汽車傳動箱壓鑄模具優(yōu)化（2023-03-10）
1 、前言
汽車后驅傳動箱體是汽車后驅傳動箱體主體部件，也是汽車驅動系統(tǒng)的核心關鍵件，傳動箱內部裝配傳動齒輪和變向齒輪，因此傳動箱體尺寸要求精度較高；由于傳動箱體具有體積大、壁厚不均勻、內外腔結構復雜等特點，對毛坯壓鑄模具的設計提出了很高的要求；由于鑄件本身的產(chǎn)品特點是腔體大、壁厚不均勻、結構剛性差，容易在鑄造時出現(xiàn)較大的變形，從而造成位置公差超差，局部加工余量不穩(wěn)定等缺陷，突出表現(xiàn)在后續(xù)機加的位置度超差。

此款傳動箱體的材質為鋁合金（牌號：AlSi9Cu3 DIN 1706）；鑄件最大外輪廓尺寸為270mm×210mm×220mm，最大壁厚16.5mm，最小壁厚3.5mm，平均壁厚 8.5mm；鑄件質量為3680克；外觀要求輪廓清晰完整，機械強度滿足使用要求，鑄件內部組織要求致密，內部缺陷（氣孔、縮松）孔隙度參照VW-50097孔隙率標準，滿足D5-1要求。 
   此鑄件機加的部位基本上全在產(chǎn)品內部，鑄件需要機加部位見圖1紅色面，根據(jù)產(chǎn)品尺寸及產(chǎn)品結構，將鑄件機加余量暫時設置為0.7mm，待毛坯試加工后再做適當?shù)恼{整。

2、壓鑄模具方案設計 
2.1 壓鑄機及壓鑄工藝的選擇
由于傳動箱體形狀比較復雜，完成鑄件的三維設計后，我們選擇的模具分型方向如圖2所示，整模投影面積60000mm2 ；考慮到模具結構復雜，結合客戶的實際壓鑄機的配置情況，我們選擇了DM1000壓鑄機進行設計。 
      根據(jù)鑄件的結構特點，我們設定的壓鑄工藝如表 1 所示。

2.2 分型面的選擇
對于這種結構復雜的傳動箱體鑄件，分型面的選擇對模具結構的復雜程度、模具插芯（滑塊）的設置以及壓機的使用都會造成一定的影響；對于這個傳動箱體的分型，我們重點考慮了鑄件的成形性能，采用圖2所示的三個滑塊抽芯設計，合箱蓋位置設計為下滑塊，安裝支腳設計為上滑塊，動作傳動輸入口為左滑塊。

分流錐設置在下滑塊，進澆口主要布置在合箱蓋端面的方式進料。在下抽芯圓周布置了五個內澆口再靠近上滑塊部位采用兩個輔助澆口來改善遠端的鑄件充型性能。這種設計方案，模具結構緊湊，外觀有動定模兩部分來成型，鑄件的機加粗基準可靠，有利于后續(xù)的毛坯機加。
2.3 模流分析 
2.3.1 模流分析充型溫度
根據(jù)壓鑄工藝參數(shù)的設定,鋁液澆注溫度為650℃，模流分析圖3顯示，充填前端溫度大于578°C的推薦溫度，產(chǎn)品外觀不易出現(xiàn)冷隔、花紋和填充不充分現(xiàn)象，因此，可以認為此流道布置基本符合設計預期。

2.3.2 模流分析充型速度
根據(jù)相關資料確定內澆口速度20-60m/s；依據(jù)產(chǎn)品壁厚和產(chǎn)品的復雜程度，我們選擇了3.5m/s的壓射速度，在此速度下的內澆口速度為50m/s；從模流分析圖4來看，內澆口填充速度合適。

2.3.3 模流分析材料追蹤
從材料分布結果圖5來看，每個流道分布清晰，流道設計合理。 

3、實際生產(chǎn)反饋及模具優(yōu)化
此方案開模后生產(chǎn)的鑄件見圖6所示，目前，經(jīng)過量產(chǎn)后反饋存在以下兩個問題：
1.上下孔同軸度超差
鑄件由上、下兩個滑塊所成型的大孔，存在同軸度差的問題；毛坯位置度沒能確保毛坯圖紙要求的0.6mm以內；機加時導致鑄件孔單邊加工后存在黑皮，廢品比例3%左右。
分析其原因：
1）在模具上下滑塊有滑動裝配間隙；
2）滑塊的右側面有澆道對其沖刷，型成向左邊斜的因素；
3）產(chǎn)品上方壁厚7mm，產(chǎn)品生產(chǎn)取件后有熱平衡因素，導致產(chǎn)品變型。
2.出模拉傷 產(chǎn)品下方進料口滑塊內部位置出現(xiàn)沖刷拉傷現(xiàn)象，占比3%左右。
分析原因：從模擬分析和工藝設置，沖頭3.5m/s，內澆口速度50m/s；分析認為，粘模的可能原因是內澆口速度過快或者澆口處模溫過高；可能也存在實際快壓射速度超出了預設的速度值或造成了下滑塊澆口處粘模。

3.1 模具方案優(yōu)化
針對反饋問題，為解決上下孔同軸度的問題，我們將模具分型更改為如圖7所示的方案；傳動箱體的合箱蓋位置設計為靜模，安裝支腳設計為動模，動作傳動輸入口為下滑塊。分流錐設置在下滑塊，進澆口主要布置在下滑塊輸入口端面的方式進料，然后在合箱蓋面增補進澆，確認保此面和內圈機加后的氣孔質量。 
3.1.1 模流分析充型溫度
根據(jù)壓鑄壓鑄工藝參數(shù)的設定,鋁液澆注溫度為650℃，模擬結果圖8顯示，充填前端溫度大于578℃的推薦溫度，預計未來外觀不易出現(xiàn)冷隔，花紋和填充不充分現(xiàn)象，因此，可以認為此流道布置基本符合設計預期。

3.1.2 模流分析充型速度
據(jù)北美壓鑄協(xié)會的《Gating Manual》P170提供的數(shù)據(jù) ， 鋁合金充填速度推薦值25.4-40.6m/s，速度過快影響模具壽命，易沖蝕模具、粘模。依據(jù)傳動箱體的壁厚，我們選擇的內澆口速度40m/s，設定的速度3.5m/s；從模擬結果圖9來看，內澆口填充速度合適，不存在速度慢出現(xiàn)的冷隔風險。

3.1.3 模流分析材料分布

   由于鑄件中間澆道進入的鋁液經(jīng)過輸入孔后不可避免的出現(xiàn)混合，因此圖10呈現(xiàn)這種顏色。但是所有鋁液都是向前填充的，鋁水沖型到末端都有渣包和排氣，因此判斷澆道設計是合理。

4、結語
優(yōu)化后的方案解決了原方案存的兩個問題，見圖11。原由滑塊成型的孔變更成了由動模和靜模芯來成型；動、靜模由導柱和模芯上的精定位保證；定位精度遠優(yōu)于滑塊的定位精度；原方案上下滑塊成型大孔的位置度在新方案中得到了徹底解決。下滑塊沖刷粘模掉塊的問題，由于改變了主進澆位置，把主進澆口改到了輸入動力接口處，而且產(chǎn)品此區(qū)域壁厚厚還有加強筋，重新調整了壓鑄工藝，使內澆口速度調整在設定的工藝范圍內，局部因沖刷、粘模造成的缺料也問題得到解決。

本文作者：重慶東科模具制造有限公司 羅勇

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