重卡變速器壓鑄件起定模困難的分析與解決方案

原標題：後蓋殼體壓鑄件起定模困難的分析與解決方案

摘要

JSD180重卡變速器副箱後蓋殼體實際壓鑄生產過程中經常會因爲起定模困難而影響生產。分析此鑄件起模困難的各種影響因素，並制訂了改進方案。通過在動模上設置倒扣、在定模上設置碟簧頂出機構等工藝措施，徹底解決了壓鑄件在開模瞬間起模困難、扭曲變形的問題。

鋁合金壓鑄屬於金屬型鑄造，鋁金屬液在壓力作用下快速充型，迅速冷卻，使鑄件具有尺寸精度高、表面質量好、組織致密等優點。此外，鋁合金壓鑄工藝還具有高效、環保的工藝特點。因此，在現代機械制造及其他行業中得到迅速推廣，發展前景廣闊。

1 產品結構及特性

我公司生產的JSD180壓鑄鋁合金後蓋（圖1）是重型汽車雙中間軸變速箱中的重要部件之一，材質爲ADC12鋁合金，鑄件重7.6kg，外形尺寸爲520 mmx345 mmx83 mm，平均壁厚6 mm，採用壓鑄工藝成形。

圖1 JSD180壓鑄鋁合金後蓋鑄件

2 鑄件問題及缺陷描述

JSD180後蓋殼體鑄件機加工後大口面部分區域出現黑皮現象，如圖2所示。嚴重者，生產過程粘附定模難於起出模芯，如圖3所示

圖2 鑄件機加工黑皮

圖3 鑄件粘定模

3 黑皮及起定模困難原因分析

壓鑄件起模困難和起模斜度、Fe含量、模具噴塗脫模劑質量、留模時長、模具型腔表面粗糙度及模具結構等因素有關。起模困難很容易造成鑄件變形，機加工後出現表面黑皮。適當地加大加工餘量，雖然能夠減少加工黑皮現象，但是對零件成品機加工表面質量、加工效率以及後續的裝配等均有影響。

3.1 加工餘量

JSD180後蓋殼體大口面的加工餘量設計值爲1.5 mm。對生產的鑄件隨機抽取了5組進行尺寸測量，測量結果見表1，實際加工餘量值足夠，且遠超出行業標準（1.0mm）。可見，後蓋加工黑皮的主要原因不是加工餘量小。

表1 加工餘量 mm

3.2 起模斜度

起模斜度太小會導致鑄件難以脫出模具型腔。對模芯的起模斜度進行了實際測量，都沒有小於1.5°，符合壓鑄模具行業設計規範。

3.3 Fe元素含量

一般情況下，Fe元素對鋁合金是有害的，但對於ADC12壓鑄鋁合金來講，Fe元素須調整到一定含量，低於下限時，有粘模傾向;高於上限0.9%，合金流動性降低，熱裂傾向加大，力學性能下降。所以，一般Fe含量控制在0.7%~0.9%之間。爲此，對問題鑄件的化學成分進行了追蹤，並對連續一個月內的檢測結果做了SPC分析，如圖4所示，Fe元素含量未出現超標現象。

圖4 ADC12鋁合金Fe元素含量SPC分析

3.4 模具起模劑噴塗

噴塗模具型腔表面所使用的起模劑附着能力強、脫模效果好。如果起模劑噴塗不均勻，有陰影區，鑄件起模摩擦阻力就會增大，導致模具表面粘鋁或鑄件起模困難。圖5爲壓鑄正常生產時，定模芯表面噴塗起模劑後的情況，從照片可以看出，起模劑噴塗均勻，未發現模具型腔表面有噴塗不到位的陰影區。

圖5 定模型腔起模劑噴塗效果

3.5 留模時長

壓鑄件留模時間越長，隨着溫度的降低，鑄件收縮越大，鑄件對模芯的包緊力加大，使得起模阻力更大。將留模時間由最初的14 s減少到13s，發現鑄件粘模頻次有所減輕，較爲合適的留模冷卻時間爲12s，但鑄件依然出現加工黑皮、起定模困難問題，這說明留模時長屬於次要因素。

3.6 模具型腔表面粗糙度

模具型腔表面粗糙也容易造成鑄件起模困難，模具定期下機保養時，對模芯型腔表面省模拋光，保證成形面粗糙度Ra值不大於0.4 μm，措施實施後，生產過程鑄件粘定模情況也無明顯改善，模具型腔表面粗糙度導致的鑄件出模變形也屬於次要因素。

3.7 模具結構

爲了保證足夠的強度，該壓鑄件外部布置的加強筋多且密集，相對高度較高，爲了保證鑄件的外觀要求，把鑄件外部的成形面設置在定模側，鑄件內部的成形面設置在動模側，這樣帶來的問題是鋁液充型後所形成的鑄件對定模芯的有效包裹面積大於對動模芯的有效包裹面積，因此就造成鑄件起定模時的阻力大於動模，鑄件凝固後起定模相對於動模困難，以上分析說明，動、定模起模陽力不平衡是造成鑄件脫定模困難的主要原因。定、動模芯照片如圖6所示。

4 方案改進及驗證

壓鑄工藝的基本原理是液態金屬高速充型、高壓凝固，在壓鑄工藝中，充填速度可高達每秒幾十米甚至百米，卷入型腔內的氣體難以完全排出，壓鑄件氣孔難於避免?。因此加工餘量、起模斜度受限。而鑄件材料的化學成分、模具表面的粗糙度、噴塗以及留模時間改善的空間又很小，這樣就只能從模具的結構上來想辦法。

結合以上分析，我們在定模上做了一個碟簧頂出機構，該機構的原理是:當動、定模合模時，通過分型面上的復位杆將定模芯上設置的頂出鑄件頂杆壓回;開模時，通過頂杆後面壓縮彈簧的彈力將鑄件從定模芯內頂出;再者，在動模芯上設置一些倒扣(凹坑)，使鑄件對動模具有更大的出模阻力，這樣鑄件就更易脫出定模而附着在動模上。待動模開模到位後，動模上的頂杆將鑄件頂出。圖7a所示爲動模上設置的倒扣(凹坑)，圖7b爲鑄件從動模頂出後，倒扣餘料被切除後遺留下的痕跡，圖8爲定模芯上的碟簧頂出機構頂杆布置圖。

圖6 模芯

圖7 倒扣

圖8 定模頂杆布置圖

對模具改進前、後各十天的生產統計數據共計8641件做了對比分析，機加工後出現黑皮鑄件的比例從原來的17.02%下降到了0.30%，同時，鑄件起定模困難的問題也得到了有效改善。

5 結論

（1）JSD180後蓋殼體壓鑄件定模起模阻力大於動模脫模阻力是造成鑄件起定模困難的主要原因。

（2）在定模上設置碟簧頂出機構，在動模上制作倒扣，能夠有效地解決後蓋殼體起定模困難問題

作者：劉德旺 郭兆坤陝西法士特汽車傳動集團有限責任公司本文來自：鑄造雜志