部細小縮孔將油道孔與螺栓孔貫通，導致油道在加壓到0.3 MPa時泄漏量大于10 mL/min。

圖4 鑄件泄漏位置

鑄件產生縮孔存在于機濾安裝部位，此區域局部壁厚過厚且有熱節，鑄件凝固過程中冷卻速度慢，導致在此處出現縮孔。因此，必須加大模具局部冷卻，提高局部冷卻速度，平衡模具整體溫度才能有效地減少縮孔產生。

3.模具優化方案

缺陷出現的部位在左滑塊，模具滑塊采用串聯水冷卻，冷卻水道距離鑄件局部壁厚熱節處較遠，無法實現單點獨立強制水冷，冷卻效果不好。現對鑄件機濾器安裝面局部產生的熱量進行計算，并重新優化并增加局部點冷卻，以保證連續生產過程中左滑塊處于合理的模具溫度范圍。

原模具設計方案是左滑塊成形部分為整體結構，冷卻水為串聯式結構，無法實現局部單點冷卻；M6螺栓預采用直徑∅4.8 mm型芯，無冷卻。通過改變滑塊成形部位的結構及冷卻方式對模具進行優化，優化方案見圖5。

圖5 左滑塊優化方案結構圖

異型部位采用鑲件結構，內部加設Φ7 mm冷卻水道。采用噴管式獨立水冷卻，內置不銹鋼噴管Φ4 mm，內孔進水，外壁回水,見圖6。

圖6 左滑塊異型鑲件

小細型芯加設冷卻水，對型芯進行強制冷卻。型芯采用螺紋與后端的型芯噴管總成連接，采用耐高溫O型密封圈進行密封，可以實現不拆模具進行快速更換。型芯前端用電火花打孔機打直徑Φ2 mm的水道孔。型芯采用噴管式獨立水冷卻，內置不銹鋼噴管Φ1.2 mm，內孔進水，外壁回水。結構圖見圖7。

(a)小型芯的冷卻結構

(b)小型芯

圖7左滑塊小型芯的冷卻方案

型芯及鑲件采用獨立點冷卻方式，可單點通過調節冷卻水的流量控制模具溫度。由于內置噴管直徑過小，冷卻水采用純凈水，在1～1.5 MPa的高壓下進行冷卻，對小型芯實施強制冷卻。

經計算，優化后鑄件熱節處模具冷卻能力Q2’大于模具需模具水道應帶走的熱量，使用過程中，可以通過調整冷卻水的流量以達到模具熱平衡狀態。

4.改善后狀態

通過對模具的優化改進，有效地控制模具局部溫度，避免在鑄件熱節處由于型芯和型腔局部過熱造成鑄件縮孔、粘模、拉傷等缺陷。機加工后密封測試廢品率由8.3%降低至0.9%。圖8為改善前后機濾安裝面附近的X檢驗對比圖片。

圖8 改善前后機濾安裝面附近的X檢驗對比圖片

作者

侯麗彬 程瑞 朱洪軍
本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰略合作伙伴