復(fù)雜箱體類鑄件的LFC用發(fā)泡模具的國產(chǎn)化實(shí)踐

摘 要 引進(jìn)國外消失模成套設(shè)備后，迅速實(shí)現(xiàn)發(fā)泡模具的國產(chǎn)化是擴(kuò)大鑄造產(chǎn)量的關(guān)鍵之一。合力集團(tuán)依托華中科技大學(xué)，在實(shí)施發(fā)泡模具國產(chǎn)化的進(jìn)程中經(jīng)歷了三個階段。三年來共開發(fā)出多種箱體鑄件的發(fā)泡模具，不僅滿足了本集團(tuán)的需求，還為國內(nèi)外其它企業(yè)配套生產(chǎn)箱體類鑄件，使消失模鑄造不斷發(fā)揮效益。

引言

箱體類鑄件是比較適合消失模鑄造(Lost Foam Casting)的一種類型。一般而言，箱體越復(fù)雜，消失模工藝越能發(fā)揮其優(yōu)勢。國外用LFC法生產(chǎn)箱體類鑄件的公司有美國GM 的Saturn（生產(chǎn)球鐵差動器殼體）和意大利FATA的Teksid（生產(chǎn)灰鐵曲軸箱體）。國內(nèi)用LFC生產(chǎn)箱體類零件的企業(yè)有：重慶南川通發(fā)特種鑄造廠（生產(chǎn)載重車齒輪箱體）；山西臨猗華恩公司（生產(chǎn)差速器殼）和山西左權(quán)龍泉冶金鑄造有限公司（生產(chǎn)變速箱殼體）。

1998年初，安徽合力叉車集團(tuán)（簡稱合力集團(tuán)）引進(jìn)德國消失模白區(qū)制模技術(shù)，其產(chǎn)品對象主要是叉車用各類箱體鑄件，如變速箱體、變矩器及離合器殼體等。當(dāng)時，國內(nèi)已有數(shù)家企業(yè)引進(jìn)國外消失模鑄造設(shè)備，其中有的因模具國產(chǎn)化成為瓶頸，生產(chǎn)狀況不盡人意。如今三年有余，合力集團(tuán)LFC 生產(chǎn)形勢很好，開發(fā)出十多套模具（其中箱體類模具六套），完全具備了模具設(shè)計(jì)、制造和開發(fā)能力。本文從技術(shù)上對合力集團(tuán)所實(shí)施的模具國產(chǎn)化的三個階段進(jìn)行總結(jié)。

第一階段：設(shè)備引進(jìn)和模具培訓(xùn)同步進(jìn)行

1998年，合力集團(tuán)引進(jìn)德國TEUBERT公司TVZ130/90成型機(jī)。該設(shè)備為全自動臥式成型機(jī)，垂直開模，吸盤取件；該設(shè)備采用德國發(fā)泡成型模具，

生產(chǎn)出叉車液力變速箱體泡沫模樣（模片分為三塊）。所生產(chǎn)的箱體鑄件重達(dá)60多公斤。

在引進(jìn)設(shè)備的同時，合力集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)意識到：要擴(kuò)大LFC生產(chǎn)規(guī)模，就必須迅速實(shí)現(xiàn)模具國產(chǎn)化。因此，在與德方商務(wù)談判中，中方堅(jiān)持將模具培訓(xùn)列入合同。因?yàn)橐M(jìn)的德國成型機(jī)和冷粘合機(jī)在國內(nèi)都是第一臺，針對德國設(shè)備的發(fā)泡模具設(shè)計(jì)，國內(nèi)沒有設(shè)計(jì)參考資料。

為更好地消化吸收德國技術(shù)，合力集團(tuán)邀請華科大參與組團(tuán)，赴德考察模具設(shè)計(jì)和制造。三人在德培訓(xùn)十天，考察的主要收獲如下：

1． 接受了多模獨(dú)立汽室的設(shè)計(jì)概念，摸清了模具與設(shè)備的相互連接匹配關(guān)系。所謂獨(dú)立汽室機(jī)

