壓鑄工程師在開發(fā)新產(chǎn)品時，模具開發(fā)的方案總會參考自己公司已經(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)驗非常重要，總會植入以前曾經(jīng)的成功的點。A8右箱是新開發(fā)的150型排量踏板車發(fā)動機的壓鑄件（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。

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

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

一 、模具設(shè)計植入課題

       壓鑄廠模具設(shè)計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)果會導(dǎo)致模具開發(fā)周期延長，問題點增多。所以壓鑄廠家在模具設(shè)計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廢處理（產(chǎn)品限制浸滲）。在圖2中壓檢不良的部位點從1~8都是可能存在的，經(jīng)過咨詢整理和確認(rèn)后，最嚴(yán)重的點是第5點，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)重的點是5點，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候，型腔內(nèi)鋁液已經(jīng)充滿處于凝固過程中，這時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、局部擠壓的壓鑄機信號的選�。�

       擠壓油缸的給油信號，需要從壓鑄機內(nèi)部提取，進(jìn)行時間控制，一般性選取壓鑄機的增壓開始信號作為擠壓油缸給油的起點（圖4的紅色壓力線上的A點）。當(dāng)壓射沖頭停止時，鑄件已經(jīng)充滿，沒有鋁液的進(jìn)入。從點A開始的時間可以根據(jù)實際情況進(jìn)行時間延后的設(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)計的原始的深度，鑄孔a是擠壓銷退回原位而不擠壓時的深度。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際生產(chǎn)進(jìn)行驗證。

1.5、實績：

       A8右箱模具試制時，對擠壓效果設(shè)計了8組實驗，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，但是起始時間設(shè)定為0，即增壓與擠壓同步，圖4中的A點。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組實驗，分別觀察縮孔的數(shù)量和大小。

       擠壓延時到300ms后，對應(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后的擠壓沒有實際意義。

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

2、抽芯油缸的設(shè)計

       模具初期試制時，發(fā)現(xiàn)圖1中的油尺抽芯在開模抽芯時總是抽出困難，嘗試了留模時間縮短，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)計存在問題。模具的抽芯油缸的選擇參考模具設(shè)計手冊和文獻(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；由此掛機孔以及很多部位均采用0.5°的拔模斜度。計算其抽芯力分別為1.47噸和1.52噸，這個出模力的變化對于如果會造成鑄件的出模困難可能產(chǎn)生影響，但是對于模具設(shè)計油缸抽出力的總體影響并不大。

       模具設(shè)計時根據(jù)經(jīng)驗或者計算抽芯力為1.52噸，圖9的右箱油尺抽芯選擇油缸φ63mm，對應(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位造成抽芯力的增加？測量圖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)都不是絕對的精密聯(lián)結(jié)（會造成日常模具拆裝困難），這種偏移量是允許存在的。

       實績：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，上抽芯滑塊常常發(fā)生開模困難，不妨驗證一下抽芯油缸的設(shè)計是否合理。

       為簡便計算，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)計更合理。

3、嵌套間隙的設(shè)計

       A8右箱有嵌套，壓鑄模具生產(chǎn)時的溫度20-300℃，模具鋼的熱膨脹系數(shù)a在100℃和200℃時分別為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，間歇0.08mm以下不會跑鋁，再考慮配合間歇模具內(nèi)徑設(shè)計φ53.9；外徑溫度較高按照200設(shè)施的計算膨脹量為0.11，考慮安裝性能外徑設(shè)計φ61.5。

       R角的配合間隙如果模具R過小（圖13），壓鑄時模具或者嵌套會被壓壞，如果R過大，會形成鋁皮，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)計為R1.3。

       實績：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)到壓鑄時不產(chǎn)生鋁皮非常的困難。

4、防止鑄件裂紋的設(shè)計

       對比相似部品，參考的方案設(shè)計中的A點B點生產(chǎn)中有產(chǎn)生縮裂，考慮到集渣包的入口在澆注系統(tǒng)的對面，有對于鋁液的分流，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。同時考慮壓檢不良的對策，增加了真空壓鑄，真空的抽氣點在澆注系統(tǒng)的反向遠(yuǎn)端，更有利于鋁液的流動，以及在4點的局部擠壓（深度11.63）。實績：改善后的A點B點縮裂完全克服，外觀非常光順無瑕疵。

二、現(xiàn)場工藝的調(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，噴涂吹干的時間，鑄造工藝參數(shù)的計算和實驗驗證等等。所有的鑄造缺陷在這個階段要做到完全確認(rèn)沒有其他方案的時候才考慮模具方案的再次修正。

1、工藝參數(shù)的計算

       產(chǎn)品壓鑄時：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.考慮到增壓閥啟動的反應(yīng)時間,應(yīng)在計算位置上后移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)換點直接關(guān)系到鑄件外觀質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量。

       開始計算時不需要去測量沖頭的起始停止位置，現(xiàn)場按照估計增補鋁液的加入量，待高壓壓鑄鑄件基本成型時，壓鑄機的顯示器上讀出沖頭的停止位置是497mm，則增壓位置的設(shè)置點是497-40=457mm

       高速轉(zhuǎn)換點是鋁液到達(dá)內(nèi)澆口時壓鑄機的高速起點，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，則高速的起點就是457-159=298mm，理論計算后的數(shù)據(jù)是指導(dǎo)現(xiàn)場設(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)行移動驗證，最后高速轉(zhuǎn)換點設(shè)定位置在310mm為最好。

1.3、壓鑄工藝曲線

       現(xiàn)代壓鑄機可以顯示壓鑄實時參數(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，噴涂位置校隊后裂紋消失。

3、 結(jié)論

       A8箱體的開發(fā)在設(shè)計階段壓鑄廠與模具廠進(jìn)行了充分的技術(shù)溝通，雙方在各問題點上都能達(dá)成一致，模具最終體現(xiàn)了設(shè)計的理念。所以試制階段比較順利，沒有對模具再次修正，僅對工藝參數(shù)進(jìn)行了調(diào)試。模具廠最初對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