壓鑄工程師在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，模具開發(fā)的方案總會(huì)參考自己公司已經(jīng)有的相似的方案，即使全新的產(chǎn)品，也會(huì)想辦法去了解其它公司，其它相似部品的模具方案，經(jīng)常參考的有澆注系統(tǒng)，排溢系統(tǒng)，抽芯，模具分型，頂出位置等等。過往的經(jīng)驗(yàn)非常重要，總會(huì)植入以前曾經(jīng)的成功的點(diǎn)。A8右箱是新開發(fā)的150型排量踏板車發(fā)動(dòng)機(jī)的壓鑄件（圖1）。過往公司也曾做過類似產(chǎn)品，但是留下的資料并不能提供給鑄造工程師足夠的信心。

       于是向同行請(qǐng)教是非常值得推廣的，我們請(qǐng)教的主要問題是：你公司在做這個(gè)產(chǎn)品時(shí)主要的質(zhì)量缺陷是什么？生產(chǎn)中有什么注意事項(xiàng)？

       經(jīng)過口頭的和郵件的方式我們咨詢海內(nèi)外至少四個(gè)公司，獲得最多的信息是：壓檢不良，裂紋，掛機(jī)孔加工后縮孔，油尺抽芯卡滯。

一 、模具設(shè)計(jì)植入課題

       壓鑄廠模具設(shè)計(jì)基本上都是依耐模具廠家，甚至用所謂的“交鑰匙工程”來限制模具廠。模具的制造完全由模具廠家自控，如果壓鑄需方連模具設(shè)計(jì)階段都不愿意參與，供需雙方不可能建立良好溝通，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致模具開發(fā)周期延長，問題點(diǎn)增多。所以壓鑄廠家在模具設(shè)計(jì)階段盡可能提供足夠的建議，特別是解決產(chǎn)品壓檢不良，縮孔，裂紋的問題上要達(dá)成一致。

1.壓檢不良

1.1壓檢不良的部位：

         鑄件加工后壓檢不良的零件都是報(bào)廢處理（產(chǎn)品限制浸滲）。在圖2中壓檢不良的部位點(diǎn)從1~8都是可能存在的，經(jīng)過咨詢整理和確認(rèn)后，最嚴(yán)重的點(diǎn)是第5點(diǎn)，是油道通過的附近，并且油道孔，內(nèi)孔需要加工,壓鑄件內(nèi)部縮孔氣孔與加工后的油道孔缺陷連通造成泄漏。經(jīng)過分析決定在點(diǎn)5導(dǎo)入局部擠壓技術(shù)。

1.2、局部擠壓的壓鑄模具：

        解決壓檢不良最嚴(yán)重的點(diǎn)是5點(diǎn)，模具植入局部擠壓技術(shù)。在圖3中型腔需要擠壓的部位是成型銷子形成，當(dāng)壓射沖頭完成壓射的時(shí)候，型腔內(nèi)鋁液已經(jīng)充滿處于凝固過程中，這時(shí)候擠壓銷的油缸給油，擠壓銷子前進(jìn)使局部鋁液再次向有縮孔的地方步充鋁液。

所以擠壓銷的設(shè)定能使該處鑄件內(nèi)部更致密（圖5）。

1.3、局部擠壓的壓鑄機(jī)信號(hào)的選�。�

       擠壓油缸的給油信號(hào)，需要從壓鑄機(jī)內(nèi)部提取，進(jìn)行時(shí)間控制，一般性選取壓鑄機(jī)的增壓開始信號(hào)作為擠壓油缸給油的起點(diǎn)（圖4的紅色壓力線上的A點(diǎn)）。當(dāng)壓射沖頭停止時(shí)，鑄件已經(jīng)充滿，沒有鋁液的進(jìn)入。從點(diǎn)A開始的時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行時(shí)間延后的設(shè)定。

