原標(biāo)題：高品質(zhì)產(chǎn)品！汽車發(fā)動機前蓋壓鑄模澆注系統(tǒng)及排溢系統(tǒng)設(shè)計

壓鑄的澆注系統(tǒng)決定了金屬液的流向、速度以及填充時間，同時對調(diào)節(jié)和控制壓力傳導(dǎo)、模具溫度起到一定的作用，是決定壓鑄件品質(zhì)的關(guān)鍵因素。排溢系統(tǒng)包括溢流槽和排氣道，是將壓鑄過程中氣體、冷料、污料排出的通道。在壓鑄模設(shè)計過程中，常常將澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)做為一個整體來綜合考慮。本研究以發(fā)動機前蓋壓鑄模為例，介紹其澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)設(shè)計過程及設(shè)計方法，對汽車發(fā)動機前蓋形狀、結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求進行分析，設(shè)計了該產(chǎn)品澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)，并采用計算方法設(shè)計出內(nèi)澆口、橫澆道、排溢槽的尺寸。在理論設(shè)計的基礎(chǔ)上，使用AnyCasting軟件對發(fā)動機前蓋產(chǎn)品的壓鑄過程進行模擬，經(jīng)過實際試模后對產(chǎn)品品質(zhì)進行檢查，對排溢槽尺寸進行微調(diào)，為同類產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

圖文結(jié)果

圖1為某汽車公司開發(fā)的前蓋，材質(zhì)為ADC12合金，執(zhí)行JIS-H5302-2006標(biāo)準(zhǔn)，其流動性好，具有良好的力學(xué)性能。鑄件最大外輪廓尺寸為603mm×320mm×49mm，一般壁厚為2.0mm，投影面積為1180c㎡，單件質(zhì)量為1.72kg。腔體密封性要求在100kPa下，允許泄漏量最大為10mL/min。前蓋屬于扁平薄壁件，鑄件尺寸大，中間有3處大的通孔，不利于金屬液充填，極易出現(xiàn)流痕、冷隔、變形等鑄造缺陷。需要通過合理設(shè)計澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)并調(diào)整壓鑄工藝參數(shù)，解決鑄件可能產(chǎn)生的鑄造缺陷。

依據(jù)前蓋的結(jié)構(gòu)特點，選擇側(cè)澆道進行充填，側(cè)澆道布置在分型面上鑄件的長邊方向，可以保證足夠的內(nèi)澆口截面積，并且可以縮短充填流程和充填時間。由于該前蓋側(cè)向有多個螺栓安裝孔，為避免澆道充填時沖擊型芯，側(cè)向澆道設(shè)計成分支澆道布置在鑄件兩個相鄰的螺栓安裝孔中間，澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。其具有以下優(yōu)勢：金屬液充填流程短，可以快速充滿型腔，減少熱量損失；分支橫澆道具有一定的長度，可以保證金屬液的流向及順序充填；避免金屬液沖擊型芯而引起的紊流和粘料；方便布置溢流槽和排氣道，有利于排氣；便于去除，并方便后序自動切邊，防止鑄件變形；有利于均衡模具溫度。

圖1 前蓋

圖2 澆注系統(tǒng)及排溢系統(tǒng)
1.直澆道 2.橫澆道 3.內(nèi)澆口
4.溢流槽 5.排氣道 6.鑄件

圖3 不同壁厚鑄件充填速度與充填長度的關(guān)系

圖4 內(nèi)澆口的厚度及形狀

根據(jù)鑄件的投影面積和壓射所需的壓射比壓計算出的鎖模力，確定此前蓋使用20000kN壓鑄機生產(chǎn)，選用熔杯直徑為?110mm。直澆道的厚度即壓射后料餅的厚度，直接關(guān)系到增壓壓力的有效傳遞，如果料餅過薄，壓力傳遞不充分，鑄件的內(nèi)部品質(zhì)會降低；如果料餅過厚，浪費材料而且因冷卻不夠常出現(xiàn)爆料，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)拍。直澆道的厚度一般取熔杯直徑的25%，前蓋的直澆道的厚度取30mm 。橫澆道作用是將金屬液從直澆道順暢地引入內(nèi)澆口，其形狀、尺寸取決于內(nèi)澆口的位置、形狀和方向。前蓋采用分支澆道，為防止金屬液在拐角處出現(xiàn)分散，流道的截面積要有規(guī)律地減小并增大圓角半徑。橫澆道的結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖2，橫澆道的截面積取3～4倍內(nèi)澆口截面積，截面形狀采用梯形，與內(nèi)澆口采用60°斜面R15mm的圓角過渡。

排溢系統(tǒng)是金屬液充填型腔的過程中排出空氣、容納殘留涂料及最初充填冷合金的通道，對鑄件的品質(zhì)影響很大。排溢系統(tǒng)主要包括溢流槽和排氣槽，在溢流槽和排氣槽的設(shè)計中要充分考慮澆道的位置、結(jié)構(gòu)形式及金屬液的導(dǎo)入方向。設(shè)計溢流槽的位置時，首先要考慮將溢流槽放置于金屬液在型腔的充填末端及多股金屬液匯流的位置。根據(jù)前蓋的結(jié)構(gòu)特點并結(jié)合分支澆道的位置，將溢流槽設(shè)計在前蓋澆口對面的最后填充的位置，分區(qū)域設(shè)計7處溢流槽。同時考慮鑄件內(nèi)部有兩處大的通孔，此處的型腔結(jié)構(gòu)會阻礙金屬液的流動并改變金屬液的流向，造成局部區(qū)域金屬液匯流，嚴(yán)重時會出現(xiàn)充填不完整，因此在鑄件中心兩個大孔處設(shè)計溢流槽，有利于金屬液的填充及冷卻過程中補縮。

表1 溢流槽容積推薦值

表2 壓鑄工藝參數(shù)

圖5  模擬分析結(jié)果

圖6  試模后的改善方案

結(jié)論

根據(jù)前蓋的結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)用數(shù)值模擬，確定前蓋采用側(cè)向分支澆道進行充填，側(cè)澆道布置在分型面上鑄件的長邊方向，排溢系統(tǒng)設(shè)計在金屬液的充填末端及多股金屬液匯流的位置，整個充填過程平穩(wěn)，無紊流及裹氣。澆注系統(tǒng)的設(shè)計順序為先設(shè)計內(nèi)澆口再設(shè)計直澆道和橫澆道，之后根據(jù)澆道和鑄件結(jié)構(gòu)進行溢流系統(tǒng)的設(shè)計，經(jīng)過理論計算、模擬分析、試模調(diào)整，最終確定的澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)具體位置、形狀及尺寸。經(jīng)批量生產(chǎn)驗證，產(chǎn)品品質(zhì)高、模具運行穩(wěn)定可靠。

作者
董淑婧 侯麗彬
大連科技學(xué)院機械工程學(xué)院
本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰(zhàn)略合作伙伴