原标题：蓄能器壳体多级挤压压铸工艺设计与实践

摘要：蓄能器壳体承载较大，结构复杂，铸件的壁厚差超过10 mm以上，铸造气孔须控制在0.2 mm以内。采用多级挤压压铸工艺，合理设计压铸进料、排气系统和冷却系统，解决了铸件气孔问题，增强了蓄能器壳体承载能力，可以为类似产品提供参考。

蓄能器壳体主要由两部分组成，外壳体侧面主要承担载荷，内壳体承担蓄能高强弹簧安转和密封功能,外壳体安装在变速箱上,壳体筒体部分壁厚为4 mm，外壳两侧承载部分壁厚在10~16 mm。

图1:蓄能器壳体模型

图2:蓄能器壳体毛坯实物

图1是蓄能器壳体示意图。图2是蓄能器壳体。压铸工艺成形零件的壁厚一般在1~6 mm之间，蓄能器壳体平均壁厚为4.0 mm，但是排气口位置壁厚为10.5 mm，进出油口位置壁厚为16 mm，压铸成形时内部必然会产生缩孔和气孔，经过精密加工后导致蓄能器泄漏，无法实现进出油口部位和排气口的致密性。针对这个问题，本课题采用同一模穴多级顺序挤压工艺，根据模具型腔内铝合金温度的差异进行顺序挤压压铸。

1、模具设计

（1）模具进料系统设计

1.1 仿真粒子场分析

图3:粒子场

图3为充型的粒子流动状态。可以看出，4股铝液在模具型腔内填充时间均控制在6 ms以内，确保铝液在恒温状态填充，铝液的流动性基本保持一致，填充阻力最小，铸件成形效果最佳；20 ms以内将冷料和残余气体全部 推进溢流口和排气块。

模具进料系统设计见图4，主浇口进料确保蓄能器器壳体筒体部位优先进料；辅助浇口进料对主浇口进料最晚到达的部位进行精准直接补料，实现整个模具型腔均匀同步进料。一路集中主排气块,主要收集筒体部位主进料口的冷料和气体；一路侧面长距离辅助排气，两路辅助渣包口排气，使得每一路进料末端的冷料和气体都能顺利排出，粒子场仿真符合设计要求。

图4:进料排气设计图

1.2 模流仿真压力场分析

图5:压力场

蓄能器壳体成形过程模具型腔内压力经过仿真分析,算出每一路进料末端的排气压力值，根据排气压力值设计排气槽的截面积，减少了快速填充阻力，使模具型腔内的残余气体在20 ms以内基本排出，确保模具型腔主要部位压力在0.13MPar以内；两处壁厚的部位气压大于0.15 MPar，只能采用两个方向挤压压铸，即动模和定模各安装一个挤压销。

1.3 挤压销机构设计

挤压装置有由挤压销、油缸两部分组成，根据实际成形需要计算得出局部挤压力的大小，设计挤压销的直径和液压油缸活塞杆的直径。由于挤压销工作部位长时间处于高温区域，因此挤压销工作部位需要镀钛处理，挤压销内部需要设计高压点冷却。为了确保局部挤压成形效果，一般情况下局部挤压压强是压铸增压压强的5倍以上，使得被挤压的两处能够快速凝固并及时得到补缩，减小缩孔，见图6。

图6:挤压机构设计

2、挤压压铸工艺设计

1.1 压铸工艺参数设计

设计进料速度、铝液温度、模具温度等，由于蓄能器壳体的壁厚差较大，筒体部位壁厚为3 mm，在对进料温度，进料速度，增压压强等参数进行多次试验，最终选择660 ℃较为合适，内浇口进料速度选择48 m/s，增压压强为90 MPa。

表1:压铸工艺参数

1.2 挤压工艺设计

根据冷凝顺序不同，两个局部挤压销的工作顺序必须要调整。整个铸件是在90 MPa压力下实现快速成形的，因此要让两处厚壁处与整个筒体同时凝固，就需要在这两处增加更大的压力，促使铝液快速凝固。经过试验得出挤压销1压力为450 MPa，需要延时3 s工作；挤压销2压力为800 MPa，延时4 s工作。

1.3 CT切片检测分析

蓄能器壳体经过压铸模具优化设计和压铸挤压工艺优化后，模具已经实现批量生产，铸件内部质量详见CT切片报告图7。蓄能器壳体的排气口和进出油口位置的的缩孔大小显著减小，即缩孔在0.8 mm以下，完全达到设计要求。

图7:蓄能器壳体CT报告

3、结语

局部壁厚大于10 mm的压铸件在成形过程必然产生缩孔，通过局部挤压工艺技术可以将缩孔控制在0.8mm一下，提高了铸件的合格率和内部质量。挤压销设计必须要符合高强度要求并且冷却充分，在大于5倍增压压力的工况下，挤压销不会变形弯曲。该技术可以实现更加复杂的集成化设计汽车机构件一次压铸成形，对于解决一个铸件多处壁厚大于10mm以上压铸模具和工艺开发有极高的参考和应用价值。

文章作者

张正来 张太鑫 赵国田 凌支援 刘继锋 祖文杰 杨玉成 蔡朝新 苏艇 汪林 邓纪华 叶挺
浙江华朔科技股份有限公司

本文来自:《特种铸造及有色合金》杂志2022年第42卷第1期