原標題：鋁合金汽車差速器殼體壓鑄缺陷分析及改善

因鋁合金密度小、強度高、耐腐蝕，在汽車零部件生產(chǎn)中得到廣泛應用。鋁合金通過合金強化，其強度明顯提高，滿足了離合器殼體、油底殼、差速器殼體在惡劣環(huán)境下工作的要求。同時，在節(jié)能減排的需求下，擴大鋁合金應用可以明顯地減輕汽車自重。差速器殼體作為汽車轉(zhuǎn)動系統(tǒng)重要的組成部分，對于汽車制造的需求量越來越多，品質(zhì)要求越來越高，因此在保證產(chǎn)品高品質(zhì)的條件下，如何降低廢品率是需要解決的課題。

鋁合金差速器殼體是汽車傳動系統(tǒng)的關鍵部件之一，其結(jié)構(gòu)相對復雜，且內(nèi)部品質(zhì)要求較高。生產(chǎn)過程中，需大面積加工，因而暴露出來的內(nèi)部缺陷大大增加，尤其是夾渣、氣孔。為了解決缺陷帶來的廢品率偏高問題，通過采用數(shù)值模擬，將鋁合金液充型狀態(tài)與實際鑄件缺陷分布位置進行對比，再對鑄件結(jié)構(gòu)進行剖解分析，從而優(yōu)化澆注系統(tǒng)。通過設計合理的澆注系統(tǒng)從而減少缺陷，降低廢品率。

圖文結(jié)果

汽車差速器殼體壓鑄件見圖1。該零件輪廓尺寸為236.91mm×191.23mm×187.41mm, 壓鑄件質(zhì)量為3.35kg, 平均壁厚為6.2mm, 投影面積為97532.21m㎡,鑄件材質(zhì)為ADC12合金。該鑄件整體壁厚偏厚，而且壁厚并不均勻，因此在壓鑄過程中熱節(jié)位置易造成縮孔，且加工面積大。澆注系統(tǒng)設計見圖2,要求各部分無毛刺、傷痕、飛邊缺陷；軸瓦位置取拉伸試樣，測試所得抗拉強度大于177MPa, 不能出現(xiàn)氣孔、縮松等缺陷，并且要求氣密性檢驗，試漏壓力為200kPa, 允許泄漏量<3mL/min。

圖1 差速器殼體壓鑄零件

圖2 澆注排溢系統(tǒng)

圖3 差速器殼體充型模擬

圖4 差速器殼體型腔氣壓模擬

圖5 差速器殼體凝固過程模擬

根據(jù)模擬結(jié)果可以看出，該澆注系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)鋁料的平穩(wěn)充填，卷氣主要集中在渣包和產(chǎn)品一些局部非加工死角區(qū)域。根據(jù)模擬分析，發(fā)現(xiàn)存在兩個問題：①定模側(cè)鋁液流速較快，但定模側(cè)有兩個較厚的凸臺需要更多鋁料，②右側(cè)的進澆量明顯強于左側(cè)，但左側(cè)加工面積更多，內(nèi)部品質(zhì)要求較高，需保證加工區(qū)域的品質(zhì)。綜合考慮，該方案可行。由于殼體局部壁厚不均勻，所以局部呈現(xiàn)出不等速的冷卻速度，以此可以設計出更合理的冷卻系統(tǒng)。

圖6 高速切換點為370mm時X光檢測結(jié)果

圖7 高速切換點為390mm時X光檢測結(jié)果

圖8 高速切換點為420mm時X光結(jié)果

表1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

圖9 夾渣位置及形貌

圖10 左側(cè)抽芯針旁邊縮孔及右、上抽芯孔底氣孔

圖11 漏氣位置及氣孔形貌

根據(jù)缺陷分布情況，有4個問題需要改進：①左側(cè)抽芯軸瓦縮松，加工后與旁邊螺紋孔串通漏氣；②軸瓦兩側(cè)針孔收縮加工外露；③右側(cè)抽芯深腔內(nèi)加工后夾層外漏；④右側(cè)抽芯針孔底部氣孔。

圖12 澆口改進前后對比

圖13 針縮孔位置及結(jié)構(gòu)

圖14 初始毛坯針及加工針孔

圖15 內(nèi)部包卷及澆口改變

通過對差速器殼體的試制分析可以得出，數(shù)值模擬能為鋁合金壓鑄件前期的品質(zhì)控制及缺陷分析提供參考，從而設計出更合理的澆注系統(tǒng)，縮短開發(fā)周期；再根據(jù)實際生產(chǎn)過程所出現(xiàn)的問題與模擬狀態(tài)進行對比，從而進一步優(yōu)化產(chǎn)品的澆注系統(tǒng)，改善成形工藝條件，提高鑄件品質(zhì)。另外，修改鑄件結(jié)構(gòu)也對壓鑄品質(zhì)提升有積極意義。

本文作者：
廖建強 管勝敏 管維健
廣東鴻圖武漢壓鑄有限公司
黃志垣 安肇勇
廣東鴻圖科技股份有限公司
本文來源：《特種鑄造及有色合金》雜志