薄壁汽车零部件精铸工艺设计

薄壁汽车零部件精铸工艺设计

李爱东

天津新伟祥工业有限公司，天津 301701

摘要:随着我国主要工程领域的不断发展，对薄壁汽车零部件的需求也在不断上升。其中，当壁厚与内曲率半径或轮廓尺寸之比小于1:20时，称为薄壁零件，薄壁零件具有强度高、形状复杂、重量轻的特点，因此在许多领域得到了广泛的应用。随着需求的不断增加，薄壁汽车零部件正逐步向化学化、超薄化、复杂化方向发展。近年来，对薄壁汽车零件的需求逐渐增加，对于薄壁汽车零件，它们具有尺寸大、形状复杂、材料加工困难、结构刚度低、加工过程中容易变形的特点，如果只按照建立的模型进行常规的数控加工，完全不能满足薄壁汽车零件的精度和性能要求，因此，如何加工薄壁汽车零件是当前研究的热点之一。

关键词:精铸技术;薄壁;自动化;加工

伴随着中国经济的快速发展，投资铸件的生产规模和应用日益扩大。尤其是近年来，随着科学技术的迅猛发展，汽车工业对备件的生产要求越来越高，“薄”和“轻”将成为未来备件的大趋势，从而促进了投资铸造在薄壁精密铸件中的应用和发展。其中，薄壁汽车零件在铸造产业中的应用和发展最快，本文在查阅大量文献和深入研究的基础上，介绍了精密汽车铸件和精密铸造的发展情况，并简要阐述了精密铸造的成形特点，同时，根据实验室现有条件，利用ProCAST铸造工艺模拟软件研究了汽车厚板的成形过程，熟悉和消化了模拟软件的功能，掌握了建立汽车厚板有限元模型的一般方法，对其进行了分析。

1汽车薄壁件熔模铸造浇注系统设计

与铸铁和铸钢相比，汽车薄壁部分投资铸造具有浇注温度低、冷却快、结晶范围广等特点。在设计加热系统时，必须充分考虑到合金的性能特性。铸造投资的流动系统包括浇口杯、直流道、横浇道、内流道和精密设备等，加热系统的设计和计算受具有不同性能的合金液体的影响，聚乙烯系统在铸造汽车投资时的主要要求如下：（1）确保蜡材料排出时通道的蜡释放;（2） 具有一定支撑力，可避免壳体操作过程中壳体断裂等问题;（3）确保浇注顺水，准确流道及型腔内存在的气体能平稳排放，避免浇注液体的内氧化物、气体的注入和二次氧化;（4） 硬化过程中，确保汽车液体引起的体积收缩得到充分补充，以避免因空腔收缩发生孔隙;（5） 确保汽车铸件固化温度的分布合理，避免内部应力和热裂纹。

1.1浇口杯

浇口杯两种类型：圆锥形状漏斗和熔池形状的漏斗。熔池漏斗形浇口杯被广泛采用在汽车实心地砖铸件浇注系统的设计中，具有成型简单、金属熔体消耗少的优点，可提高薄壁零件金属在投资铸件中的利用率，该种浇口杯结构具有良好的拦渣效果，适用于灰铸铁铸件的成形工艺。

1.2直浇道、横浇道和内浇道

在熔模精密铸造中，熔池提供熔融金属的压力头，保证熔融金属在一定时间内在重力作用下填充空腔；直浇道主要起到堵渣作用，保证金属熔体清洁进入横浇道；该横浇道连接直浇道与内浇道，后者是熔融金属的附加通道，并在浇铸时提供平滑的铸件收缩补充，在薄壁汽车零件的铸造生产中，由于结晶范围广、凝固收缩大，需要大的纵向温度梯度来防止空腔和孔隙率的收缩。包括在闸门系统的设计中，是s直列水平的s在内，即进水流断面大于交叉运行器和内部运行器，实现了对汽车铸件上闸门系统的进给功能，根据尺寸、复杂性和升程设置。 车内原固土板工艺方案采用顶部注射型，可提供从下到上顺序凝固，但由于颈部处于中间部位，在凝固过程中容易先凝固，导致失效， 改进后的工艺方案是阶梯铸造，可保证颈部铸件的下部先充填凝固，降低下部缩孔缺陷的发生[1]。

