中国压铸杂志
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B15阀体轮廓度超差及解决方法

作者:admin 来源:原创 发表时间:2019-12-02

 
文:湛江德利车辆部件有限公司 张耀雄
 
    摘要:通过对B15节流阀体铝合金压铸件的工艺分析、模具设计结构分析、模具制造工艺分析以及生产过程监控,发现B15齿轮箱轮箱面轮廓度超差主要是模具结构设计不完善,引起铸件顶出不平衡以及模具加工工艺不合理,导致模具镶块尺寸达极限尺寸等因素影响,采取更改模具结构及优化模具制造工艺方法解决了节流阀体压铸件轮廓度超差问题,缩短模具制造周期及提高铸件合格率。
    关键词:铝合金;压铸件;模具;轮廓度
 
引言
    压铸技术是一项先进工艺,已有较长历史,主要用于生产铝合金、锌合金、镁合金、铜合金等有色金属零件,摩托车及汽车发动机的油底壳、缸体,箱体、节流阀体、发动机支架等零件应用较为广泛,主要原理为将溶融合金(铝、锡、锌、镁、铅、铜合金) 在高压、高速条件下充型并在高压下冷却凝固成型的一种精密铸造方法,溶融合金为铝合金叫铝压铸,其最终产品称为压铸件。
 
    B15节流阀体是笔者公司为德国大陆公司配套生产的铝合金压铸件。大陆公司对产品的品质要求严格,不仅要控制铸件的内在气孔和缩孔,而且也要保证外形的尺寸精度。节流阀体作为发动机中一个重要组成部件之一,要求所有尺寸全部符合图纸要求,这样对模具设计、制造、装配、工艺调试都提出了较高要求,但B15阀体压铸件齿轮箱面轮廓度超差一直困扰笔者公司,压铸模具制造周期长达8个月无法合格,一般压铸模合格周期为5个月,无法按时对客户送样,也使客户对公司技术能力产生质疑,所以解决B15阀体轮廓度超差问题刻不容缓。
 
1、铸件、模具及调试工艺分析
    B15B 节流阀体铸件如图 1 所示,成型材料为 ADC12铝合金,形状不规则,壁厚不均匀,进气口部位壁厚3.5 mm,,齿轮箱接合面部位平均部厚 2.5 mm,铸件易变形,铸件设计工艺性差,基准孔直径 4 mm,测量位置偏小,测量误差大,轮廓度 0.3 均带基准 ABC,如图 2 所示。一般阀体类铸件齿轮箱轮廓度为不带基准 0.5,而且两测量基准孔距离小,孔位置度只要有任何变动,对轮廓度影响很大。一般来说,影响铸件尺寸因素分为四部分。


 
1.1模具设计影响
(1) 模具结构的影响
    模具是压铸件的主要工具,模具结构不合理,无论是从工艺上采取何种措施,都很难使产品合格,因此在设计模具时,应尽量注意使模具总装结构和模具零件结构合理,便于制造、使用安全可靠,要使模具在压铸中不变形,金属液在模具内流动稳定,均匀使铸件冷却,能全自动压铸无故障,此外,根据生产批量要求及质量要求选择合理的模具材料。
 
(2) 缩水率的影响
    缩水率 (收缩率) 设计错误或者偏差是导致尺寸 NG的罪魁祸首。不同材料的缩水率差异大,即使相同材料,产品的结构不同,缩水率也会不同。确定铸件使用的材料后,需要拿到材料厂商的材料物性表查阅材料的缩水率,缩水率一般会给定一个范围,常规的做法是取这个范围的中间值设计模具,但有些特殊产品结构,材料的缩水率必须取较小值去设计模具,比如:薄壁产品、框型产品、产品肉厚不均、局部较厚等情况。对未使用过的材料,或者材料商改良增强的材料,由于自身经验不足,缩水率的选择要特别慎重。对于经验不足的材料,可以找模具做试模试验,反推算缩水率的大小。
 
(3) 内浇口设计影响
    内浇口设计不合理,截面积过大或过小,位置设置不当都会导致铸件温度场、充填场,凝固场差异大,铸件收缩不平衡,受力不均匀,局部内应力大,铸件变形。
 
1.2模具加工的影响
(1) 加工工艺排布
    不同的加工设备,加工的方式、加工的精度、加工的工艺不同,虽然有时不同的设备可以加工同样的特征,但需要根据产品的外观要求、精度要求选择合适的加工方式,对尺寸要求高的模具配件需要使用高精度设备及合理的加工工艺,对关键部位要适当保留以后调整的加工余量,以免后续无法修整。
 
(2) 工件检查
    检验环节是保证设计意图得到满足的重要环节,要求品质人员有足够的质量意识和责任心,如果没有检验环节,工件的状态就是出于失控的状态,尺寸也就难于保证了,模具加工孔位、大小、动静衬模配合尺寸等要严格按照图纸检查。
 
