深窗口輪轂?zāi)＞咴O(shè)計(jì)及優(yōu)化

與傳統(tǒng)的鋼鐵公司相比，前門公司的重量非常輕。因此，車輪具有較小的慣性和阻力，提高了汽車的可靠性，直接降低了汽車的質(zhì)量，降低了能耗。同時(shí)，它提高了駕駛的舒適度。鋁合金輪轂的生產(chǎn)主要采用鑄造和鍛造工藝。鍛造工藝涉及的工序多、設(shè)備投資大、產(chǎn)量低，制造成本高，輪轂價(jià)格昂貴，只能在高端汽車上使用。低壓鑄造生產(chǎn)工藝與鍛造相比，成本較低；與傳統(tǒng)的鑄造工藝如重力鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造等相比，更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化并且材料的利用率更高。另外，它對(duì)鑄型的要求低，在氣體壓力下調(diào)節(jié)金屬液的充型過程，使充型相對(duì)穩(wěn)定，生產(chǎn)的輪轂缺陷較少。在模具開發(fā)過程中，往往靠經(jīng)驗(yàn)去設(shè)計(jì)模具，因此，深窗口鋁合金輪轂在鑄造時(shí)輪輞部位易出現(xiàn)縮松、氣孔、流痕等缺陷。通過模擬分析預(yù)測(cè)模具設(shè)計(jì)缺陷，并對(duì)工藝方案進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)提升鑄件品質(zhì)具有積極意義。1設(shè)計(jì)深孔輪廓模型1.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)低壓鑄造模具設(shè)計(jì)的核心是要實(shí)現(xiàn)鋁液快速平穩(wěn)充型以及順序凝固。輪輞的梯度、模具的厚度、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及排氣系統(tǒng)是設(shè)計(jì)關(guān)鍵?；阼T造工藝水平和機(jī)加工工序的能力，深窗口輪轂的模具方案是：模具梯度輪輞內(nèi)側(cè)留量為1.9mm，梯度起點(diǎn)為10mm，下部為13.7mm。下模澆口周圍模具壁厚為25mm，其他位置為20mm，上模為18mm，邊模為30mm。模具澆注系統(tǒng)選用ue78870mm的大澆口套，布置標(biāo)準(zhǔn)保溫杯，以縮短充型時(shí)間。在熱節(jié)部位進(jìn)行了常規(guī)冷卻，法蘭部位以及輪輻與輪輞交界處的大熱節(jié)處均增加了冷卻管路數(shù)量，并針對(duì)窗口比較長的特點(diǎn)，在邊模外側(cè)增加了排風(fēng)冷卻系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)采用常規(guī)的頂桿排氣塞排氣，同時(shí)在模具分型面安裝排氣塞，以保證氣體可以及時(shí)排除。模具設(shè)計(jì)方案見圖1。1.2窗口前出現(xiàn)縮松、氣孔首次試制了52件輪轂，首件輪轂在窗口的上方出現(xiàn)了流痕。使用X光檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)在窗口上方位置出現(xiàn)縮松、氣孔缺陷。輪轂經(jīng)熱處理后再進(jìn)行機(jī)加工，大部分流痕缺陷被加工掉，但在輪緣位置出現(xiàn)嚴(yán)重的氣孔，見圖2。最終該批產(chǎn)品成品率為48.08%，報(bào)廢原因主要為縮松、氣孔缺陷。1.3缺陷分析1.3.1缺陷位置對(duì)比分析采用AnyCasting軟件進(jìn)行鑄造工藝模擬分析，在窗口正上方出現(xiàn)明顯的鑄造缺陷（見圖3），與實(shí)際的缺陷位置一致。仔細(xì)觀察鑄造中的充型和冷卻過程，發(fā)現(xiàn)在充型過程中鋁液液面不平穩(wěn)，在不同的充型階段窗口上方的鋁液明顯低于其他位置，可能是工藝設(shè)計(jì)不合理造成的，見圖4。調(diào)整鑄造工藝，延長充型時(shí)間和減少充型壓力，再次進(jìn)行模擬分析，結(jié)果見圖5。對(duì)比圖3和圖5，發(fā)現(xiàn)缺陷減少，但并未消除。1.3.2窗口上下邊輪輻不及時(shí)充填充型過程不穩(wěn)定，鋁液出現(xiàn)明顯的高低落差，窗口上方的液面明顯較低，空氣比較集中，模具無法及時(shí)排出氣體等，均會(huì)造成氣孔產(chǎn)生。由于是深窗口結(jié)構(gòu)，窗口上方距離窗口兩側(cè)的輪輻的落差較大，這就使得充型通道的截面寬度不夠、距離相隔較遠(yuǎn)，無法及時(shí)對(duì)窗口上方進(jìn)行補(bǔ)縮，造成縮松缺陷。即鋁液經(jīng)由輪輻充填窗口上方時(shí)，無法及時(shí)充填，說明輪輻的鋁液通道較窄，充型不順暢；另外，澆注系統(tǒng)的充型速度太快，造成鋁液上升不平穩(wěn)，需要延長充型時(shí)間，減小充型壓力。調(diào)整工藝后雖然缺陷減少，但并未完全消除，說明工藝調(diào)整無法徹底解決此問題。2優(yōu)化模型2.1增強(qiáng)機(jī)械裝置根據(jù)缺陷產(chǎn)生的原因，對(duì)模具進(jìn)行改進(jìn)，目的是增加充型通道。有兩種處理方案：一是在輪輻兩側(cè)增加工藝通道，即對(duì)現(xiàn)有通道進(jìn)行加寬；二是直接在窗口中間增加通道。兩個(gè)方案比較，方案1比較間接。根據(jù)缺陷的嚴(yán)重程度和成品率情況，最終采用方案2（見圖6），在每個(gè)窗口中間布置1個(gè)10mm×5mm通道，連通法蘭和輪輞。2.2充型過程模擬分析使用AnyCasting軟件對(duì)優(yōu)化后方案進(jìn)行充型過程模擬分析，結(jié)果見圖7。可以看出，充型過程非常平穩(wěn)，鋁液液面均勻上升，不存在卷氣缺陷，達(dá)到了預(yù)期目的。2.3延長充型時(shí)間，降低充型壓力模具在增加通道后，繼續(xù)優(yōu)化鑄造工藝，延長充型時(shí)間，降低充型壓力。氣孔和縮松情況明顯改善（見圖8），第二次共生產(chǎn)輪轂60件，產(chǎn)品合格率達(dá)95%。3鑄造輪轂產(chǎn)生缺陷(1）初始設(shè)計(jì)方案時(shí)深窗口兩側(cè)的充型通道設(shè)置的不夠?qū)?，造成在充型時(shí)窗口兩側(cè)的充型速度快于窗口上方，充型不平穩(wěn)，窗口上方的鋁液液面低于兩側(cè)，產(chǎn)生卷氣，無法排出，在窗口正上方產(chǎn)生縮