熔模铸造内浇道的尺寸计算一般为：Dg=（0.6~1）Dc（1）Ag=（0.4~0.9）Ac（2）Dg和Ag分别为内浇道直径和截面积，Dc和Ac分别为铸件最后凝固处的热节圆直径和截面积。

为了进一步研究汽车熔模铸造中直浇道尺寸对铸件质量的影响，根据公式，借助ProCAST铸造内浇道40模拟软件，对上图所示的插入地面的汽车薄壁件进行了铸造模拟分析。铸件内浇口直径为0.6比1，即0.6(16毫米)、0.7(19毫米)、0.8(21毫米)、0.9(24毫米)和1(27毫米)。对壁厚分别为3毫米、2毫米和1毫米的三种薄壁零件进行了研究和分析。研究和分析结果直接反映出内浇口直径对铸件收缩率的影响是呈线性关系的。且对于相同壁厚的铸件，随着内浇口尺寸的增大，铸件的收缩率有增大的趋势，铸件质量变差；然而，随着铸件壁厚的减小，相同内浇口尺寸的铸件的收缩率反而减小。可见，对上面公式中参数的下限的了解有助于提高熔模铸造汽车薄壁件的铸造质量，铸件壁厚越薄，参数则越小[3]。

2汽车零部件的质量管理体系
2.1汽车零部件质量管理体系文化的建设
质量文化是企业质量管理体系的一种软实力和长远发展，质量文化建设是一个漫长的过程，要求企业投入更多的精力和财力，也要求企业管理者而在具体的质量文化建设过程中，相关管理人员要明确告诉年轻员工企业的核心价值和企业发展需要，促使员工履行岗位职责，提高对质量的重视程度而实际上，质量文化建设是构建汽车零部件质量管理体系的关键要素。构建一个长期有效的质量文化体系，可以为汽车零部件企业的全面质量管理注入长期的发展动力，培养员工的良好习惯和高素质的管理人员，也可以做到保证产品质量[4]。

2.2汽车零部件质量管理人才队伍的建设
质量管理的主体之一是员工，所以说到质量管理体系的建设，必然离不开人才队伍的建设。一般来说，企业进行人员培训:①满足岗位的专业需求；②是为了提高员工的满意度和自信心，提高员工的整体素质，为企业的质量管理储备一支更坚韧的人才队伍，特别是对于汽车零部件企业来说，由于产品的生产对质量水平有非常精细的要求和更高的要求，汽车零部件企业需要加强对人才队伍建设的资金和技术支持，注重提高员工的质量意识和责任意识。如果所有员工的素质都能达到要求，就能为汽车零部件的建设提供更可靠的保障。综上所述，汽车零部件企业需要根据每个岗位的需求，为不同岗位的员工提供有针对性的培训和教育，让每个员工明确自己岗位的质量责任，因此，它不仅能满足工作要求，提高员工素质，而且有助于企业质量管理体系的建设[5]。
3结束语
综上所述，概括地说本文提出的薄壁汽车零件的精铸工艺设计方法大大提高了效率和质量，从而保证了高质量但在仿真对比实验中忽略了精铸过程中干扰因素的影响，对实验结果可能有一定的影响，故有必要进一步研究和优化薄壁汽车零件的精铸工艺设计方法。
参考文献
[1]武锦涛,易红建,胡建华,等.薄壁零件的机械加工工艺探索［J］．中小企业管理与科技(中旬刊),2017,45(1):180－181．
[2]郑耀辉,吕海洋,李晓鹏,等.大型复杂结构件加工变形有限元快速仿真方法［J］.组合机床与自动化加工技术,2017,16(6):5－8．
[3]于金,王胤棋,ABAQUS二次开发及在曲面薄壁件加工变形模拟中的应用［J］．组合机床与自动化加工技术,2017,23(9):129－131．
[4]秦卫伟,文怀兴.汽车复杂特征薄壁件加工工艺分析［J］.机械工程与自动化,2017,36(6):133－135．

[5]刘宗巍,赵世佳,赵福全.中国汽车零部件产业现状分析及未来发展战略[J]..科技管理研究，2019,36（20）：104-108 +156.