局部增壓技術在發動機支架壓鑄模中的應用

0 引言

高壓鑄造簡稱壓鑄，是將熔融金屬在高壓、高速下充填鑄型，并在高壓下冷卻凝固形成鑄件的過程，是一種后工序僅需少量加工或不再加工的近凈成型工藝。壓鑄生產具有生產效率高、成型鑄件質量好、能實現復雜多變的結構等特點，廣泛應用于汽車、電子、儀器儀表、航天航空等行業。

隨著汽車行業的迅猛發展，壓鑄件的需求也在增大，對鑄件質量也提出了更高的要求，高性能、輕量、低成本已成為鑄件的發展趨勢。壁厚不均勻的薄壁鑄件需求日益增多，鑄件局部較厚的部位易產生縮孔缺陷。在壓鑄模中采用局部增壓技術是消除局部縮孔、提升鑄件成型質量的有效方法。

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1 鑄件結構及工藝分析

圖1所示為某汽車發動機支架，材料為歐標EN1706-AlSi9Cu3（Fe），化學成分如表1所示，力學性能如表2所示。鑄件平均壁厚為4.5 mm，

區域壁厚較大，沿著

方向存在4個螺釘過渡孔，

區域有4個凸臺，凸臺中存在與

方向成15°的螺釘過渡孔，直徑為

8.6 mm。

由于發動機支架屬于支撐受力件，對其內部質量要求高，鑄件內部孔隙率要求＜5%，最大氣孔（或縮孔）＜

1 mm；靜強度要求用螺釘固定

區域，

區域施加壓力＞25 kN不能損壞。

擠壓過程如圖4所示，擠壓行程

由擠壓桿截面積

和補縮體積

決定，如式（1）所示。

為解決發動機支架

區域4個凸臺處的縮孔問題，在壓鑄模上采用局部增壓技術。局部增壓技術也稱局部擠壓技術，其原理是在模具內部設計擠壓液壓缸，壓鑄過程中液態金屬在型腔中冷卻至半凝固狀態時，通過擠壓液壓缸帶動擠壓銷對待成型鑄件局部施加壓力，將預存空間內的液態金屬擠入鑄件中補縮，即二次加壓，得到組織致密的鑄件，消除局部縮孔。

2 局部擠壓結構設計

式中，yi為實驗結果；n為實驗次數；m為目標值。在某些特例下，鈦合金介觀尺度銑削表面粗糙度傾向于望目特性或望大特性。例如，生物醫用材料表面粗糙度影響細胞黏附，各局部區域表面粗糙度需要控制在一定的范圍內，并非越小越好。除此之外，對于零件表面粗糙度期望往往傾向于更小，符合望小特性。本文的優化目標是使各區域銑削表面粗糙度趨向于更小，各銑削區域表面粗糙度測量結果和信噪比計算結果如表5所示。

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3 局部擠壓參數的選擇

3.1 擠壓應力

局部擠壓實施過程中，擠壓應力是最重要的參數。擠壓應力不足則不能實現完全補縮，擠壓應力過大時使用直徑大的擠壓液壓缸，造成浪費，同時會縮短擠壓桿使用壽命。根據實際經驗，發動機支架的擠壓應力選擇300 MPa。

3.2 擠壓行程

通過鑄件結構分析，局部壁厚較厚處

、

區域易出現縮孔，

區域可以通過設置澆口、加設型芯、調整壓鑄工藝等方式解決，而

區域的4個

8.6 mm斜孔因處于模具側向滑塊上，且與側向滑塊運動方向（

方向）成15°，無法實現抽芯（見圖2），流道也無法全覆蓋，因此壓鑄后鑄件在此區域的4個凸臺處產生嚴重的縮孔，無法滿足質量要求。

該模具的擠壓桿直徑設計為

11 mm，代入公式（1）得

=6.1 mm，模具設計預留行程為7 mm。

發動機支架壓鑄模擠壓結構如圖3所示，擠壓液壓缸7固定在側滑塊后端。壓鑄過程的動作順序為:動模側抽芯滑塊插入→合?！鷫鸿T→增壓（設備）→局部擠壓施壓（模具）→局部擠壓回位→開模→動模側抽芯滑塊撤回→推出→取件→推板復位。局部擠壓施壓時，擠壓液壓缸7通過連接頭6推動擠壓桿3前進至待成型鑄件端面，將預留液態金屬擠壓至局部較厚的凸臺內強制補縮。此結構的創新點：①擠壓桿的方向與待加工孔的方向成15°，在保證擠壓力的同時，實現模具結構布局的可行性；②擠壓液壓缸安裝在側抽芯滑塊上，與側抽芯滑塊同時運動。工作時1個擠壓液壓缸帶動1個擠壓桿，用4個小液壓缸實施擠壓。

其中，

為鋁合金固態密度，一般取2.7 g/cm3，

為鋁合金液態密度，一般取2.4 g/cm3，計算得出

=0.58 cm3。

通過AnyCasting軟件進行凝固分析，此部位的孤立液相區體積

約為5.2 cm

，孤立液相區凝固后體積會減少，這部分減少的體積最終形成了縮孔，也就是需要擠壓補縮的體積

，則

3.3 擠壓時間

擠壓時間包括擠壓開始時間和擠壓持壓時間，如圖5所示，需將

（收縮線）與

（局部擠壓線）經控制條件達到相近，即找出最佳的擠壓開始點，并對不同鑄件的腔內凝固時間設定加壓時間及擠壓行程，這是局部擠壓技術的重點，同時配合適當的鋁液溫度、模具溫度、壓鑄機反饋速度等，這些數據必須依據現場試驗獲得。通過多次生產實踐及質量跟蹤驗證，最終確定擠壓開始時間設定在增壓后延時1 s，擠壓持壓時間為延時6 s。

4 局部擠壓實施后的改善

通過對發動機支架壓鑄模增加局部擠壓機構，并合理進行工藝參數的調整，消除了鑄件內部縮孔。對

區凸臺處進行孔隙率檢測，內部孔隙率能達到1%左右，遠高于VW 50097孔隙率5%的標準要求，鑄件的合格率達到98%以上，如圖6所示。

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5 結束語

局部擠壓技術能有效減少鑄件內部縮孔的產生，對于鑄件局部壁厚區域、孔隙率要求高的局部區域、模具上無法實現抽芯的結構等，均可以采用局部擠壓技術來解決。

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