1.3 模具装配的影响
    模具装配的滑道配合,分型面配合,封锁面间隙尺寸要合理,确保模具运动部位顺畅,模具配合部位尺寸尽量使用设备加工,减少人工修配,否则会导致模具调试飞边毛刺产生,影响尺寸稳定性。
 
1.4 压铸工艺调试的影响
(1) 压铸工艺的制定,与模具、压铸设备的质量、工艺人员的技术水平有很大关系,压铸工艺设定合理,现场要通过正交试验法确定工艺参数,特别是压力、速度、浇注温度、留模时间、喷涂时间等工艺的确定,确保有较宽的工艺窗口,避免极限的工艺条件。极限的工艺条件可能导致产品飞边,内部气缩孔大,产品内应力大,尺寸变形等问题。
(2) 压铸工艺需要稳定下来,为修正尺寸提供保证,避免工艺乱变,对压铸工艺参数要严格执行,否则也会导致压铸件变形、欠铸、内部气缩孔,有可能每次试模的铸件尺寸都不同,模具修理根本无从下手。
(3) 试模压铸设备尽量固定,特别是每台设备由于使用年限、使用产品、使用作业者的不同,同样型号设备也有性能差异,稳定性的差异,这些不同也会造成铸件尺寸不同。
 
2、确认相关尺寸、工艺及拟定解决方案
2.1相关尺寸及工艺确认
(1) 图纸尺寸确认
    产品设计时难免有图纸出错,特别是经常发生 2D 图与 3D 文档不符、标注错误、铸件毛坯图与产品图不符等,通过图纸尺寸逐项确认,与 3D 模型一一对比,根据产品使用性能,与客户的不断沟通,虽然与国内同类型产品比较尺寸要求高,但最终确认图纸尺寸准确无误。
(2) 铸件尺寸确认
    铸件三坐标测量坐标系建立不当,测量基准不可靠,测量方式不合理等都会影响产品尺寸测量误差。将5件超差铸件产品送去三坐标进行复测,并按要求校对设备精度,重新检讨测量方式,确认测量基准稳定可靠,测出结果与原超差数据一致,认定铸件轮廓度存在超差0.02-0.2。
(3) 模具尺寸确认
    通过对模具装配及各零件尺寸按图纸确认,装配间隙合理,滑动部位顺畅,但发现超差部位压铸模具轮廓度为0.24-0.29,铸件齿轮箱部位轮廓度 0.31-0.5,表明模具轮廓度尺寸已达极限尺寸,调试时易导致铸件尺寸超差。这是轮廓度超差一个主要原因之一。
(4) 模具结构确认
    通过对模具顶出设计及渣包设计分析如图3所示,发现模具的顶出结构设计不完善,易产生变形 ,模具滑块底下渣包设计不合理导致滑块包紧力过大,产品出模易变形,模具结构不合理导致产品测量基准面变形,也是影响轮廓度超差的主要原因之一。
 

 
(5) 调试工艺确认
    检查现场 《作业点检表》,并且按工艺文件抽查各项参数与记录都符合工艺要求。模具通水情况正常,脱模剂喷涂后齿轮箱滑块温度保持在工艺要求范围160 ℃-180 ℃,可以排除冷却问题,检查脱模剂浓度情况,喷涂脱模剂浓度有数据进行管理,取样检测符合工艺浓度要求,故排除喷涂浓度不合理。跟踪调查生产过程中模具温度,跟踪调查结果是模具温度,符合工艺要求 160 ℃-180 ℃,调试工艺参数确定整体合理。
 
2.2解决方案拟定
(1) 模具齿轮箱镶块轮廓度尺寸极限修理,常规工艺方案使用整体电极加工镶块密封槽处,这种加工方法会造成局部放电过大,应力集中,导致齿轮箱部位轮廓度有一定的变化量,改善工艺为由原来的整体电极加工,改为使用0.3 mm铣刀在高精度五轴加工设备加工,改善后模具镶块轮廓度达0.08-0.12,更改如图4、图5所示。
 

 
(2) 模具结构优化。由于动模滑块底下渣包包紧力大,顶出不平衡,由改善前动模左镶块处顶针8条,改善后该部位顶针为5条,2处渣包取消如图6、图7所示,使产品在出模时保持相对平稳,减少变形。以上措施实施后,进行新一论调试,据统计共生产3批,每批60件,每批抽检3件,全尺寸合格,铸件齿轮箱轮廓度均在0.2以下,状态稳定。
 

 
3、结束语
    在实际生产中,由于对模具结构及加工工艺做了决定性的改进,经过实际的批量生产,证明铸件的外观和内部质量均很好,尺寸达到图纸要求,轮廓度稳定,模具合格周期缩短到3个月以内,为以后类似压铸件的模具设计及调试积累了丰富经验,有效地提高了产品质量,挽回了客户信心,减少了大量的经济损失。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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