鋁合金變速器殼體鑄造工藝設(shè)計

鋁合金變速器殼體鑄造工藝設(shè)計

退行器是車輛傳動的重要部件。作為安裝有可變齒輪的支撐軸承的零件，變速齒輪的殼體必須確保在不同的復(fù)雜條件下吸收齒輪的工作中產(chǎn)生的力和力，并沒有發(fā)生變形位移，以保持軸和軸之間的精確相對位置。1u2004壓力和射線溫度下的壓力鑄造模型變速器殼體及澆注系統(tǒng)模型如圖1所示。殼體尺寸為230mm×300mm×120mm，質(zhì)量為2.366kg，材料為AlSi9Cu3，壓鑄時的收縮率為0.5%～0.6%，采用一模兩件的常規(guī)壓力鑄造工藝，壓鑄機類型為DM1500臥式冷室壓鑄機。殼體上部分布了一些肋板，中間為空心腔體，兩個孔是用來安裝支撐軸承，模型整體比較復(fù)雜，最大壁厚為26mm，位于圖中A處，最小壁厚為7mm，位于圖中B處，平均壁厚10mm。殼體底部較為平整，且與正投影方向平行，選取底部為分型面。由于采用一模兩件工藝，且壓鑄澆道設(shè)計時，一般常采用單個內(nèi)澆道，不宜過多改變方向，減少流程，所以選擇側(cè)澆口式澆注系統(tǒng)式中：A2流體網(wǎng)格數(shù)量將模型STL格式導(dǎo)入到Magma中，進行網(wǎng)格劃分，共生成網(wǎng)格數(shù)量為1084326，其中流體網(wǎng)格數(shù)量為513722。鑄件材料選擇AlSi9Cu3，澆注溫度660℃，模具材料選擇H13，預(yù)熱溫度225℃，鑄件和模具材料的熱物性參數(shù)如表1所示2.1金屬液流場模擬整個鑄件充型時間為0.06s，為了更好地觀察充型過程中的金屬液流動情況，使用示蹤粒子查看充型過程，如圖2所示。從圖中可以看出，t=0.02s時，金屬液已經(jīng)注滿整個澆注系統(tǒng)，金屬液流動較為平穩(wěn)，由側(cè)面進入型腔并向另一側(cè)流動。當(dāng)t=0.032s時，金屬液處于高速充型階段，澆道內(nèi)發(fā)生了顯著的分離回流（圖2中圈出部位），影響整個流動的平穩(wěn)性，容易造成卷氣、夾渣現(xiàn)象，最終影響零件質(zhì)量。2.2凝固過程及特點凝固過程中的溫度場變化如圖3所示。當(dāng)t=1.049s時，變速器殼體上一些比較薄的肋板開始凝固；當(dāng)t=5.625s時，凝固率達到50%，鑄件上一些壁厚較小的部位開始凝固，主要位于殼體上部和中心圓孔周圍；當(dāng)t=11.764s時，凝固率為85%，此時鑄件大部分都凝固完成，主要是一些壁厚較大的部分，還未完全凝固。從整個凝固過程溫度場變化來看，凝固時并沒有實現(xiàn)順序凝固，一些壁薄的地方先凝固，而壁厚的位置最后凝固，而且壁厚位置遠離澆口，很容易在凝固時產(chǎn)生孤立液相，無法補縮，最終形成縮松縮孔缺陷。在一些拐角處，由于凝固時間的不同，導(dǎo)致收縮應(yīng)變率過大，從而在表面產(chǎn)生熱裂紋。2.3松縮孔和熱裂紋分布位置預(yù)測根據(jù)充型過程和凝固過程的結(jié)果變化分析，對鑄件縮松縮孔和熱裂紋分布位置進行預(yù)測，結(jié)果如圖4所示。可以看出，縮松縮孔可能產(chǎn)生的位置與之前分析的相接近，而熱裂紋也位于厚壁與薄壁交界處圖中圈出部位。3u2004優(yōu)化工藝分析3.1澆道尺寸優(yōu)化由于初始工藝無法得到符合要求的鑄件，需要對其進行優(yōu)化，主要包括兩個方面：（1）對澆注系統(tǒng)尺寸進行改進。初始澆注系統(tǒng)，金屬液在進入澆道流向兩側(cè)時，澆道變窄，流速增加，容易產(chǎn)生噴射，發(fā)生紊流，進而導(dǎo)致分離回流，為了保證流動平穩(wěn)，對澆道尺寸進行優(yōu)化；（2）增加冷卻系統(tǒng)，調(diào)整凝固時溫度場分布，實現(xiàn)順序凝固，冷卻系統(tǒng)采用水冷，冷卻水溫度20℃。改進后的模型如圖5所示，其他冷卻工藝參數(shù)見表2。3.2順序凝固原則對優(yōu)化后的工藝方案進行數(shù)值模擬，充型過程示蹤粒子路徑和凝固時的溫度場變化如圖6所示。可以看出，整個充型過程，澆道內(nèi)金屬液流動平穩(wěn)，分離回流現(xiàn)象明顯消除；凝固過程中，當(dāng)t=1.209s時，除了薄壁肋板開始凝固外，施加冷卻系統(tǒng)的壁厚處表面也開始慢慢凝固，當(dāng)t=7.470s時，相較于未加冷卻之前，壁厚區(qū)域基本完成凝固，主要是靠近澆口處一些區(qū)域還沒有完全凝固，基本滿足順序凝固原則。對優(yōu)化后的鑄造缺陷進行預(yù)測，如圖7所示。從圖中看出，縮松縮孔和熱裂紋缺陷都基本消除，說明優(yōu)化方案可以明顯提高鑄件質(zhì)量，滿足要求。3.3變壓器殼體試制為了進一步驗證改進后方案的可行性，對改進后的方案進行試制，實際生產(chǎn)的變速器殼體如圖8所示。經(jīng)檢驗，鑄件整體質(zhì)量良好，未發(fā)現(xiàn)裂紋、縮孔、縮松等鑄造缺陷，與上述模擬缺陷預(yù)測結(jié)果相符合。4澆注系統(tǒng)改進與優(yōu)化運用成形過程數(shù)值模擬方法，以消除縮松縮孔、熱裂紋為目的，對變速器殼體壓鑄工藝進行改進及優(yōu)