1.4、局部擠壓的效果確認(rèn)：

       鑄件擠壓的效果是被擠壓的深度來確定，深度是油缸的行程和擠壓時(shí)間的確定。圖5中擠壓的深度=b-a,鑄孔深b是理論上不采取擠壓設(shè)計(jì)的原始的深度，鑄孔a是擠壓銷退回原位而不擠壓時(shí)的深度。如何判斷模具的擠壓是否在生產(chǎn)中起作用或者擠壓是否有故障的判斷方法是測(cè)量鑄孔深度a是否變化并且介于a b之間，如果均無變化，模具可能擠壓失效。具體到擠壓深度多少最佳是需要實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

1.5、實(shí)績：

       A8右箱模具試制時(shí)，對(duì)擠壓效果設(shè)計(jì)了8組實(shí)驗(yàn)，無擠壓是油缸退位狀態(tài)孔深9.35最短，第1組是選擇擠壓，但是起始時(shí)間設(shè)定為0，即增壓與擠壓同步，圖4中的A點(diǎn)。這樣鋁液還沒有充填滿型腔擠壓銷前進(jìn)到最大位置13.46最長孔，從式樣編號(hào)②看，縮孔很大，說明提前擠壓無效果。表一中分別延后100ms,200ms等其他6組實(shí)驗(yàn)，分別觀察縮孔的數(shù)量和大小。

       擠壓延時(shí)到300ms后，對(duì)應(yīng)孔的深度穩(wěn)定在12.45，說明300ms后的擠壓距離是不變的，即超過300ms后的擠壓沒有實(shí)際意義。

       解剖樣件觀察圖6中的孔穴的個(gè)數(shù)和大小，效果最好的是樣品③和④，擠壓的開始時(shí)間為增壓開始延遲200ms時(shí)擠壓的孔深是11~~12.5為組織最致密。從實(shí)例來看，擠壓能明顯的改變孔穴的大小，但對(duì)于改變孔的數(shù)量從本實(shí)驗(yàn)看并不明顯。增加擠壓銷后產(chǎn)品小批量驗(yàn)證壓檢不良為“0”

2、抽芯油缸的設(shè)計(jì)

       模具初期試制時(shí)，發(fā)現(xiàn)圖1中的油尺抽芯在開模抽芯時(shí)總是抽出困難，嘗試了留模時(shí)間縮短，離型劑濃度增加，抽芯通道潤滑都沒有明顯效果。壓鑄廠生產(chǎn)中如果遇到抽芯油缸打不開，鑄造無法進(jìn)行，是一件令人頭疼的故障。

      考慮是否是油缸的抽出力設(shè)計(jì)存在問題。模具的抽芯油缸的選擇參考模具設(shè)計(jì)手冊(cè)和文獻(xiàn)圖8的型芯受力圖作成表二壓鑄模抽芯力以及模具抽芯油缸抽芯力的計(jì)算表。

       壓鑄廠希望減少拔模的斜度以減少加工余量，防止鑄件縮孔暴露影響產(chǎn)品質(zhì)量，雙方確認(rèn)拔模斜度由1°減少到0.5°，圖9顯示單邊加工余量減少0.46mm，對(duì)于質(zhì)量提高，材料消耗的成本降低是非常有益的；由此掛機(jī)孔以及很多部位均采用0.5°的拔模斜度。計(jì)算其抽芯力分別為1.47噸和1.52噸，這個(gè)出模力的變化對(duì)于如果會(huì)造成鑄件的出模困難可能產(chǎn)生影響，但是對(duì)于模具設(shè)計(jì)油缸抽出力的總體影響并不大。

