摘 要在現代汽車工業(yè)發(fā)展中 ，鋁合金作為一種輕型金屬材料得到了廣泛應用 ，但鋁合金鑄件產品的質量問題和其鑄造缺陷卻仍長期困擾著生產企業(yè)。本文通過對某款鋁合金殼體鑄件結構和工藝性進行分析研究，收集多種試驗數據，論述了該產品的鑄造工藝難點，介紹了相關的合理工藝控制方法，為后續(xù)其他類似殼體鑄件的質量控制積累了經驗，提供了理論指導。

20 世紀 80 年代以來 ，汽車結構的變化主要方向是以提高使用的經濟性為目標，降低燃油消耗 ，特別是普通型汽車 ，實現輕量化和小型化是現代汽車最顯著的特征之一。根據目前國內外汽車工業(yè)的發(fā)展動態(tài) ，轎車、輕型車用鑄件中 ，大多數的鑄鐵件將被鋁鑄件代替，從而達到汽車輕量化的目的。鋁合金殼體類鑄件一般形狀不規(guī)則 ，部分結構不易機加工 ，目前車用鋁鑄件大部分還是鑄造毛坯面的結構 ；同時 ，鋁鑄件工作環(huán)境較為惡劣，通常對強度要求較為嚴苛 ，而且因為對于表面質量和內部質量要求也較為嚴格 ，一般需要生產廠家在過程控制中進行 X 光探傷等相關檢測。

本文研究對象是一款鋁合金殼體蓋 ，其結構相對比較簡單 ，僅兩處涉及到機加工 ，但同樣需要進行工藝性分析 ，目的是在殼體蓋設計基礎上，運用計算機模擬仿真技術改進其工藝方法 ，從而提高鋁合金殼體件的合格率。

1 殼體工藝分析

1.1 產品結構及原材料概況

這款傳感器殼體蓋（sensor cover）應用于管柱式電動助力轉向系統(tǒng)（C-EPS），是 C-EPS 總成的重要部件之一 ：殼體外形不規(guī)則 ，有 2 處凸臺設計 ，但凸臺的高度各不相同 ；最大外徑為 105 mm，高度為 40 mm，主要壁厚截面為 3.5 mm ；殼體僅大筒和小筒的外徑表面需要進行機加工 ，公差需要保證在 +/-0.1mm 范圍內 ，但內腔不需要加工，降低了產品的難度（圖 1）。

考慮到 C-EPS 的潰縮試驗的性能要求 ，SensorCover 需要滿足承受不小于 20KN 的靜態(tài)壓潰力。為了滿足這款薄壁殼體高強度、高耐壓的要求，設計 Sensor Cover 按照 GB6414-86 CT6級進行控制，不允許裂紋 ，夾雜的存在 ，同時不允許用焊補或浸漬的類似方法進行產品修復。

Sensor Cover 的原材料為 AC46000（參考歐盟標準 EN1706 ：1998），其化學成分見表 1，機械性能見表 2。

 

1.2 產品工藝分析

1.2.1生產流程

Sensor Cover 的 生 產流程（圖2）包括：來料、熔煉 /壓鑄、切邊 / 清整、機加工、清洗、裝配等。除 了 按 EN1706標準控制來料保證鑄件的產品質量 ，在熔煉過程（一般溫度控制在 700℃~740℃）中 ，也要注意除氫的控制（圖 3）。

1.2.2缺陷分析

雖然 Sensor Cover 結構簡單 ，但同樣易產生常見的鑄造缺陷 ：

1） 花 斑 ：當 發(fā) 現 Sensorcover 成品件顏色有時會發(fā)暗、發(fā)黑時（圖 4），需要控制金屬和模具的溫度差異 ，熔煉時的充型速度和噴丸過程中噴涂量的大小。

2）氣孔缺陷：對于壓鑄產品，氣孔缺陷是必然存在的。對于 Sensor Cover 的控制是保證關鍵區(qū)域（圖 5）中不產生超過 ASTM E505 2 級標準的氣孔。

