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汽车变速箱铝合金侧盖压铸缺陷分析与工艺改进
发布日期:2017-03-25     来源:第一压铸     浏览次数:
核心提示:变速箱是汽车传动系统的重要零部件。但是,变速箱结构复杂,壁厚变化大,内部品质和表面品质、加工尺寸精度、气密性要求高,导致产品制造困难,废品率高,需要对压铸工艺进行研究和改进。
汽车变速箱铝合金侧盖压铸缺陷分析与工艺改进

广东鸿图科技股份有限公司 ;通用汽车中国有限公司

周海军 曾恺 江永河  常移迁
 
变速箱是汽车传动系统的重要零部件。但是,变速箱结构复杂,壁厚变化大,内部品质和表面品质、加工尺寸精度、气密性要求高,导致产品制造困难,废品率高,需要对压铸工艺进行研究和改进。

我公司生产的变速箱侧盖,材料是ADC12,轮廓尺寸为395mm*328mm*99mm,最小壁厚为2mm,产品质量为3.3KG。内部品质要求符合ASTME505标准,铝合金气(缩)孔等级1。表面品质要求产品毛坯表面不允许有铸点、飞边、毛刺。加工尺寸精度要求压铸毛坯平面度小于0.5mm。气密性要求产品内腔在70KPA的空气压力下,泄漏量小于4.64.6量小于0.81ml/min。该产品年产量为50万件。

1  原生产工艺及品质状况
1.1  原生产工艺
1.1.1  压铸机型选择
由于铸件投影面积为1526cm²,选择13500KN压铸机。
1.1.2  模具设计工艺参数
压室直径为100mm,内浇口截面积为5,43cm²充满度为40%。
1.1.3   浇注系统设计
浇注系统采用 梳形设计,制定了两个方案,通过模流分析确定最优方案,分别见图1和图2。

铸件带浇注系统实物见图3。
  图 2  方案2




 
模流分析结果表明,方案2充型平稳,避免产生卷气,形成气孔 ; 实现了水尾填充在产品右上侧的目的,可以通过渣包及排气槽减少铸件缺陷。
1.1.4  模具表面抛丸处理
变速箱侧盖清洁度要求很高,产品整体杂质颗粒质量要求小于1.84mg,油道杂质颗粒质量要求小于0.34mg,为此,铸造毛坯表面不允许有铸点.而模具压铸一定数量后,由于反复冷热循环、铝液冲蚀,很容易发生龟裂,产生铸点.为此模具型腔表面采用抛丸处理,强化表面品质,推迟龟裂发生的时间。
1.1.5  压铸工艺参数
低速压射为0.35m/s,高速压射为4.5m/s,高速距离为500mm, 增压比压为30MPa,增压距离为640mm,浇注温度为(665±10)℃。

1.2存在的问题
产品进行批量试生产时,产品硬度不良率为100%,其他缺陷导致废品率高达30%,具体情况如下:①产品压铸完成20h后,解剖指定位置4处,测量截面的硬度(HRB),要求大于40,实际测量数据为25~50,不能满足技术要求,在设备高温运转状态下,可能会影响使用功能。硬度测量位置见图4。②产品油道1型芯针弯曲,表面粘铝拉伤,导致产品孔偏,尺寸超差,不良率为20%。③产品压铸变形严重,要求毛坯平面度为0.5mm,实际为0.77,导致产品黑皮残留,不良率为5%。④产品油道1和油道2交叉位置有缩孔,直径约为3mm,导致产品泄漏,不良率为3%。

针对上述问题进行分析,认为:
①ADC12的Cu含量要求为1.5%~3.5%,我公司变速箱侧盖的Cu含量为1.65%左右,国外同一规格产品的的Cu含量在2.3%左右,其截面硬度(HRB)可以保证大于40。
②零件的油道型芯针直径为16mm,长度为259mm,小端脱模斜度仅为0.38°,冷却困难,压铸过程中容易受到铝液的冲击,产生过热变形弯曲。
③由于产品动模轴承孔1位置包紧力小,定模对应位置包紧力大,导致产品脱模时,受拉而局部变形。
④由于该处属于油道1和油道2的交叉重叠位置,局部壁厚很厚,是压铸过程中的热节,最后凝固,产生缩孔。

2 工艺改进
2.1 增加Cu含量 , 提高产品硬度
表1为Cu含量与产品硬度对应关系的具体数据。

表1Cu 含量与产品硬度对应关系的试验数据

试验发现随着Cu含量的增加, 产品硬度也相应增加。 当Cu含 量 为2.1% ~3.5% 时, 产品硬度 (HRB)可以满足40以上的技术要求。

2.2  改进型芯针的设计,防止弯曲变形
为了避免该缺陷,型芯针内部设计6mm的冷却水道,加强型芯针的冷却;设计型芯针和滑块配合段直径为16mm,长度为40mm,防止铝屑进入型芯针套导致断针;设计型芯针和滑块配合段后部直径为15mm,针套有单边0.5mm的间隙,长度为285mm,在型芯针受力变形时,有间隙可以随动,防止型芯针卡死后弯曲变形。采用该工艺后,型芯针没有发生弯曲变形,铸孔表面品质良好,没有粘铝拉伤缺陷。因弯曲变形导致的废品率由20%降低到0。型芯针设计见图5。

2.3  采用模具局部倒扣结构,防止受拉变形
在产品动模轴承孔1位置采用宽2mm、深0.3mm的倒扣,增加动模局部的包紧力,使产品脱模时不会受拉变形。该工艺实施后,产品受拉变形降到0.5mm以下,因产品受拉变形导致的废品率由5%降低到0.5%。

2.4 点冷改为直冷,减小缩孔直径
原产生缩孔的位置设计有点冷,但是冷却强度不足,通过修模,把点冷改为直冷,有效地减少了缩孔缺陷, 使缩孔直径由3mm降 到1mm以 下, 产品泄漏比例由3% 降低到0.5% 。

3  结语
通过上述工艺改进, 成 功 地解决了产品的硬度不足、 型芯针弯曲 、 产品受拉变形和缩孔问题, 使压铸变速箱侧盖产品的合格率达到95% 以上。
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