自动变速器后盖壳体低压铸造工艺开发

自动变速器后盖壳体低压铸造工艺开发

汪琴琴 闻强 范单华

广东鸿图武汉压铸有限公司 湖北 430200

摘要：随着人们生活质量的日益提升，现今每家每户都会购置有汽车这一出行专用交通工具，这就会促使我国汽车行业得到快速的发展。但是汽车在正常行驶中，由于其结构重量过大就会导致能源消耗过快，这对于我国当前的能源紧缺现状有着不利影响。为此，在汽车各部件制造过程中就需要采取适当的铸造工艺来减轻汽车结构重量，从而达到高效节能运转的目的。由于多路高压油道都会经过后盖壳体，所以该部件乃是汽车自动变速器中最主要的组成部件，我们想要对其低压铸造工艺开展进一步的改进与创新，就需要对该铸件结构中极易产生缺陷的部位进行分析与整理，从而在保障低压铸造工艺特点的同时，将此工艺进行合理调整，以便促使该工艺制造出的铸件能够满足相关规范标准与技术要求。

关键词：自动变速器；后盖壳体；低压铸造；工艺开发

近些年来，能源的日益短缺以及环境污染的不断加重，促使我国提出了一系列的节能减排、绿色环保政策，在这样的背景下，汽车行业以及相关零件加工企业也开始重视起汽车结构重量的减轻问题，以便可以在满足国家相关节能环保政策的同时，推动汽车及相关产业的进一步发展与壮大。尤其是现今汽车能耗及尾气排放的越发严重，已经促使车身轻量化变得更加重要。现阶段，铝合金材料性能的日益完善，促使我国汽车的手动变速器以及自动变速器中的铝合金铸件应用频率逐渐扩大，利用低压铸造工艺生产而出的铝合金后盖壳体不仅具有高质量、高密度，同时还可以降低汽车结构重量，极大的满足了自动变速器零件要求。

1、低压铸造工艺

低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。其工艺过程是：在密封的坩埚（或密封罐）中，通入干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔，并保持坩埚内液面上的气体压力，一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使开液管中未凝固的金属液流坩埚，再由气缸开型并推出铸件。低压铸造的工艺规范包括充型、增压、铸型预热温度、浇注温度，以及铸型的涂料等。

1.1充型和增压

在实际铸造过程中，控制好金属液上升速度，确保其在升液管内以缓慢速度攀升，将可以尽可能多的排出型腔内气体，防止金属液浇注过程中产生喷溅现象，而金属液达到浇口时是需要增加适当升液压力的。金属液充型过程中需要充型压力，充型完成后还要施加结晶压力，这样才能保证铸件内部组织的紧密性，从而有效的提升铸件整体质量。

1.2铸型温度及浇注温度

低压铸造可采用各种铸型，对非金属型的工作温度一般都为室温，先特殊要求，而对金属型的工作温度就有一定的要求。如低压铸造铝合金时，金属型的工作温度一般控制在200～2500C，浇注薄壁复杂件时，可高达300～3500C。关于合金的浇注温度，实践证明，在保证铸件成型的前提下，应该是愈低愈好。

1.3涂料

如用金属型低压铸造时，为了提高其寿命及铸件质量，必须刷涂料；涂料应均匀，涂料厚度要根据铸件表面光洁度及铸件结构来决定。

2、工艺设计

某中型液力自动变速器的后盖壳体铸件如图1所示，外形尺寸415mm×390mm×142mm，重量约10kg，材质为A356合金。铸件内部有5处相互独立的高压油道，有一定的气密性要求。铸件中心有一处最小直径为96mm的输出轴孔，工作时承受一定载荷及密封要求，所以此部位的加工表面及内部质量要求较高。铸件底部与变速器壳体连接的表面均为密封面，对加工表面的质量要求较高。对铸件三维模型进行壁厚分析，其基本壁厚为6mm，最小壁厚5mm，最大厚度39.6mm，属于中型薄壁铸件。铸件中最大的热节部位集中在输出轴孔底端周围，其余较小的热节分布在周边的各螺栓圆台部位，热节分布整体上比较分散，如图2所示。

