【技术前沿】铝压铸链条盖的平面度改善

特铸杂志发表于2023/4/11 10:15:18 铝合金链条盖平面度分析改善

原标题:压铸铝合金链条盖的平面度改善

摘要:铝合金链条盖在压铸过程容易变形，导致其平面度差。虽然采用冲模或者人工能进行矫形，耗费人力物力，但平面度改善不理想。通过分析，发现压铸件变形的根本原因是顶出设计不合理，开模时动模侧及抽芯局部包紧力过小。通过对顶出系统的优化以及动定模及抽芯包紧力结构的改变，最终改善了平面度。

链条盖是汽车传动系统中的零件，其变形导致平面度超差。如果链条盖的平面度在压铸时能够得到有效的改善，后续矫形减少，也为后续加工提供更稳定的压铸件。

1链条盖结构

对铝合金链条盖变形特点进行分析。图1为链条盖压铸件三维图，其轮廓尺寸为430 mmx300 mmx80 mm，质量为2.5 kg，平均壁厚为4.7 mm，整体壁厚较均匀，投影面积为96 405 mm²，材质为ADC12 铝合金。加工面积大，所有的加工面均需要加工到，加工孔不超出公差要求，所以压铸件平面度要小于0.6 mm。外观要求不允许有严重的扣伤、烧伤、冷隔等铸造缺陷。

图1 链条盖压铸件三维示意图

从图1看出，链条盖呈长方形，虽整体壁厚相对均匀，但局部存在壁厚偏大超过20 mm的区域，且局部有镂空等。设计浇注系统时遵循最短流程填充型腔各部分原则、铝液从厚壁向薄壁填充原则、浇口位置便于切除原则等，最终浇排系统设计见图2。

图2 链条盖浇排系统

采用MAGMA模拟,发现压铸件整体气压分布合理，气压值显示较高的区域基本为浇注系统的渣包以及溢流槽中(见图3)，说明该浇注系统设计可靠。

图3 链条盖型腔气压模拟

2链条盖压铸件缺陷分析

链条盖采用宇部8 500 kN压铸机生产,配有实时压射控制系统，周边配有整套的全自动设备。工艺参数如下：压力为70 MPa，冲头直径为110 mm，内浇口速度为65 m/s。进行300件小批量生产，合格率达97%，说明浇排系统设计比较合理，但整体平面度较差，在平台上局部中空区域变形在2 mm左右，严重的甚至更大（见图4）。

图4 变形产品状况

针对变形，选取最严重的的5件测量，见图5。使用等高柱代替支撑，在大平面上选取12个点位，用高度尺进行测量，结果见表1，以“0”号点位原点，其他点参照原点看各点的变化趋势，测量结果及变化曲线见图6。

图5 链条盖平面度检测点

表1 链条盖平面度数据

图6 点位高度变化曲线

从测量结果看出，变形趋势基本一致，从“0~5”号点位（进浇位置）分析可以看出，压铸件从左到右逐渐远离原点，说明进料口一侧的变形朝一个方向变形量越来愈大；从“6~11”号点位（水尾位置）分析可以看出，铸件产品中部拱起，但6号与7号点位有等高柱支撑，按照正常6号点应该趋近原点为0，但测量值最大差距为1.2 mm左右，所以6号点位也属于偏离原点。产品平面度差的模具分型为动模侧，因此根据产品变形趋势，入料口及水尾位置，右侧均朝定模方向偏。

实际生产过程中模具偶有飞料，长时间生产顶出有异响，水尾及抽芯位置在开模后抽芯不抽、顶针不顶，产品有脱离动模面等问题。

通过分析，从4个方面了试验验证：①模具飞料带来的产品尺寸超差；②顶出异响带来的局部顶出变形；③抽芯位置未抽出产品脱离，抽出前局部变形；④产品水尾位置未顶出前就脱离动模，开模后局部变形。