       模具設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者計(jì)算抽芯力為1.52噸，圖9的右箱油尺抽芯選擇油缸φ63mm，對(duì)應(yīng)的模具油缸抽芯力為4.5噸。查詢其他文獻(xiàn)，沒有明確的推薦值。推測(cè)是否是模具制造精度影響了抽芯力？油缸是否與抽芯力的方向有錯(cuò)位造成抽芯力的增加？測(cè)量圖7中油缸的中心與理論中線分別偏移0.3和0.13，由于模具油缸與模具抽芯的聯(lián)結(jié)都不是絕對(duì)的精密聯(lián)結(jié)（會(huì)造成日常模具拆裝困難），這種偏移量是允許存在的。

       實(shí)績：鑄造工程師要求把油缸的直徑φ63mm增加到φ80mm，油缸的抽芯力增大到7.3噸。更換油缸后生產(chǎn)非常順暢，沒有卡滯現(xiàn)象。從本案例推薦壓鑄模具的油缸選擇是 F油缸》3*F抽（常規(guī)壓鑄模具的選擇）。

       各壓鑄廠在生產(chǎn)汽車缸體時(shí)，上抽芯滑塊常常發(fā)生開模困難，不妨驗(yàn)證一下抽芯油缸的設(shè)計(jì)是否合理。

       為簡(jiǎn)便計(jì)算，推薦查圖10，本案例查圖10mm長的抽芯力為3000N，銷子長68mm，則抽芯力為2.04噸，則需要的油缸抽芯力》6噸。以此也說明油缸的直徑φ80mm設(shè)計(jì)更合理。

3、嵌套間隙的設(shè)計(jì)

       A8右箱有嵌套，壓鑄模具生產(chǎn)時(shí)的溫度20-300℃，模具鋼的熱膨脹系數(shù)a在100℃和200℃時(shí)分別為9.1X10^-6和10.3X10^-6，上嵌套的模具內(nèi)部設(shè)置有冷卻水，溫度較低，內(nèi)徑的膨脹量△L=a（L*△T）=9.1X10^-6X54(100-20)=0.04，鋁液壓鑄時(shí)，間歇0.08mm以下不會(huì)跑鋁，再考慮配合間歇模具內(nèi)徑設(shè)計(jì)φ53.9；外徑溫度較高按照200設(shè)施的計(jì)算膨脹量為0.11，考慮安裝性能外徑設(shè)計(jì)φ61.5。

       R角的配合間隙如果模具R過�。▓D13），壓鑄時(shí)模具或者嵌套會(huì)被壓壞，如果R過大，會(huì)形成鋁皮，該處不加工，鋁皮清理困難，考慮嵌套的R角公差后模具設(shè)計(jì)為R1.3。

       實(shí)績：嵌套的R角存在間斷的鋁皮，鑄件清理能夠清理干凈，壓鑄廠能夠容忍。想要達(dá)到壓鑄時(shí)不產(chǎn)生鋁皮非常的困難。

4、防止鑄件裂紋的設(shè)計(jì)

       對(duì)比相似部品，參考的方案設(shè)計(jì)中的A點(diǎn)B點(diǎn)生產(chǎn)中有產(chǎn)生縮裂，考慮到集渣包的入口在澆注系統(tǒng)的對(duì)面，有對(duì)于鋁液的分流，改善方案是取消集渣包，改為沿澆注系統(tǒng)方向增加鋁液導(dǎo)入橋，有更多的鋁液進(jìn)入B點(diǎn)。同時(shí)考慮壓檢不良的對(duì)策，增加了真空壓鑄，真空的抽氣點(diǎn)在澆注系統(tǒng)的反向遠(yuǎn)端，更有利于鋁液的流動(dòng)，以及在4點(diǎn)的局部擠壓（深度11.63）。實(shí)績：改善后的A點(diǎn)B點(diǎn)縮裂完全克服，外觀非常光順無瑕疵。

