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  • 專業生產金屬壓鑄脫模劑,金屬切削液廠家

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    汽車變速箱鋁合金側蓋壓鑄缺陷分析與工藝改進

    日期:2016-08-08
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    核心提示:針對復雜產品汽車變速箱側蓋,利用模流分析技術優化澆注系統設計,通過采用模具表面拋丸處理、增加Cu含量、改進型芯針設計和冷卻系統設計、應用模具倒扣工藝,提高了模具表面強度和產品硬度,解決了鋁合金產品彎曲、縮孔及變形等問題,使產品的壓鑄合格率由70%提升到95%以上。
    汽車變速箱鋁合金側蓋壓鑄缺陷分析與工藝改進

    廣東鴻圖科技股份有限公司 ;通用汽車中國有限公司

    周海軍 曾愷 江永河  常移遷
     
    變速箱是汽車傳動系統的重要零部件。但是,變速箱結構復雜,壁厚變化大,內部品質和表面品質、加工尺寸精度、氣密性要求高,導致產品制造困難,廢品率高,需要對壓鑄工藝進行研究和改進。

    我公司生產的變速箱側蓋,材料是ADC12,輪廓尺寸為395mm*328mm*99mm,最小壁厚為2mm,產品質量為3.3KG。內部品質要求符合ASTME505標準,鋁合金氣(縮)孔等級1。表面品質要求產品毛坯表面不允許有鑄點、飛邊、毛刺。加工尺寸精度要求壓鑄毛坯平面度小于0.5mm。氣密性要求產品內腔在70KPA的空氣壓力下,泄漏量小于4.64.6量小于0.81ml/min。該產品年產量為50萬件。

    1  原生產工藝及品質狀況
    1.1  原生產工藝
    1.1.1  壓鑄機型選擇
    由于鑄件投影面積為1526cm2,選擇13500KN壓鑄機。
    1.1.2  模具設計工藝參數
    壓室直徑為100mm,內澆口截面積為5,43cm2充滿度為40%。
    1.1.3   澆注系統設計
    澆注系統采用 梳形設計,制定了兩個方案,通過模流分析確定最優方案,分別見圖1和圖2。

    鑄件帶澆注系統實物見圖3。
    汽車變速箱鋁合金側蓋壓鑄缺陷分析與工藝改進
      圖 2  




     
    模流分析結果表明,方案2充型平穩,避免產生卷氣,形成氣孔 ; 實現了水尾填充在產品右上側的目的,可以通過渣包及排氣槽減少鑄件缺陷。
    1.1.4  模具表面拋丸處理
    變速箱側蓋清潔度要求很高,產品整體雜質顆粒質量要求小于1.84mg,油道雜質顆粒質量要求小于0.34mg,為此,鑄造毛坯表面不允許有鑄點.而模具壓鑄一定數量后,由于反復冷熱循環、鋁液沖蝕,很容易發生龜裂,產生鑄點.為此模具型腔表面采用拋丸處理,強化表面品質,推遲龜裂發生的時間。
    1.1.5  壓鑄工藝參數
    低速壓射為0.35m/s,高速壓射為4.5m/s,高速距離為500mm, 增壓比壓為30MPa,增壓距離為640mm,澆注溫度為(665±10)℃。

    1.2存在的問題
    產品進行批量試生產時,產品硬度不良率為100%,其他缺陷導致廢品率高達30%,具體情況如下:①產品壓鑄完成20h后,解剖指定位置4處,測量截面的硬度(HRB),要求大于40,實際測量數據為25~50,不能滿足技術要求,在設備高溫運轉狀態下,可能會影響使用功能。硬度測量位置見圖4。②產品油道1型芯針彎曲,表面粘鋁拉傷,導致產品孔偏,尺寸超差,不良率為20%。③產品壓鑄變形嚴重,要求毛坯平面度為0.5mm,實際為0.77,導致產品黑皮殘留,不良率為5%。④產品油道1和油道2交叉位置有縮孔,直徑約為3mm,導致產品泄漏,不良率為3%。

    針對上述問題進行分析,認為:
    ①ADC12的Cu含量要求為1.5%~3.5%,我公司變速箱側蓋的Cu含量為1.65%左右,國外同一規格產品的的Cu含量在2.3%左右,其截面硬度(HRB)可以保證大于40。
    ②零件的油道型芯針直徑為16mm,長度為259mm,小端脫模斜度僅為0.38°,冷卻困難,壓鑄過程中容易受到鋁液的沖擊,產生過熱變形彎曲。
    ③由于產品動模軸承孔1位置包緊力小,定模對應位置包緊力大,導致產品脫模時,受拉而局部變形。
    ④由于該處屬于油道1和油道2的交叉重疊位置,局部壁厚很厚,是壓鑄過程中的熱節,最后凝固,產生縮孔。

    2 工藝改進
    2.1 增加Cu含量 , 提高產品硬度
    表1為Cu含量與產品硬度對應關系的具體數據。

    表1Cu 含量與產品硬度對應關系的試驗數據

    試驗發現隨著Cu含量的增加, 產品硬度也相應增加。 當Cu含 量 為2.1% ~3.5% 時, 產品硬度 (HRB)可以滿足40以上的技術要求。

    2.2  改進型芯針的設計,防止彎曲變形
    為了避免該缺陷,型芯針內部設計6mm的冷卻水道,加強型芯針的冷卻;設計型芯針和滑塊配合段直徑為16mm,長度為40mm,防止鋁屑進入型芯針套導致斷針;設計型芯針和滑塊配合段后部直徑為15mm,針套有單邊0.5mm的間隙,長度為285mm,在型芯針受力變形時,有間隙可以隨動,防止型芯針卡死后彎曲變形。采用該工藝后,型芯針沒有發生彎曲變形,鑄孔表面品質良好,沒有粘鋁拉傷缺陷。因彎曲變形導致的廢品率由20%降低到0。型芯針設計見圖5。

    2.3  采用模具局部倒扣結構,防止受拉變形
    在產品動模軸承孔1位置采用寬2mm、深0.3mm的倒扣,增加動模局部的包緊力,使產品脫模時不會受拉變形。該工藝實施后,產品受拉變形降到0.5mm以下,因產品受拉變形導致的廢品率由5%降低到0.5%。

    2.4 點冷改為直冷,減小縮孔直徑
    原產生縮孔的位置設計有點冷,但是冷卻強度不足,通過修模,把點冷改為直冷,有效地減少了縮孔缺陷, 使縮孔直徑由3mm降 到1mm以 下, 產品泄漏比例由3% 降低到0.5% 。

    3  結語
    通過上述工藝改進, 成 功 地解決了產品的硬度不足、 型芯針彎曲 、 產品受拉變形和縮孔問題, 使壓鑄變速箱側蓋產品的合格率達到95% 以上。
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