本論文以某新能源汽車電機(jī)殼體為例，利用模擬軟件對其壓鑄過程進(jìn)行模擬以縮短該產(chǎn)品的開發(fā)周期，并結(jié)合試制和試生產(chǎn)階段的問題進(jìn)行分析和改善。
1、鑄件的結(jié)構(gòu)及開發(fā)技術(shù)要點
汽車電機(jī)殼體壓鑄零件如圖1所示。該零件輪廓尺寸為459mm×275mm×281mm，壓鑄件重量為8.675kg，平均壁厚為4mm，投影面積為90296mm2，鑄件材質(zhì)ADC12鋁合金。該鑄件有多處的厚壁熱節(jié)部位（圖1圈位置），易造成縮孔；要求產(chǎn)品表面無毛刺飛邊及壓鑄缺陷；所有尺寸符合圖紙以及裝配要求，特別是平面度以及定位孔位置度必須滿足圖紙的要求；內(nèi)部大腔、軸承孔等部位，不能出現(xiàn)氣孔、縮孔、疏松等缺陷，以免降低產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度；并且產(chǎn)品要求氣密性試驗，具體氣密性要求為：試漏壓力200kPa，允許泄漏量<5ml/min。
該零件在2700T（IDRA）臥式冷壓室壓鑄機(jī)上生產(chǎn)，該壓鑄機(jī)配有世界先進(jìn)的壓射控制和工藝監(jiān)控系統(tǒng)。
在開發(fā)本產(chǎn)品的過程中，為了縮短開發(fā)周期，使用壓鑄模擬分析軟件進(jìn)行工藝分析。由于產(chǎn)品電機(jī)殼體部分內(nèi)部質(zhì)量要求相對高且壁厚相對大軸承孔位置厚，故而采用鑄件豎起來由電機(jī)殼側(cè)進(jìn)澆方式而不是常見的鑄件水平擺放整體進(jìn)澆，預(yù)設(shè)計澆注 - 排溢系統(tǒng)進(jìn)行模擬。采用三種方案，如圖2所示，方案1為兩側(cè)進(jìn)澆，方案2為左側(cè)進(jìn)澆，方案3為右側(cè)進(jìn)澆。
圖3為3種不同方案在壓射填充時間2.61s、型腔填充率為68%時的狀態(tài)。從模擬效果得出，方案1在電機(jī)殼大圓位置存在卷氣（圖3標(biāo)注圈），由于該位置為關(guān)鍵位置，不允許存在氣孔，所以該方案不采用。
圖4為3種不同方案在壓射填充時間2.63s、型腔填充率為82%時的狀態(tài)，從模擬效果證實，方案2與方案3卷氣主要集中在鑄件填充末端且其他關(guān)鍵位置卷氣較少（圖4方案2和方案3上部兩個標(biāo)注圈），又因為方案3鋁液填充時溫度場過于不均衡（圖4方案3內(nèi)下部圈內(nèi)，圈內(nèi)溫度區(qū)間從580C°~630C°），所以選擇方案2。
2、 缺陷原因分析及對策
2.1 產(chǎn)品水尾氣孔原因分析與對策
2.1.1 原因分析
針對方案2鑄件填充末端氣孔進(jìn)行模擬分析，在方案2主澆道上把內(nèi)澆口拉寬13mm（見圖5），增強(qiáng)該處進(jìn)澆位置處的鋁料，讓鋁液填充更平穩(wěn)。同時加大填充末端集渣包容積。
模擬分析圖4的結(jié)果表明：
1）產(chǎn)品氣孔位置為入料口最遠(yuǎn)端，這種位置容易形成冷料集聚；
2）產(chǎn)品水尾部位為不同方向鋁液交匯處，容易形成卷氣，造成內(nèi)部氣孔。雖然該鑄件采用了抽真空輔助成型技術(shù)且氣孔位置靠近排氣塊，但排氣塊間隙過小容易形成排氣不足而造成鑄件填充末端冷料匯聚與氣孔缺陷。