構(gòu)指在一臺成型機(jī)上可同時安裝數(shù)付模具，而每付模具的汽室相互獨(dú)立，可按各自的成型工藝制作不同的泡沫產(chǎn)品。德國成型機(jī)工作面尺寸大（1300X900），可采用多模獨(dú)立汽室模具。為此，該設(shè)備配備有4套物流接頭，提供蒸汽、冷卻水、壓縮空氣以及真空等，以便在成型機(jī)上安裝四套發(fā)泡模具。獨(dú)立汽室模具機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)概念是德國設(shè)備所獨(dú)有的；

a、即壓力鑄造對零件形狀結(jié)構(gòu)的要求；

b、壓鑄件的工藝性能；

c、壓鑄件的尺寸精度及表面要求；

d、壓鑄件分型面的確定；壓鑄件的零件設(shè)計(jì)是壓鑄生產(chǎn)技術(shù)中的重要部分，設(shè)計(jì)時必須考慮以下問題：模具分型面的選擇、澆口的開設(shè)、頂桿位置的選擇、鑄件的收縮、鑄件的尺寸精度保證、鑄件內(nèi)部缺陷的防范、鑄孔的有關(guān)要求、收縮變形的有關(guān)要求以及加工余量的大小等方面。

鑄件設(shè)計(jì)形狀結(jié)構(gòu)要求

a、消除內(nèi)部側(cè)凹；

b、避免或減少抽芯部位；

c、避免型芯交叉；合理的壓鑄件結(jié)構(gòu)不僅能簡化壓鑄型的結(jié)構(gòu)，降低制造成本，同時也改善鑄件質(zhì)量。

鑄件設(shè)計(jì)筋的要求

筋的作用是壁厚改薄后，用以提高零件的強(qiáng)度和剛性，防止減少鑄件收縮變形，以及避免工件從模具內(nèi)頂出時發(fā)生變形，填充時用以作用輔助回路（金屬流動的通路），壓鑄件筋的厚度應(yīng)小于所在壁的厚度，一般取該處的厚度的2/3~3/4；

鑄件設(shè)計(jì)壁厚要求

壓鑄件壁厚度（通常稱壁厚）是壓鑄工藝中一個具有特殊意義的因素，壁厚與整個工藝規(guī)范有著密切關(guān)系，如填充時間的計(jì)算、內(nèi)澆口速度的選擇、凝固時間的計(jì)算、模具溫度梯度的分析、壓力（最終比壓）的作用、留模時間的長短、鑄件頂出溫度的高低及操作效率；

a、零件壁厚偏厚會使壓鑄件的力學(xué)性能明顯下降，薄壁鑄件致密性好，相對提高了鑄件強(qiáng)度及耐壓性；

b、鑄件壁厚不能太薄，太薄會造成鋁液填充不良，成型困難，使鋁合金熔接不好，鑄件表面易產(chǎn)生冷隔等缺陷，并給壓鑄工藝帶來困難；壓鑄件隨壁厚的增加，其內(nèi)部氣孔、縮孔等缺陷增加，故在保證鑄件有足夠強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡量減小鑄件壁厚并保持截面的厚薄均勻一致，為了避免縮松等缺陷，對鑄件的厚壁處應(yīng)減厚（減料），增加筋；對于大面積的平板類厚壁鑄件，設(shè)置筋以減少鑄件壁厚；根據(jù)壓鑄件的表面積，鋁合金壓鑄件的合理壁厚如下：壓鑄件表面積/mm2壁厚S/mm≤251.0～3.0>25~1001.5～4.5>100~4002.5～5.0>4003.5～6.0。

鑄件設(shè)計(jì)鑄造斜度要求

斜度作用是減少鑄件與模具型腔的摩擦，容易取出鑄件；保證鑄件表面不拉傷；延長壓鑄模使用壽命，鋁合金壓鑄件一般最小鑄造斜度如下：鋁合金壓鑄件最小的鑄造斜度外表面內(nèi)表面型芯孔（單邊）1°1°30′2

鑄件設(shè)計(jì)圓角要求

壓鑄件上凡是壁與壁的連接，不論直角、銳角或鈍角、盲孔和凹槽的根部，都應(yīng)設(shè)計(jì)成圓角，只有當(dāng)預(yù)計(jì)確定為分型面的部位上，才不采用圓角連接，其余部位一般必須為圓角，圓角不宜過大或過小，過小壓鑄件易產(chǎn)生裂紋，過大易產(chǎn)生疏松縮孔，壓鑄件圓角一般?。?/2壁厚≤R≤壁厚；圓角的作用是有助于金屬的流動，減少渦流或湍流；避免零件上因有圓角的存在而產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致開裂；當(dāng)零件要進(jìn)行電鍍或涂覆時，圓角可獲得均勻鍍層，防止尖角處沉積；可以延長壓鑄模的使用壽命，不致因模具型腔尖角的存在而導(dǎo)致崩角或開裂；