原标题：铸件实例！压铸JMC缸体群架泄漏的原因分析及模具优化设计

JMC开发的一款汽车发动机缸体群架，其材质为AlSi9Cu3（Fe）合金，其化学成分见表1。铸件轮廓尺寸为485 mm×364 mm×148 mm，总质量约为7.1 kg，结构复杂，壁厚为4.5 mm，周边有大量的凸台和孔，导致铸件局部壁厚过厚。铸件内部气孔按照“ASTM E505”Level 2规范执行，最大孔洞小于1.5 mm；密封面孔要求小于0.4 mm。铸件密封测试时要求，腔体压力为0.1 MPa，泄露量小于10 mL/min；油道压力为0.3 MPa，泄漏量小于10 mL/min。

图1缸体群架

1. 模具设计方案

根据缸体群架的结构特点，为保证缸体群架周边功能区局部壁厚较厚的部位的内部品质，铸件采用U型浇注系统，能够快速填充铸件并对两侧局部厚大处实施有效的补缩。缸体群架U型浇道见图2。

图2 缸体群架U型浇道

模具结构见图3，由动静模镶块和4个滑块及静模斜抽芯组成，此模具属于大型压铸模，为防止模具在生产过程中因热膨胀影响正常的导向精度，采用方导柱、导套结构，布置在模具四角。滑块抽芯采用液压缸抽芯，模具设计简单、稳定、可靠。

图3缸体群架压铸模结构图（动模）

2.批量生产中的问题及原因分析

生产过程中，铸件经加工后密封测试，发现在机滤安装面M6螺纹孔出现微泄露，泄漏位置见图4，废品率达8.3%。对泄漏零件进行X光检验，发现铸件内部有缩孔和缩松。对缺陷部位进行剖切，发现毛坯孔壁有过热粘料。泄漏产生的原因是内部存在缩孔和缩松，机加工后内部细小缩孔将油道孔与螺栓孔贯通，导致油道在加压到0.3 MPa时泄漏量大于10 mL/min。

图4 铸件泄漏位置

铸件产生缩孔存在于机滤安装部位，此区域局部壁厚过厚且有热节，铸件凝固过程中冷却速度慢，导致在此处出现缩孔。因此，必须加大模具局部冷却，提高局部冷却速度，平衡模具整体温度才能有效地减少缩孔产生。

3.模具优化方案

缺陷出现的部位在左滑块，模具滑块采用串联水冷却，冷却水道距离铸件局部壁厚热节处较远，无法实现单点独立强制水冷，冷却效果不好。现对铸件机滤器安装面局部产生的热量进行计算，并重新优化并增加局部点冷却，以保证连续生产过程中左滑块处于合理的模具温度范围。

原模具设计方案是左滑块成形部分为整体结构，冷却水为串联式结构，无法实现局部单点冷却；M6螺栓预采用直径∅4.8 mm型芯，无冷却。通过改变滑块成形部位的结构及冷却方式对模具进行优化，优化方案见图5。

图5 左滑块优化方案结构图

异型部位采用镶件结构，内部加设Φ7 mm冷却水道。采用喷管式独立水冷却，内置不锈钢喷管Φ4 mm，内孔进水，外壁回水,见图6。

图6 左滑块异型镶件

小细型芯加设冷却水，对型芯进行强制冷却。型芯采用螺纹与后端的型芯喷管总成连接，采用耐高温O型密封圈进行密封，可以实现不拆模具进行快速更换。型芯前端用电火花打孔机打直径Φ2 mm的水道孔。型芯采用喷管式独立水冷却，内置不锈钢喷管Φ1.2 mm，内孔进水，外壁回水。结构图见图7。

(a)小型芯的冷却结构

(b)小型芯

图7左滑块小型芯的冷却方案

型芯及镶件采用独立点冷却方式，可单点通过调节冷却水的流量控制模具温度。由于内置喷管直径过小，冷却水采用纯净水，在1～1.5 MPa的高压下进行冷却，对小型芯实施强制冷却。

经计算，优化后铸件热节处模具冷却能力Q2’大于模具需模具水道应带走的热量，使用过程中，可以通过调整冷却水的流量以达到模具热平衡状态。

4.改善后状态

通过对模具的优化改进，有效地控制模具局部温度，避免在铸件热节处由于型芯和型腔局部过热造成铸件缩孔、粘模、拉伤等缺陷。机加工后密封测试废品率由8.3%降低至0.9%。图8为改善前后机滤安装面附近的X检验对比图片。

图8 改善前后机滤安装面附近的X检验对比图片

作者

侯丽彬 程瑞 朱洪军
本文来自：《特种铸造及有色合金》杂志，《压铸周刊》战略合作伙伴