二、現(xiàn)場(chǎng)工藝的調(diào)試

       模具進(jìn)入壓鑄廠試制開始，更多的工作在于現(xiàn)場(chǎng)鑄造工程師，從鑄造技術(shù)的角度多付出，而不能再次依耐模具廠。離型劑的濃度，噴涂的位置，噴涂吹干的時(shí)間，鑄造工藝參數(shù)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等等。所有的鑄造缺陷在這個(gè)階段要做到完全確認(rèn)沒有其他方案的時(shí)候才考慮模具方案的再次修正。

1、工藝參數(shù)的計(jì)算

       產(chǎn)品壓鑄時(shí)：澆注系統(tǒng)重量0.675Kg,鋁液總重量3.305Kg,鑄件重量1.89Kg,鋁液密度2.6，沖頭直徑A=φ90，鋁合金系數(shù)K=0.0534.據(jù)此計(jì)算。

V體=（G鑄+G溢流+G澆）/ρ=3.305/2.6×10-6=1.27×10⁶mm³

1.1、增壓行程：

L4=[V體/（A×100）]×K×4/3.14=[1.27×10⁶/（90×100）]×0.0534×4/3.14=9.5mm.考慮到增壓閥啟動(dòng)的反應(yīng)時(shí)間,應(yīng)在計(jì)算位置上后移30mm左右,即L4=30+9.5≈40(mm)

1.2、高速行程：

L3=（G鑄+G溢）/[（ρ×3.14/4）×A²] =（3.305-0.675）/

 [（2.6×10^-6]×3.14/4）×90² ]=159(mm)

       在壓鑄工藝參數(shù)中,高速轉(zhuǎn)換點(diǎn)直接關(guān)系到鑄件外觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量。

       開始計(jì)算時(shí)不需要去測(cè)量沖頭的起始停止位置，現(xiàn)場(chǎng)按照估計(jì)增補(bǔ)鋁液的加入量，待高壓壓鑄鑄件基本成型時(shí)，壓鑄機(jī)的顯示器上讀出沖頭的停止位置是497mm，則增壓位置的設(shè)置點(diǎn)是497-40=457mm

       高速轉(zhuǎn)換點(diǎn)是鋁液到達(dá)內(nèi)澆口時(shí)壓鑄機(jī)的高速起點(diǎn)，如果設(shè)定太靠前，鋁液未到達(dá)內(nèi)澆口，鑄件卷氣嚴(yán)重，如果太延后，鋁液已經(jīng)進(jìn)入鑄件，則外觀冷隔嚴(yán)重。高速行程L3=159mm，則高速的起點(diǎn)就是457-159=298mm，理論計(jì)算后的數(shù)據(jù)是指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定參數(shù)的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)產(chǎn)品外觀及內(nèi)在質(zhì)量在理論值的基礎(chǔ)上前后進(jìn)行移動(dòng)驗(yàn)證，最后高速轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)定位置在310mm為最好。

1.3、壓鑄工藝曲線

       現(xiàn)代壓鑄機(jī)可以顯示壓鑄實(shí)時(shí)參數(shù)，圖18的壓鑄工藝曲線，從曲線上可以知道壓鑄各階段的速度，時(shí)間，壓力，行程參數(shù)。

2、離型劑的調(diào)整

       開始調(diào)試發(fā)現(xiàn)圖19的澆口沖刷部位有裂紋，調(diào)試離型劑噴涂量增加，噴涂位置校隊(duì)后裂紋消失。

3、 結(jié)論

       A8箱體的開發(fā)在設(shè)計(jì)階段壓鑄廠與模具廠進(jìn)行了充分的技術(shù)溝通，雙方在各問題點(diǎn)上都能達(dá)成一致，模具最終體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的理念。所以試制階段比較順利，沒有對(duì)模具再次修正，僅對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了調(diào)試。模具廠最初對(duì)合同中的鑄件的合格率≧98%的規(guī)定完全不用擔(dān)心，雙方合作非常成功！

本文作者：重慶建設(shè).雅馬哈摩托車股份有限公司  唐和雍  鄒新國  羅久林 李永杰 高婭妮  韓春旺