原標(biāo)題：鑄件實(shí)例！壓鑄JMC缸體群架泄漏的原因分析及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)

JMC開發(fā)的一款汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體群架，其材質(zhì)為AlSi9Cu3（Fe）合金，其化學(xué)成分見表1。鑄件輪廓尺寸為485 mm×364 mm×148 mm，總質(zhì)量約為7.1 kg，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚為4.5 mm，周邊有大量的凸臺(tái)和孔，導(dǎo)致鑄件局部壁厚過厚。鑄件內(nèi)部氣孔按照“ASTM E505”Level 2規(guī)范執(zhí)行，最大孔洞小于1.5 mm；密封面孔要求小于0.4 mm。鑄件密封測試時(shí)要求，腔體壓力為0.1 MPa，泄露量小于10 mL/min；油道壓力為0.3 MPa，泄漏量小于10 mL/min。

圖1缸體群架

1. 模具設(shè)計(jì)方案

根據(jù)缸體群架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為保證缸體群架周邊功能區(qū)局部壁厚較厚的部位的內(nèi)部品質(zhì)，鑄件采用U型澆注系統(tǒng)，能夠快速填充鑄件并對(duì)兩側(cè)局部厚大處實(shí)施有效的補(bǔ)縮。缸體群架U型澆道見圖2。

圖2 缸體群架U型澆道

模具結(jié)構(gòu)見圖3，由動(dòng)靜模鑲塊和4個(gè)滑塊及靜模斜抽芯組成，此模具屬于大型壓鑄模，為防止模具在生產(chǎn)過程中因熱膨脹影響正常的導(dǎo)向精度，采用方導(dǎo)柱、導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，布置在模具四角。滑塊抽芯采用液壓缸抽芯，模具設(shè)計(jì)簡單、穩(wěn)定、可靠。

圖3缸體群架壓鑄模結(jié)構(gòu)圖（動(dòng)模）

2.批量生產(chǎn)中的問題及原因分析

生產(chǎn)過程中，鑄件經(jīng)加工后密封測試，發(fā)現(xiàn)在機(jī)濾安裝面M6螺紋孔出現(xiàn)微泄露，泄漏位置見圖4，廢品率達(dá)8.3%。對(duì)泄漏零件進(jìn)行X光檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鑄件內(nèi)部有縮孔和縮松。對(duì)缺陷部位進(jìn)行剖切，發(fā)現(xiàn)毛坯孔壁有過熱粘料。泄漏產(chǎn)生的原因是內(nèi)部存在縮孔和縮松，機(jī)加工后內(nèi)部細(xì)小縮孔將油道孔與螺栓孔貫通，導(dǎo)致油道在加壓到0.3 MPa時(shí)泄漏量大于10 mL/min。

圖4 鑄件泄漏位置

鑄件產(chǎn)生縮孔存在于機(jī)濾安裝部位，此區(qū)域局部壁厚過厚且有熱節(jié)，鑄件凝固過程中冷卻速度慢，導(dǎo)致在此處出現(xiàn)縮孔。因此，必須加大模具局部冷卻，提高局部冷卻速度，平衡模具整體溫度才能有效地減少縮孔產(chǎn)生。

3.模具優(yōu)化方案

缺陷出現(xiàn)的部位在左滑塊，模具滑塊采用串聯(lián)水冷卻，冷卻水道距離鑄件局部壁厚熱節(jié)處較遠(yuǎn)，無法實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)獨(dú)立強(qiáng)制水冷，冷卻效果不好。現(xiàn)對(duì)鑄件機(jī)濾器安裝面局部產(chǎn)生的熱量進(jìn)行計(jì)算，并重新優(yōu)化并增加局部點(diǎn)冷卻，以保證連續(xù)生產(chǎn)過程中左滑塊處于合理的模具溫度范圍。

原模具設(shè)計(jì)方案是左滑塊成形部分為整體結(jié)構(gòu)，冷卻水為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)局部單點(diǎn)冷卻；M6螺栓預(yù)采用直徑∅4.8 mm型芯，無冷卻。通過改變滑塊成形部位的結(jié)構(gòu)及冷卻方式對(duì)模具進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化方案見圖5。

圖5 左滑塊優(yōu)化方案結(jié)構(gòu)圖

異型部位采用鑲件結(jié)構(gòu)，內(nèi)部加設(shè)Φ7 mm冷卻水道。采用噴管式獨(dú)立水冷卻，內(nèi)置不銹鋼噴管Φ4 mm，內(nèi)孔進(jìn)水，外壁回水,見圖6。

圖6 左滑塊異型鑲件

小細(xì)型芯加設(shè)冷卻水，對(duì)型芯進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。型芯采用螺紋與后端的型芯噴管總成連接，采用耐高溫O型密封圈進(jìn)行密封，可以實(shí)現(xiàn)不拆模具進(jìn)行快速更換。型芯前端用電火花打孔機(jī)打直徑Φ2 mm的水道孔。型芯采用噴管式獨(dú)立水冷卻，內(nèi)置不銹鋼噴管Φ1.2 mm，內(nèi)孔進(jìn)水，外壁回水。結(jié)構(gòu)圖見圖7。

(a)小型芯的冷卻結(jié)構(gòu)

(b)小型芯

圖7左滑塊小型芯的冷卻方案

型芯及鑲件采用獨(dú)立點(diǎn)冷卻方式，可單點(diǎn)通過調(diào)節(jié)冷卻水的流量控制模具溫度。由于內(nèi)置噴管直徑過小，冷卻水采用純凈水，在1～1.5 MPa的高壓下進(jìn)行冷卻，對(duì)小型芯實(shí)施強(qiáng)制冷卻。

經(jīng)計(jì)算，優(yōu)化后鑄件熱節(jié)處模具冷卻能力Q2’大于模具需模具水道應(yīng)帶走的熱量，使用過程中，可以通過調(diào)整冷卻水的流量以達(dá)到模具熱平衡狀態(tài)。

4.改善后狀態(tài)

通過對(duì)模具的優(yōu)化改進(jìn)，有效地控制模具局部溫度，避免在鑄件熱節(jié)處由于型芯和型腔局部過熱造成鑄件縮孔、粘模、拉傷等缺陷。機(jī)加工后密封測試廢品率由8.3%降低至0.9%。圖8為改善前后機(jī)濾安裝面附近的X檢驗(yàn)對(duì)比圖片。

圖8 改善前后機(jī)濾安裝面附近的X檢驗(yàn)對(duì)比圖片

作者

侯麗彬 程瑞 朱洪軍
本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰(zhàn)略合作伙伴