表面網狀筋在鋁合金鑄件中的應用

杜 磊

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000）

1 引言

隨著全球汽車保有量增加，各車企間在不斷升級新車型的同時，需要進一步降低傳統燃油車能耗，為滿足汽車零部件輕量化要求，越來越多的零件采用鋁合金材質設計并制造。壓鑄過程可得到尺寸精度高，輪廓清晰，外觀質量好的鑄件，而壓鑄是將熔融合金在高壓、高速條件下填充模具型腔，并在高壓下冷卻凝固成型，所以金屬液在型腔內流動狀態及加工面質量是壓鑄過程的關鍵點。

2 鑄件分析

高壓壓鑄過程中，金屬液流經模具型腔，因型腔形狀特征交織復雜，因高壓壓鑄金屬液流動呈紊流態，金屬液流態紊亂后熱量聚集，同時在局部鑄件側壁出現金屬液包卷現象，如圖1所示。

圖1 金屬液流向

現有設計存在以下缺點：

（1）紊態金屬液沖擊鑄件側壁時，因熱量高散熱不及時導致側壁粘鋁嚴重，鑄件易出現拉傷、缺肉等外觀缺陷。

（2）鑄件側壁加工表面金屬液無法直接附著，包卷氣體在最終金屬液整體充滿型腔時被打散并彌散在鑄件加工表面，加工后易出現氣孔缺陷。

3 鑄件表面結構優化

結合模擬分析針對鑄件中局部位置進行結構優化，不同功能位置網狀筋結構有所不同：

（1）為避免金屬液流動時熱量無法迅速散失，在鑄件側壁設計交叉結構網格筋以增加鑄件側壁與金屬液接觸表面積來帶走金屬液釋放的過多熱量，如圖2所示。

圖2 鑄件表面網格筋

（2）在加工表面設計網格筋結構，當包卷氣體匯集在加工表面時因網格筋交錯布置，聚集的氣體因表面張力相互吸引，故可將打散的氣體集中至網格筋內，避免加工后出現表面氣孔缺陷。

4 網狀筋結構設計細節

（1）交叉型表面網格筋結構如圖3所示，交叉筋位中心間距分別為L、L1，沿水平方向呈角度b°,網格筋截面形狀呈半圓形，直徑φD，網格筋距鑄件表面高度H。設計時需遵循原則：當D=1時，L=L1=3±0.5；當D=2時，L=L1=5±1，當L、L1不相等時，L≤1.5L1，角度b°取0°、30°、45°、60°；選取網格筋尺寸時需根據鑄件表面空間、結構等因素，結合設計原則確定最終網格筋設計尺寸、形狀及分布。

圖3 交叉型表面網格筋結構

（2）網格筋工作原理，當金屬液到達鑄件側壁時，金屬液中氣體在經過相互交織的網格筋時被網格筋吸收，達到將彌散氣體聚集的作用；同時因網格筋半圓弧結構，鑄件側壁表面積大于無網格筋結構時鑄件表面積,如圖4所示。

圖4 金屬液流經網格筋截面圖

5 結論

（1）通過在鑄件局部增加交叉型表面網格筋結構，可實現在不影響鑄件功能的前提下加強局部深腔、根部R角等易拉模出裂紋位置。

（2）加工表面設計交叉型表面網格筋結構，將加工表面彌散的細小氣孔匯集至網格筋內，加工時可直接將缺陷去除，提升鑄件合格率。

（3）光順的鑄件大面，在金屬液長期沖刷時易出現早期龜裂、掉肉現象，可使用大面網格筋結構將鑄件大面分隔為網狀型面，可有效降低鑄件早期失效。