鋁合金鑄件油分殼金屬型模具設計

姜 麗，程俊明，李勝君，孫曉莉，趙娜娜，于 程，劉 寧

（新程（營口）精密設備有限公司，遼寧營口 115009）

隨著鋁合金鑄件種類的多樣化及對鑄件質量要求的日漸提高，市場競爭也越來越大。由于薄壁類鋁合金鑄件占有很大的市場份額，本文就一種薄壁鋁合金鑄件油分殼為例，對其鑄造工藝與模具設計進行深入研究。

1 產品簡介

該油分殼（如圖1 所示）為某壓縮機上的重要組成部分，鑄件最大外觀尺寸為?157mm×383mm，鑄件最厚部位18mm，最薄部位6mm，單重為4.8kg，材質為ZL101A。

圖1 鑄件簡圖

2 工藝分析及模具設計

2.1 工藝分析

作為油氣分離器的外殼，在使用過程中對該鑄件的密封性有很高的要求。因此對此鑄件內外表面質量要求很嚴格，特別內腔儲油槽表面光潔度要求較高，不允許有任何鑄造缺陷。且由于此鑄件壁厚不均，很難實現順序凝固。

采用什么方式生產是擺在筆者面前的主要任務。如果采用砂型生產，通過冷鐵和冒口調節(jié)很容易實現順序凝固，但是砂型鑄件外觀質量比較差，氣密性不如金屬型好，生產效率低。考慮到金屬型模具的優(yōu)點：外觀質量好，尺寸精度高；鑄件致密度高，力學性能好；生產效率高。故筆者優(yōu)選金屬型傾轉式重力鑄造方案。

2.2 澆注系統設計

傾轉澆注工藝的優(yōu)點在于可控制液態(tài)金屬進入型腔的速度及液流的平穩(wěn)性，型腔排氣通暢，鑄件的氧化夾雜物極少，鑄件在冒口的直接補縮下順序凝固，可提高鑄件的補縮效果，使鑄件組織均勻、致密[1]。因此在厚大部位設置了冒口，直接對厚大部位進行補縮。具體澆注系統如圖2 所示。

圖2 澆注系統設計

2.3 計算機數值模擬

筆者對上述冒口的補縮及凝固順序進行了計算機模擬，來證實此工藝方案的可行性，如圖3 所示。

圖3 計算數值模擬示意圖

2.4 模具結構及設計方案

根據工藝方案的設定，筆者將模具設計為左右分型，由左、右半模和鐵芯組成。考慮此鑄件內腔結構比較復雜，如果采用砂芯生產，有些要求比較容易實現，但是砂型有很難克服的缺點：（1）砂芯的發(fā)氣量比較大，在充型過程中氣體無法排出，導致鑄件表面出現氣旋缺陷影響鑄件的外觀質量；（2）砂芯生產出來的產品，外觀質量遠遠沒有金屬型光潔度高，增加了打磨工序的工作量。綜合考慮采用金屬型鐵芯生產。內腔儲油槽處用活塊帶出，鑄件內腔比較長，活塊在傾轉過程中易出現錯位現象，故將活塊頂端增加了反向鍵槽，如圖4所示。具體模具結構如圖5 所示，鐵芯1 為手動抽芯，鐵芯2 為設備側抽。

圖4 鍵槽示意圖

圖5 模具結構示意圖

3 生產驗證與改進

首件試制，澆注溫度設定在720℃±10℃，模具溫度控制在260℃±20℃，但前3 件均出現了澆不足的情況。且澆注不足的面積隨著模具溫度的提高而逐漸減小，如圖6 所示。考慮到此鑄件的壁厚為6mm，屬于薄壁類鑄件，在澆注過程中，鋁液溫度不斷降低，導致鋁液未充滿型腔就已凝固，從而造成鑄件澆不成。

圖6 首件試制

根據現場鑄件澆注情況，我們將模具和鐵芯溫度調整到310℃±10℃。由于受外界環(huán)境因素影響，模具溫度不能確保一直為恒溫澆注，為了減少模具熱量流失，筆者在模具外側包裹了保溫棉。工藝調整后，我們又連續(xù)生產試制了6 件，從外觀上看均無任何缺陷。

經過X 光實時成像無損檢測，鑄件內部也無缺陷，全部合格，如圖7 所示。

圖7 工藝改進后

4 結語

通過對模具溫度及相關參數的調整，又進行了小批量生產，內外表面質量均合格，無任何縮松、冷隔等缺陷。且此批鑄件做水壓、氣密實驗一次性合格。大大提高了鑄件的合格率和生產效率。到目前為止，已批量投產500 余件，經嚴格檢測，完全滿足客戶的標準要求。該工藝方案為以后類似鑄件的工藝與模具設計提供了可靠的參考資料，如圖8 所示。

圖8 小批量生產