重卡变速箱压铸铝后盖气孔缺陷的控制研究

重卡变速箱压铸铝后盖气孔缺陷的控制研究

郭兆坤葛赛赛

陕西法士特集团铸造分公司陕西宝鸡722409

摘要：铝合金压铸件气孔是不可避免的，特别是对存在厚大部位的铸件，但是可以通过一系列有效的措施来改善压铸件内部气孔。本文以我公司的JSD220-1707015-YDC变速箱压铸铝后盖为例，通过改善模具排气结构和工艺参数，将铸件气孔控制在要求范围内。

关键词：厚大部位；排气结构；工艺参数

1背景

相比传统铸造，高速高压铸造具有效率高、工艺路线短、精度高、产品表面光洁度好、组织致密、具有较高的强度和表面硬度等优点，因为液态合金是在压力下凝固的，又因充填时间很短，冷却速度极快，所以在压铸件上靠近表面的一层金属晶粒较细，组织致密，使表面硬度提高，并具有良好的耐磨性和耐蚀性。铸态表面可直接装配密封，节约冷加工成本。随着轻量化要求日益提高，汽车中的许多关键部件，包括部分有气密要求大型汽车零部件开始逐渐采用压铸生产。

我公司生产的JSD220-1707015-YDC压铸铝合金后盖（见图1）是重型汽车双中间轴变速箱中的重要部件之一，失效则造成变速箱副箱主轴定位偏差，输出扭矩无法传递，造成整车无法运行等问题，严重影响汽车行驶的安全性能，其材料为ADC12，外形尺寸520×345×100mm，平均壁厚5.5mm，气孔废品率要求≤3%。在实际生产过程中发现，模具的内浇口结构普遍偏向一侧。进料过程中铝液沿着左侧进入型腔，经过模芯上方，最后到达右侧（见图2），右侧无排气结构，导致排气困难。我们经过一系列验证与研究，对JSD220-1707015-YDC压铸铝合金后盖气孔的控制方案作出如下结论。

2影响因素及解决方案

2.1模具排气结构

模具的排气结构是指金属液在慢速推进过程中，排除压室、浇道和型腔内的气体，存储前流冷金属液和涂料残渣的处所，可提高铸件致密度和机械性能。

从模具结构（图2）可以看出，浇口设计在整个模芯的左侧，导致铝液充型过程沿着左侧进入型腔，经过模芯上方，最后到达右侧，排气困难；排气过程中，由于浇口设计在模芯的左侧，会使左边的排气通道先排气，排出去的气体会通过右边的排气通道返回来，起不到实际性作用，反而会增加气体；铝液最后到达模芯的右侧位置，渣包设计过小，不容易将所排气体全部容纳。

通过以上分析，我们对模具排气结构进行了更改，将模芯右侧的两个渣包容积增大至原来的两倍，对模芯左侧上方最左边和最右边的排气通道进行堆焊、封堵。后期在生产过程中，我们进行跟踪，对铸件的气孔比例进行统计分析，最终结果显示产品的气孔比例大幅下降（约为1.5%）。

2.2工艺参数及其它因素

压铸生产过程是通过压铸工艺将压铸机、压铸模具和压铸合金进行有机结合和综合运用的过程。因而压铸工艺的正确、合理，即压力、速度、时间和温度等工艺参数值的正确选择与合理匹配，是获得优质压铸件的关键，并且还直接影响到压铸生产的效率和模具的使用寿命。

经分析，压铸速度参数（充型速度）的高低以及高速起点的位置直接影响到压铸件的内部和外观质量，充型速度过高，易使铸件内部气孔率增加，力学性能下降，适用于外观质量较高的薄壁铸件；而充型速度较低，会有效的改善铸件内部的气孔，适用于内部质量要求较高的厚壁铸件。高速起点提前，易获得外观质量较好的铸件，高速起点靠后，易获得内部质量较好的铸件。同时铝液温度对铸件内部气孔有较大的影响，铝液浇注温度较高，铝液吸气量增加，易产生气孔和针孔。

该后盖属于厚壁和内部质量要求较高的铸件，因此我们需选择较低的的充型速度。特制定工艺方案，具体如下：

2.2.1充型速度对铸件气孔的影响

在实际生产中，我们的充型速度设置为4.5m/s，对生产铸件进行探伤，发现连续探伤不合格；因此，我们将二快速度设置为4.0m/s，然后对铸件进行探伤，发现产品气孔比例得到改善（小于2%）

2.2.2高速起点位置对铸件气孔的影响

经验证，在生产过程中，将高速起点位置先设置为450，对生产铸件进行探伤，发现连续探伤不合格，因此，我们将高速起点位置由450推至480，然后对铸件进行探伤，发现铸件气孔有所改善，但不合格比例仍然大于5%，再次将高速起点位置由480推至500，对铸件探伤发现，气孔比例明显下降（小于3%）。

高速起点位置和气孔比例的变化

2.2.3温度对铸件气孔的影响

在生产中，我们适当的降低铝液浇注温度，由起始的670℃降为660℃，对铸件进行探伤，发现铸件气孔无明显改变，再将浇注温度由660℃降为650℃，发现铸件气孔依然无明显改变，最后由650℃降为640℃，630℃，对铸件进行探伤，仍无明显变化，因此，铝液浇注温度对铸件内部气孔无明显影响。

2.2.4铝液精炼过程对铸件气孔的影响

在实际生产中，我们通过对照相关工艺要求，严格控制铝液除气环节和熔炼过程，现场跟踪监控熔炼工艺，在按工艺要求精炼-扒渣-GBF除气后，将得到的合金液转入定量炉开始生产，将生产出的铸件进行探伤，结果生产的铸件气孔缺陷和之前无实质性改变。由此可见，铝液精炼过程不存在问题，对铸件气孔问题无影响。

2.2.5抽真空对铸件气孔的影响

对模具抽真空进行生产，在确保抽真空装置参数全部正常的情况下，我们将生产出的铸件探伤，结果显示铸件内部气孔无明显变化，因此，抽真空不能解决此产品内部气孔问题。

3结论

总结以上论述，我们发现，JSD220-1707015-YDC变速箱压铸铝合金后盖气孔影响如下：

（1）此类模模具排气结构对铸件气孔影响较大；

（2）充型速度对铸件气孔影响较大；

（3）高速起点位置对铸件气孔影响较大

4铸件气孔改善验证

经过对模具排气结构进行修改，适当降低充型速度和改善高速起点位置，我们对连续生产的500件后盖产品统计分析，发现气孔比例下降为2%以内，符合标准对后盖类产品的废品率要求。

以上结论对后续设计新产品模具浇口结构控制提供借鉴。

参考文献：

[1]徐纪平主编.李培耀副主编.压铸工艺及模具设计北京化学工业出版社.2009.8。

[2]卢宏远.压铸技术与生产.北京：机械工业出版社，2008。