基于鑄造 CAE的離合器殼體工藝優化

摘 要：針對某機型離合器殼體鑄件在生產中出現的氣孔問題，對離合器殼體壓鑄充型、凝固過程進行數值模擬，

基于模擬結果，對殼體壓鑄工藝進行了優化，以指導殼體質量的改善。

關鍵詞：離合器殼體；氣孔；壓鑄；數值模擬；工藝優化

隨著我國經濟實力的增強，汽車行業規模也逐漸的發展擴大；同時汽車市場競爭也愈發激烈。對企業質量成本進行控制，不僅是順應社會經濟體制變化的必然趨勢，也是提高企業核心競爭力的有效途徑[1，2]。

離合器殼體是發動機與變速箱連接的重要零部件，是除缸體和缸蓋之外的大型鑄件。因此這類鑄件質量成本控制是放在首當其沖的位置，而殼體生產制造過程質量成本控制是其中一個重要環節。由于殼體結構相當復雜，流動阻力大，充型困難，而且液態金屬以很高的速度填充型腔時，金屬流呈紊流狀態，易產生氣體卷入而形成空洞缺陷 [3、4、5]。本文通過軟件模擬再現殼體鑄造過程[6]，分析氣孔產生的原因并制定有效改進方案，從而對殼體鑄造質量進行改善。

1 器殼體相關信息介紹

1.1 殼體基本信息

離合器殼體外形尺寸 415mmX350mmX193mm，平均壁厚4mm，重量7.4KG，材料AlSi9Cu3，毛坯尺寸精度CT6

級，其結構詳見圖1。

1.2 離合器殼體模具結構

模具動、靜襯模材料采用熱作模具鋼 DIEVAR，型芯材料H13，模架材料45#。由于離合器殼體產品模具結構較復，共6處鑲塊成型，其中動模鑲塊有4個，為了防止動模內抽芯壓鑄過程中退位，其中3個增加了機械限位， 1處小芯子由油缸推力封鎖。進料一共有 4股，除一處主進料其余均為輔助進料口，其中2股在左滑塊上。模具結構詳見圖2。

1.3 壓鑄機及工藝參數

離合器殼體選用的壓鑄機是力勁 DCC2000，鎖模力 2000KN，為了保證壓室充滿度，選用.120mm的沖頭。其主要工藝參數見表1。

1.4 離合器殼體在現生產中主要廢品形態

離合器殼體從產品開發到后續量產，期間做過一些工藝改進，質量有一定改善。壓鑄綜合廢品率基本控制在5%左右。經過對現生產廢品形態進行分類統計，其中 601、802孔氣孔比例占到總廢損比例的85%，見表2。

2.1

壓鑄充型凝固過程模擬

2.1.1

分析數據輸入

由于殼體鑄件尺寸大、形狀復雜，在計算機數值模擬過程中網格剖分數量很大，模擬的難度就很大[7]。為了確保分析結果與現生產情況的一致性，還需要考慮冷卻水道的影響，因此從導入的STL文件導入到數據輸入都與現生產模具和壓鑄參數都保持一致，并盡可能考慮更多的影響因素，圖3是導入的帶有冷卻水管路STL文件。

2.1.2 模擬結果與缺陷原因分析：

（1）圖4中601孔的.28.5沉臺，為動模內抽芯。如果壓鑄機程序不設置成插芯后噴涂，很容易出現拉傷而導致加工黑皮；但噴涂后又不易吹干，容易出現殘留水汽。而且通過對填充過程中氣體分布的狀況看（見圖 5），孔內出現裹氣，是此處產生表面氣孔和皮下氣孔的主要原因。

（2）801孔的.20的沉臺，由上滑塊鑲塊成型，處在進料末端。雖然底部有渣包，且與排氣槽相連，但從填充過程看，由于圖7中渣包提前填充，使臺階孔附近的2個渣包無法順利排氣，導致圖8區域氣體無法順利排出，從而產生氣孔。

3 殼體工藝改進

3.1根據模擬結果和缺陷原因分析，制定了以下工藝改進方案

①由于.28.5的沉臺孔無法設置渣包，只能依靠型芯配合間隙來起到排氣效果，除了調整配合端長度和間隙，在避空段銑扁以留出足夠空間進行排氣，見圖9和10。

②由于圖7中渣包提前填充，起不到排氣效果，容易裹氣，將.20沉臺孔下方的2個渣包隔開并與另一側排氣塊相連，見圖11和12。

3.2 X射線探傷結果對比

通過模具對改進前后生產的鑄件進行X射線探傷對比分析，離合器殼體601、801孔氣孔缺陷得到明顯改善，見圖13和14，綜合廢品率下降至0.8%。

4 結語

（1）通過對壓鑄現生產過程的準確模擬，并根據模擬結果與壓鑄實體零件相結合分析，能夠較為直觀的發現各種鑄造缺陷產生的原因，本文分析出離合器殼體的氣孔缺陷主要是卷入型氣孔。

（2）針對 2處不同的氣孔缺陷問題，分析了形成原因，采取不同的對策，從改善型芯和渣包的排氣效果方面考慮，優化模具結構，為質量改善提供精準對策。

參考文獻：

[1]王芳，趙海東，張克武，等 .ADC12壓鑄件孔洞與力學性能關系的研究 [J].特種鑄造及有色合金，2008，28（3）：204-207.

[2]閆焉服，熊守美，柳百成，等 .鑄造壓力對 ADC12壓鑄件孔洞和力學性能的影響[J].鑄造，2007，56（11）：1 171-1 174.

[3]白硯飛，趙海東，劉小華，等.壓鑄件氣體卷入的數值模擬及驗證 [J].特種鑄造及有色合金，2009，29（10）：924-926.