2.1.2 采取措施
針對鑄件冷料集聚與氣孔缺陷，解決的措施為：
1）加大鋁液流向該位置的內(nèi)澆口面積，讓鋁液填充更平穩(wěn)；
2）增加該位置集渣包的體積，使集渣包容納更多的冷料。
該兩種方法都是在模具上減料，加大內(nèi)澆口面積可以通過加寬該內(nèi)澆口來達(dá)成；加大渣包同樣可以通過加大渣包的寬度和厚度來達(dá)成。由于該兩個措施都易于達(dá)成，將這兩個方法同時采納。
2.2 電機(jī)殼大圓夾層原因分析與對策
2.2.1 原因分析
該鑄件采用方案2制造模具，壓鑄試制出現(xiàn)了電機(jī)殼大圓位置夾層缺陷，針對該夾層分析原因如下：
1）分型線間隙不合理，披縫殘留；
2）高速開始位置選擇過晚，鋁液慢速階段時間太長導(dǎo)致鋁液表層過早形成薄殼層，高速時卷入成為夾層；
3）鋁液成分不良。
2.2.2 采取措施
針對分型線間隙不合理，披縫殘留采取措施：
1）重新配模讓分型線緊密配合，使產(chǎn)品在分型線位置沒有披縫形成；
2）在模具分型線位置倒一個圓角（圖6左下圓位置），開模時讓披縫不被拉斷并隨產(chǎn)品取出（如圖6右圓所示）。方法1成本過高暫不采用。
高速開始位置選擇過晚，鋁液慢速階段時間太長導(dǎo)致鋁液表層過早形成薄殼層，高速時卷入成為夾層。該原因形成的夾層需要通過調(diào)整高速起點來解決。前面選擇的高速起點位置為550mm，通過模擬發(fā)現(xiàn)由于該鑄件澆道流程長度不一致，當(dāng)鋁液填充到所有內(nèi)澆口時，已經(jīng)有部分鋁液填充到型腔內(nèi)部，填充區(qū)域與夾層分布區(qū)域大致一致（如圖7）.對此，將高速開始位置提前并將慢速速度加大。針對鋁液成分不良，作出下列改善：
1）加強(qiáng)鋁液熔煉過程控制（除渣、除氣、除雜）；
1）加強(qiáng)鋁液熔煉過程控制（除渣、除氣、除雜）；
2）加料時必須清理浮渣；
3）爐渣清理；
4）料勺加蓋板。
2.2.3 效果跟蹤
按照上述措施優(yōu)化分型線披縫，調(diào)整高速起點位置和慢速速度，加強(qiáng)對鋁液成分的控制后，進(jìn)行跟蹤驗證，電機(jī)殼大圓位置夾層得到很大改善。
3、結(jié) 論
通過對鋁合金電機(jī)殼殼體的壓鑄試制及改善過程，結(jié)果表明：數(shù)值模擬為鋁合金壓鑄件的前期改善提供了有力的保證，在鋁液的充型過程、氣壓、流態(tài)、交匯位置都有直觀的顯示，為改善進(jìn)澆方式提供了有力的依據(jù)；同時數(shù)值模擬為缺陷改善提供了良好的參考方向，縮短了產(chǎn)品開發(fā)時間；經(jīng)過對電機(jī)殼壓鑄產(chǎn)品缺陷種類及位置的統(tǒng)計，識別出主要的缺陷，針對主要的缺陷進(jìn)行專題改善，可以集中力量改善工藝方面的問題；采用提高模具的制造精度、減少分型位置的尖角，同時提高慢速階段的速度，可以改善產(chǎn)品因為在料筒、模具內(nèi)部冷卻而產(chǎn)生的夾層。
本文作者：廣東鴻圖科技股份有限公司安肇勇 黃志垣 閆 鋒
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