图1 后盖壳体铸件结构 图2 铸件壁厚分析

根据后盖壳体铸件的结构特点，采用金属型低压铸造工艺可满足铸件技术要求。参照低压铸造顺序凝固原则，浇注位置按铸件输出轴孔顶端朝上平放浇注（见图3）。针对容易产生缩孔、缩松缺陷的各热节部位，采用多浇口布置，输出轴孔底端是主要热节所在，需设置Y字形内浇口充型补缩，其余分散的小热节设置多个小型内浇道充型补缩。地质勘察工作是项目施工的技术支撑，是施工顺利开展的保障，勘探质量的优劣对施工至关重要，因此，必须全面把握勘探工作质量管理。铸件内的5处高压油道受结构限制必须用砂芯成形，为保证各油道砂芯的固定，防止在浇注过程中偏移、漂浮，同时考虑多浇口工艺对各浇口保温及同时凝固的要求较高，专门设计一个带有所有内浇口的底盘砂芯，将5处油道砂芯与底盘砂芯一起粘结组芯（见图4），并在金属型底模上设计分流浇道，浇注时金属液通过底盘砂芯上的浇口通道进入模具型腔，提高了浇口的保温性能。油道砂芯采用覆膜砂制芯，底盘砂芯采用三乙胺法制芯，所有砂芯表面均浸涂一层0.2～0.3mm厚的涂料，保证铸件特别是油道表面不会产生粘砂缺陷。

图3 初始浇注工艺方案 图4 组芯方案

3、模拟分析

将以上初始工艺方案导入铸造过程CAE模拟软件进行辅助分析，其中浇注温度设为715℃，充型时间设为4s。模拟结果如图5所示，在铸件的油道区域内的几处浇口根部均出现了较严重的缩孔类缺陷，另外有一处靠边缘的螺栓圆台也出现了缩孔缺陷。对模拟结果进行分析，浇口根部出现缩孔的原因是在凝固过程中，分流浇道降温较快先于浇口凝固，使几处浇口成为了孤立液相区，从而产生了缩松缺陷；螺栓圆台的缩孔缺陷主要是该部位远离浇口，缺少有效补缩通道，无法得到浇口的补缩所致。针对以上分析原因，对工艺方案作出一些调整：将几处分流浇道的截面尺寸由原先的38m m×28m m增加到53mm×38mm，并在模具上增加保温措施；将有缺陷的螺栓圆台左侧的长浇口按图6所示分为两个并向右侧移动，同时增加一路分流浇道过去，保证螺栓圆台可以得到浇口的补缩。改进工艺方案经再次模拟验证，各处缺陷均得到改善。

图5 铸造缺陷预测结果 图6 改进后的浇注工艺方案

4、验证结果

按改进后的工艺方案进行试制，除热模工艺件外共试制20件。试制出的铸件轮廓清晰完整，外观无任何目视可见缺陷，如图7所示。剖切检查内部壁厚与油道位置，均符合图样要求。使用X射线检测铸件内部质量，其各处区域内均未发现任何缺陷，完全满足铸件质量要求。与PSO相比，楔形截骨能获得更大的矫形幅度。PSO多用于畸形程度相对较小的患者，楔形截骨多用于重度僵硬型畸形患者。楔形截骨对侧凸和后凸畸形的矫形幅度及矫正率与PVCR相近。与PVCR相比，楔形截骨缩小截骨范围，切除骨质较少，减少术中出血量，且截骨端直接对合、骨性接触，不必放置钛网支撑，术后初始稳定性优于PVCR，有利于截骨面融合。三维激光扫描技术的基本原理是激光测距，事实上三维激光扫描的工作过程就是反复性的数据处理及采集过程。从获得扫描反射接受的激光强度，有效匹配扫描点的颜色灰度。对于扫描激光来说，系统局部坐标是采样点，而坐标原点是扫描仪的内部，通常X轴、Y轴都位于局部坐标系的水平面中，Y轴表示扫描仪垂直方向，Z轴表示垂向方向。由此可见，能够得出扫描目标点 P的坐标 XS、YS、ZS的计算方法。其计算公式和三维激光扫描激光原理如图7所示。机加工过程中，除去调试工废件外，共产生17件加工成品，气密检测通过率100%。

图7 铸件外观质量良好

结语：

综上所述，在对自动变速器后盖壳体类铸件进行低压铸造工艺开发的过程中，需要根据其具有的壁厚较薄、热节多却分散的特征，采取适当的低压铸造工艺。而经过实践表明，多浇口工艺是最适合应用在变速器后盖壳体中的低压铸造工艺，只要把握好各浇口的分布位置，就可以有效的保证变速器后盖壳体铸件的质量。此外，随着信息化时代的到来，在对铸件结构进行分析的过程中也可以采取计算机三维图形CAD技术，该技术的应用不仅可以快速找出结构缺陷，还可以为相关铸造工艺方案的可行性带来数据支撑，进而实现铸造成本的节约。

参考文献：

1. 铝合金轴箱体低压铸造工艺设计[J]. 何辉,梁宪峰,任俊祺,周意普. 热加工工艺. 2012(13)

2. 低压铸造新技术应用[J]. 杨锦松. 汽车零部件. 2013(09)

3. 低压铸造智能化生产探究[J]. 章旭霞. 金属加工(热加工). 2018(11)