圖1   壁厚分析

1 鑄件概況

鑄件外形尺寸為176.99 mm×171.11 mm×90.88 mm，平均壁厚為2.87 mm，壁厚分析如圖1所示。鑄件材料為AlSi8Cu3，其抗拉強度σb≥195 MPa，延伸率δ≥2%。AlSi8Cu3合金作為高性能的鋁合金材料，在汽車工業中發揮重要的作用，其獨特性能使之成為制造汽車關鍵零部件的合理選擇。AlSi8Cu3合金的高強度、良好的鑄造性能和耐腐蝕性，使其能滿足嚴苛的鑄造要求。通過合理的鑄造工藝，AlSi8Cu3合金可以被加工成各種復雜形狀的零部件，提升汽車的整體性能和可靠性。

根據鑄件壓鑄成型公差及技術要求，確定模具設計及留有足夠的后續機加工余量，如圖2所示，箭頭所指表面是在壓鑄成型后需機加工位置，調整加工余量為0.3 mm，用于后續加工。

圖2   鑄件加工余量

2 成型分析

2.1 難點分析

鑄件成型難點：①籠式結構復雜，錯綜復雜的加強筋影響熔體流向，解決熔體對沖時困氣問題，要求精準控制流道流量及合理設計溢流槽和排氣槽；②鑄件壁厚差異較大，型腔末端充填困難；③鑄件末端有6處安裝孔位，如圖3所示，需保證鑄件內部的致密性，無氣孔、縮孔等缺陷，這樣才能滿足主機支架的安裝強度要求。

圖3   成型難點分析

2.2 成型設備匹配

鑄件質量為285.9 g，成型投影面積為16 935 mm²，結構復雜，型腔末端充填困難，模具需設計多滑塊抽芯。鑄件的強度要求高，需要較高的鎖模力以及壓力，結合壓鑄機參數（見表1所示），選定DCC280T冷室壓鑄機為成型設備，配備直徑φ60 mm的沖頭。

表1   壓鑄機參數

2.3 成型方案設計

根據技術要求分析，分型設置如圖4（a）所示，深色面為主分型面PL1，其中包含碰穿面PL2，PL2面打開方向為開模方向，與開模方向垂直的區域設置SC1、SC2、SC3三個側向抽芯，其中SC1滑塊如圖4（b）所示，SC2滑塊如圖4（c）所示，SC3滑塊如圖4（d）所示。

圖4   分型設計

澆注系統設計如圖5所示，主流道Z負責控制整個澆注系統的流量，其橫截面尺寸為25 mm×11 mm。遵循主流道橫截面大于分流道設計原則，即Z>1+2+3+4，其中分流道為1、2、3、4，分流道澆注系統中設置1、2、3、4流道分別對區域a、b、c、d進行充填。流道1為輔助流道：流道截面尺寸為7 mm×6 mm，內澆口截面尺寸為1.6 mm×8 mm，負責補充流道2因分型面爬坡的壓力損失。流道2為主流道，負責區域b的充填，流道截面尺寸為10 mm×8 mm，內澆口截面尺寸為1.2 mm×25 mm。流道3為次主流道，負責區域c的充填，流道截面尺寸為10 mm×8 mm，內澆口截面尺寸為1.2 mm×20 mm。流道4為輔助流道，負責區域d的充填，流道截面尺寸為8 mm×6 mm，內澆口截面尺寸為1.2 mm×9 mm。

圖5   澆注系統設計

針對4股流道進料及鑄件籠式加強筋結構易引起多股料流在交匯處產生冷料的問題，如不能及時將冷料排出型腔，會導致鑄件表面產生冷隔紋，內部引起縮孔、困氣等，甚至影響其強度導致斷裂，因此在型芯側設計了4個25 mm×25 mm×12 mm溢流槽和4個12 mm×0.1 mm排氣槽，如圖6所示。在型腔頂部加強筋內側設計了25 mm×25 mm×5 mm溢流槽，其側壁脫模斜度為30°，底部倒R3 mm圓角，靠溢流槽內澆口帶出成型鑄件，為了順利帶出成型鑄件，內澆口尺寸設計為20 mm×1 mm，用于及時排出流道2、3交匯的冷料。在型芯對應的型腔板位置也開設相應的溢流槽以增加排渣的容量，如圖7所示。

圖6   型芯溢流槽與排氣槽

圖7   型腔溢流槽

冷卻系統設計中壓室采用雙循環水路，以確保冷卻效果，提高沖頭的耐用性，分流錐采用水井冷卻設計，型芯及型腔板各布置2條直徑為φ8 mm的水路，如圖8所示，距離鑄件為25 mm，水路接頭采用1/4PT管牙，所有冷卻水管穿過模架直接鎖在型芯和型腔板側面，這樣能有效防止因使用密封圈老化而出現漏水現象。

圖8   冷卻系統

3 模具設計

3.1 模具結構

模具結構如圖9所示，型腔板鑲件12通過螺釘固定在定模板3上，型芯鑲件11通過螺釘固定在動模板4上，導柱設計在定模板一側，便于開模后機械手取件，壓室1由雙層水路冷卻，分流錐2采用水井冷卻，水井底部用黃銅密封。模架由定模板3、動模板4、墊塊5構成，其中動、定模板須經過調質處理。型腔板鑲件主分型面與定模板平面平齊，型芯鑲件主分型面高出動模板平面0.15~0.2 mm，即設計合模間隙為0.15~0.2 mm，動模板對應溢流槽排氣位置開設深度為0.1 mm。為了防止模板變形，在分流錐2下方設置支撐柱，在模板中間也設置支撐柱，需避開頂桿孔位置。推板8采用4根復位桿9導向，墊塊5加工成整體式兼做底板用。動模板4個角設計30 mm×30 mm×8 mm撬模槽，在動、定模板上各設置4個大孔，方便拆裝型芯和型腔板鑲件。模板上吊模孔為M24 mm，其中天側為避開頂部滑塊拉桿須設置左右2個吊模孔。

圖9   模具結構

1.壓室 2.分流錐 3.定模板 4.動模板 5.墊塊 6.支撐柱 7.推板 8.推桿固定板 9.復位桿 10.斜導柱 11.型芯鑲件 12.型腔板鑲件 13.彈簧 14.拉桿 15.滑塊 16.滑塊 17.滑塊

3.2 模具成型零件

型芯鑲件11、型腔板鑲件12、滑塊15~17都采用進口合金鋼8418制造，8418模具鋼是一種含鉻、鉬、釩的高性能熱作模具鋼，具有較好的抗熱疲勞龜裂、熱沖擊開裂、熱磨損、塑性變形的性能，這些性能使其成為壓鑄、熱鍛、熱擠壓模用鋼的最優選擇。模具零件粗加工后熱處理前須進行去應力處理，淬火硬度為46~48 HRC。模具零件加工完成后，對型芯、型腔板鑲件進行噴丸強化處理，噴丸強化處理是專門針對壓鑄模零件的表面處理技術，其主要目的是提高模具零件的耐磨性、抗腐蝕性和熱疲勞性能，以延長模具的使用壽命。型芯及型腔板鑲件外形尺寸應比動、定模框小0.05~0.08 mm，四角定位配合公差為0.03~0.05 mm。

3.3 鑄件成型

模具裝配及經過質檢合格后，且保證開合模各個動作（開合模、推出等）順暢后試模，根據鑄件信息及壓鑄機參數，設定第1次試模參數，如表2所示，第1次試模樣件，如圖10所示。

表2   試模報告

圖10   第1次試模樣件

▍原文作者：陳財幸，鐘秀福

▍作者單位：廈門市集美職業技術學校