3链条盖压铸工艺改进

3.1.模具飞料的改善

由于模具飞料的区域程度不同，各位置的尺寸变化不尽相同，导致平面度差。因此在压铸工艺方面改进，采用3种方案进行验证。

方案1：由于压铸机自身的锁模效果所产生的锁模力不同，更换机台生产，结果飞料效果不好。

方案2：减小压射速度，减小压射的冲击峰，飞料有所改善，但水尾有成形不良、冷隔等。

方案3：根据铸件实际的投影面积计算模具与机台对应的锁模力要求P=F（锁模力）/1.2S，式中，P为比压，MPa；F为锁模力，N；S为铸件的总投影面积，m㎡，最大铸造压力为67 MPa，现压力偏大，因而需要减小铸造压力。

通过工艺调整将压力由70 MPa改为65 MPa，没有出现飞料问题，平面度稍有改善。

3.2.模具顶出的改善

顶针异响在压铸过程中为入料口位置顶出时产生。原因一是顶针温度过高导致卡顶针；二是局部包紧力过大，局部顶出时不平衡导致。

针对顶针温度高，采用对顶针降温，①在模具顶针板上方增加自来水喷淋顶针降温；②增加顶出后退时间，增加喷涂喷淋顶针。结果发现，模具在生产一定时间后还是会有异响，并且喷涂、水冷却带来了成本增加，产品平面度也没有得到改善。

针对局部包紧力过大，改善包紧力，讨论两种实施方案：

方案1，增加周边减料位的起模斜度，结果增加斜度后产品结构改变，且产品原本的厚壁再次变厚，产品内部品质变差；

方案2，对顶针重新优化，保证产品结构不变，借用加工面布置顶针，在芯针周边采用司筒顶针增强顶出力，以保证产品的顶出平衡，见图7。

图7 模具顶出布局调整

结果发现，通过改善包紧力，采用方案2，改善模具顶出模具增加司筒顶针，顶针异响得到解决，产品入料口的平面度得到极大改善。

3.3 抽芯包紧力过小的改善

产品在抽芯抽出前就已经脱离，说明抽芯位置在生产顶出前产品就已经变形，所以需要保证产品在顶出前贴合模具。为保证产品贴紧模具，需要增加动模侧与抽芯局部的抱紧力，解决该问题采用3种方法：

方案1，调整喷涂，对动模局部位置减少喷涂量，最终效果不明显；方案2，将抽芯上要加工的针孔出针，结果模具芯针（φ4 mm）经常被拉变形及断针，变形导致针孔异形、扣缺而加工不过；方案3，模具不出芯针，由加工成形，在抽芯端面增加深2 mm，宽2 mm的倒扣（见图8）

图8 抽芯改善前后的产品结构

结果发现，采用方案3模具开模抽芯，局部拉开的现象得到很好改善，局部平面度也得到极大改善。

3.4 动模定模紧力平衡改善

生产过程中产品在开模未顶出的情况下产品已经脱离动模，说明产品在开模时受到定模的抱紧力较大。另外，产品外观上局部有针孔扣缺，也表明了定模局部抱紧力大。通过对产品局部位置包紧力计算P=ALp(μcosα-sinα)，其中P为包紧力，kg；A为周长，mm；L为型芯长度，mm；p为单位面积包紧力kg/mm²，取1.2；μ为铝合金的摩擦因数，取0.25；α为起模斜度，得出局部包紧力定模侧为481 kg大于动模侧的286 kg。为了保证产品开模受力平衡，采取2种方案：方案1，增加动模的包紧力，在渣包、溢流道位置等位置增加倒扣，效果不明显，并且伴随断渣包的情况；方案2，将所有定模能取消的针截短取消，减小包紧力，结果显示个别针孔有气孔，变形有所改善，从而印证改变定模芯针包紧力可行，因此重新分析保证产品质量及加工前提条件下，将气孔位置的针截短，定位孔针根据定位深度改为对碰出针（见图9）。