鋁合金鑄件油分殼金屬型模具設(shè)計(jì)

姜 麗，程俊明，李勝君，孫曉莉，趙娜娜，于 程，劉 寧

（新程（營口）精密設(shè)備有限公司，遼寧營口 115009）

隨著鋁合金鑄件種類的多樣化及對鑄件質(zhì)量要求的日漸提高，市場競爭也越來越大。由于薄壁類鋁合金鑄件占有很大的市場份額，本文就一種薄壁鋁合金鑄件油分殼為例，對其鑄造工藝與模具設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。

1 產(chǎn)品簡介

該油分殼（如圖1 所示）為某壓縮機(jī)上的重要組成部分，鑄件最大外觀尺寸為?157mm×383mm，鑄件最厚部位18mm，最薄部位6mm，單重為4.8kg，材質(zhì)為ZL101A。

圖1 鑄件簡圖

2 工藝分析及模具設(shè)計(jì)

2.1 工藝分析

作為油氣分離器的外殼，在使用過程中對該鑄件的密封性有很高的要求。因此對此鑄件內(nèi)外表面質(zhì)量要求很嚴(yán)格，特別內(nèi)腔儲(chǔ)油槽表面光潔度要求較高，不允許有任何鑄造缺陷。且由于此鑄件壁厚不均，很難實(shí)現(xiàn)順序凝固。

采用什么方式生產(chǎn)是擺在筆者面前的主要任務(wù)。如果采用砂型生產(chǎn)，通過冷鐵和冒口調(diào)節(jié)很容易實(shí)現(xiàn)順序凝固，但是砂型鑄件外觀質(zhì)量比較差，氣密性不如金屬型好，生產(chǎn)效率低。考慮到金屬型模具的優(yōu)點(diǎn)：外觀質(zhì)量好，尺寸精度高；鑄件致密度高，力學(xué)性能好；生產(chǎn)效率高。故筆者優(yōu)選金屬型傾轉(zhuǎn)式重力鑄造方案。

2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傾轉(zhuǎn)澆注工藝的優(yōu)點(diǎn)在于可控制液態(tài)金屬進(jìn)入型腔的速度及液流的平穩(wěn)性，型腔排氣通暢，鑄件的氧化夾雜物極少，鑄件在冒口的直接補(bǔ)縮下順序凝固，可提高鑄件的補(bǔ)縮效果，使鑄件組織均勻、致密[1]。因此在厚大部位設(shè)置了冒口，直接對厚大部位進(jìn)行補(bǔ)縮。具體澆注系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3 計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬

筆者對上述冒口的補(bǔ)縮及凝固順序進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，來證實(shí)此工藝方案的可行性，如圖3 所示。

圖3 計(jì)算數(shù)值模擬示意圖

2.4 模具結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方案

根據(jù)工藝方案的設(shè)定，筆者將模具設(shè)計(jì)為左右分型，由左、右半模和鐵芯組成。考慮此鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如果采用砂芯生產(chǎn)，有些要求比較容易實(shí)現(xiàn)，但是砂型有很難克服的缺點(diǎn)：（1）砂芯的發(fā)氣量比較大，在充型過程中氣體無法排出，導(dǎo)致鑄件表面出現(xiàn)氣旋缺陷影響鑄件的外觀質(zhì)量；（2）砂芯生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，外觀質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有金屬型光潔度高，增加了打磨工序的工作量。綜合考慮采用金屬型鐵芯生產(chǎn)。內(nèi)腔儲(chǔ)油槽處用活塊帶出，鑄件內(nèi)腔比較長，活塊在傾轉(zhuǎn)過程中易出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，故將活塊頂端增加了反向鍵槽，如圖4所示。具體模具結(jié)構(gòu)如圖5 所示，鐵芯1 為手動(dòng)抽芯，鐵芯2 為設(shè)備側(cè)抽。

圖4 鍵槽示意圖

圖5 模具結(jié)構(gòu)示意圖

3 生產(chǎn)驗(yàn)證與改進(jìn)

首件試制，澆注溫度設(shè)定在720℃±10℃，模具溫度控制在260℃±20℃，但前3 件均出現(xiàn)了澆不足的情況。且澆注不足的面積隨著模具溫度的提高而逐漸減小，如圖6 所示。考慮到此鑄件的壁厚為6mm，屬于薄壁類鑄件，在澆注過程中，鋁液溫度不斷降低，導(dǎo)致鋁液未充滿型腔就已凝固，從而造成鑄件澆不成。

圖6 首件試制

根據(jù)現(xiàn)場鑄件澆注情況，我們將模具和鐵芯溫度調(diào)整到310℃±10℃。由于受外界環(huán)境因素影響，模具溫度不能確保一直為恒溫澆注，為了減少模具熱量流失，筆者在模具外側(cè)包裹了保溫棉。工藝調(diào)整后，我們又連續(xù)生產(chǎn)試制了6 件，從外觀上看均無任何缺陷。

經(jīng)過X 光實(shí)時(shí)成像無損檢測，鑄件內(nèi)部也無缺陷，全部合格，如圖7 所示。

圖7 工藝改進(jìn)后

4 結(jié)語

通過對模具溫度及相關(guān)參數(shù)的調(diào)整，又進(jìn)行了小批量生產(chǎn)，內(nèi)外表面質(zhì)量均合格，無任何縮松、冷隔等缺陷。且此批鑄件做水壓、氣密實(shí)驗(yàn)一次性合格。大大提高了鑄件的合格率和生產(chǎn)效率。到目前為止，已批量投產(chǎn)500 余件，經(jīng)嚴(yán)格檢測，完全滿足客戶的標(biāo)準(zhǔn)要求。該工藝方案為以后類似鑄件的工藝與模具設(shè)計(jì)提供了可靠的參考資料，如圖8 所示。

圖8 小批量生產(chǎn)