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    汽车铸件的轻量化设计与壳型铸造法

    发布日期:2020-09-16 发布者:润恒压铸

    一、汽车铸件的轻量化设计

    出于铝铸件整体安全系数的需要,等厚度设计是汽车铸件主要设计方法之一。然而等厚设计的主要弊端是无法充分发挥结构性能,并导致铸件重量的增加。采用CAE分析、拓扑优化等手段,对零部件进行优化设计,使零部件各个部位的应力值接近,即各个部位的壁厚不一致,受力小的部位减薄料厚,从而减轻零件的重量。考虑到铸造成形可以实现复杂结构铸件的成形,可以实现各种不规则的异型截面。设计时,采用CAE或拓扑优化等手段,对零部件进行应力分析。根据力的分布,确定零部件的形状和具体局部的材料厚度。通过对铸件加筋、挖孔和改变截面,可使零部件的重量大大降低。对商用车支座进行优化设计前后的铸件外形对比,可见铸件初始重量为6.6kg,其设计为典型的等厚设计。该铸件经过加筋、挖孔和变截面等一系列轻量化设计方法后,铸件重量变为3.0kg,减重效果可达50%以上。压铸件是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里,经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形,而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了制作时间。铸造是现代装置制造工业的基础工艺之一。

    确定分型面需要考虑的因素比较多,因此,在选择分型面时,除根据压铸件的结构特点,结合浇注系统安排形式外。还应对压铸模的加工工艺和装配工艺以及压铸件的脱模条件等诸多因素统筹考虑确定。分型面的确定原则是:

    ①开型时铸件留在动模内,且便于从模腔中取出。

    ②不同轴度与尺寸精度要求高的部分尽可能设在同一半模内。

    ③分型面一般不设置在表面质量要求比较高的面。

    ④分型面的设置应有利于开设浇注系统、排滋系统,便于清理毛刺飞边、浇口等,便于刷涂料。

    ⑤分型面的设置应尽量简化压铸型结构,充分考虑合金的铸造性能。

    二、铸件壳型铸造法

    考虑到壳型铸造法所生产的铝铸件有较高的尺寸精度、表面光洁,以及用作高压铸造的型芯时,在80MPa的压力之下其变形量和收缩量较小,在铸铝的生产过程中,壳型(芯)的使用较为普遍但在对所有用于铸铝件生产的砂型、型芯作溃散性评价时,壳型覆膜砂的溃散性仅优于水玻璃砂,因而人们在改变其溃散性方面作了大量的研究工作。

    开发和使用溃散性优良的铸铝件生产专用酚醛树脂在壳型法中广泛使用的酚醛树脂由于其自身具有耐热性好的特点,在其基础上添加溃散剂是改变其溃散性的主要方法。虽然已有较多的实验结果表明:添加金属卤化物、磷酸醋化物、热塑性树脂、碳酸盐氢氧化物、过氧化物糖类、硫酸醋等溃散剂可以降低树脂的热分解温度,添加金属(如铜合金)粉末或金属氧化物(如三氧化二铝淞末在高温下自身不会发生热分解,却能提高砂芯的热传导率,从而促进酚醛树脂的热分解,但现在已具有商业价值的溃散剂主要有3类:金属卤化椒碳酸盐或有机酸盐磷酸醋或磷酸盐这些溃散剂也可用于改变水套芯等实心型芯的溃散性现在的工作仍然是降低采用溃散性的覆膜砂生产成本,以进一步推广应用。国内某厂也试用在水溶性覆膜砂中添加食盐以解决铝制叶轮铸造生产中既要求足够的强度,又要求有良好的溃散性的问题,取得了令人满意的结果。在工业生产铸造件时,出现进行二次加工的情况不多。但是,为何要避免机械加工?原因是:压铸件达到外观和尺寸的标准质量,设计时,可以给出宽松和表面质量的值,其实这是一个误差,这是从成本上看。压铸件的表面致密无孔,机械性能较好,机械加工可能降低性能。机械加工后表面气孔与空气接触,影响铸造件的应用。

    如果担心要机械加工,那么可以提前把压铸件设计成便于加工和加工面积少,从而降低成本。还有选择的加工步骤,尽量不要繁琐,好一步到位。加工量多,对于压铸件的外面层是致密,但内部刚好相反,这样做,也是减少破坏致密层的机率。

    压铸件加工中的要求

    一、压铸件的形状结构要求:a、内部侧凹;b、避免或减少抽芯部位;c、避免型芯交叉;合理的压铸件结构不仅能简化压铸型的结构,降低制造成本,同时也改变铸件质量,

    二、压铸件设计的壁厚要求:压铸件壁厚度(通常称壁厚)是压铸工艺中一个具有特殊意义的因素,壁厚与整个工艺规范有着密切关系,如填充时间的计算、内浇口速度的选择、凝固时间的计算、模具温度梯度的分析、压力(较终比压)的作用、留模时间的长短、铸件顶出温度的高低及操作效率。