這一氣孔標準要求是為了保證殼體的強度測試，該區(qū)域的內部氣孔需要進行100%X 射線探傷（圖6），保 證以 10 mm×10 mm=100mm2為單位計算時：氣孔面積S≈0.3×0.3×3.14×6+0.45×0.45×3.14×3+0.4×0.4×3.14×2+0.5×0.5×3.14×2≈6.185 mm2可接收氣孔直徑要求是≤φ1.6 mm，經換算氣孔率 =6.185/100 ≈ 6.2%；同時保證機加工表面的氣孔最大不超過 2.0 mm（圖 7）。

通過目視檢查可以控制 Sensor Cover 的外觀缺陷 ，但目前還只能依靠 X 光探傷檢測內在缺陷。當批量化生產 Sensor Cover時，無論是考慮到生產節(jié)拍還是成本費用，很能實現 100% 探傷，因此需要使用 CAE 等輔助技術作為壓鑄工藝分析的參考 ，盡可能在毛坯階段控制改善鑄件的內在質量。

2 工藝參數及設備選用

根據 Sensor Cover 結構特點及技術要求 ，一般采用 350T 壓力鑄造 ，結合以往鑄件產品的生產經驗 ，發(fā)現若模具結構、工藝參數選用不當 ，容易造成壓鑄過程中液態(tài)金屬充填速度過快，型腔內氣體無法完全排除 ，從而造成成品中伴有氣孔及氧化夾雜物等缺陷 ，因此降低了鑄件質量。可以看出合理的工藝參數的選擇是確保鑄件質量的先決條件。

2.1 工藝裝備的設計

為確保鑄件尺寸精度不受到工裝夾具精度的影響著，為此款殼體重新設計制作了模具（圖 8）。

2.2 加工余量的選定

按 Sensor Cover 裝配設計要求 ，外圓保證切削加工成形。由于薄壁件殼體鑄件的表層致密層一般僅為 0.8 mm，為防止過加工，導致中心組織較疏松 ，降低殼體性能或耐壓能力 ，因此在模具設計中采用定位銷配合定位，進而將機加工量減小到 0.5 mm 范圍了，不僅提高了鑄件內在質量 ，同時節(jié)約了機加工時間。

2.3 模具方案的選擇

運用 AnyCasting 軟件在 Sensor Cover 模具設計前期進行模流分析，采用 3 種不同入水口的虛擬設計 ，模擬鑄件凝固過程的數值 ，以及預測缺陷區(qū)域（圖 9）。通過比較 ，方案 c 的流道設計在液流填充方面更為順暢 ，實際生產發(fā)現殼體件的內部缺陷明顯改善，提高殼體的成品率。

2.4 熔煉溫度的設置

基于 Sensor Cover 殼體結構重量的考慮 ，選用 350T 冷壓室壓鑄機可以滿足鑄件的壓力要求 ，將殼體的澆注溫度設定為（640+/-20）℃，升壓速率設定為1.3 kPa/s 基本上可以讓金屬液體在平穩(wěn)壓力下緩慢充填 ，防止了紊流、飛濺所產生的二次氧化夾渣或對型芯的沖刷。

2.5 合金液的凈化

為進一步防止氣孔、針孔、夾渣的產生，Sensor Cover 的工藝控制中又采用了二次精煉的步驟，在合金出爐前精煉一次，在合爐后澆注前進行第二次精煉。同時在過濾過程中采用了三次過濾，首先在升液管口部采用纖維過濾網過濾，又在橫澆口上安放了陶瓷過濾網，同時在橫澆口與縫隙口端部安放了雙層纖維過濾網，這樣有效地防止了Sensor cover 鑄件中產生夾渣缺陷。

3 效果

取用實際生產的 6 件殼體 ，經過 X 光射線探傷后 ，關鍵區(qū)域內部控制合格率達到 100% ；然后進行精車 ，機加工面氣孔也達到了 ASTME505 2 級水平；最后進行破壞性壓潰試驗 ，發(fā)現 6 件殼體全部通過 ，可承受壓力達到25KN 以上如圖 10。

4 結論

壓力鑄造的工藝流程較長 ，較難進行過程控制 ，因此必須從來料開始進行管理 ，從而提高鑄件的合格率。實踐表明 ，Sensor Cover 的工藝方案是合理可行的 ，有效的工藝措施也為其他大型殼體的批量生產奠定了基礎 ，積累了經驗。