1. 改善背景

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展,，高效的壓鑄生產(chǎn)工藝在汽車零部件的生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用,。其中，空調(diào)壓縮機(jī)殼體是一類常用鑄件,，這類殼體產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊,，對(duì)密封性要求較高，整機(jī)年泄漏量要求嚴(yán)格,，一旦發(fā)生較大的制冷劑泄漏,，會(huì)影響到汽車空調(diào)的制冷效果，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致空調(diào)不制冷,。對(duì)于下殼體氣密檢驗(yàn)要求一般要壓力3MPa左右,，保壓時(shí)間約為2min的條件下不得泄漏。要達(dá)到這一檢漏條件,，鑄件質(zhì)量略有波動(dòng),，很容易引起批量泄漏，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到主機(jī)廠生產(chǎn)進(jìn)度按期進(jìn)行,。

日前,，我公司承接一款100型車用空調(diào)壓縮機(jī)下殼體壓鑄毛坯件的生產(chǎn)，壓鑄模具由客戶提供,。產(chǎn)品件如圖1所示,，鑄件外形尺寸為：長112mm、寬135mm,、厚120mm,，盡管鑄件本身的投影面積僅151cm2，但由于鑄件質(zhì)量要求較高,，故選用了力勁DCC400壓鑄機(jī)進(jìn)行試生產(chǎn),。

在生產(chǎn)過程中,，鑄件澆口部位發(fā)現(xiàn)粘模嚴(yán)重，降低壓射速度和壓力后勉強(qiáng)進(jìn)行生產(chǎn),，鑄件試加工后在內(nèi)孔表面發(fā)現(xiàn)大量的縮孔缺陷,，雖對(duì)壓鑄條件進(jìn)行了多次的調(diào)試，但機(jī)加工后全部產(chǎn)品內(nèi)孔表面存在一定量的縮孔,，產(chǎn)品經(jīng)浸滲后的漏氣率高達(dá)30%以上,。

2. 問題分析

圖1 含澆注系統(tǒng)的產(chǎn)品

經(jīng)過與客戶溝通了解到：該模具原在另一壓鑄廠已生產(chǎn)10 000余件，產(chǎn)品質(zhì)量尚可,，漏氣率也基本符合質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn),。根據(jù)這些信息來看，似乎這套壓鑄模具應(yīng)不存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題,。但是,，這些情況又與我們實(shí)際試模情況差異較大，因此我們認(rèn)為有必要對(duì)該模具過去的生產(chǎn)情況做出詳細(xì)的了解和研究,。經(jīng)多方聯(lián)系,，最終獲悉：該模具自投產(chǎn)以來，內(nèi)澆口處的粘模一直困擾著壓鑄廠的生產(chǎn),，生產(chǎn)中為解決這個(gè)問題,，除加強(qiáng)局部冷卻外，每模的噴涂時(shí)間竟然長達(dá)2min以上,，必須等待模具溫度降低后再進(jìn)行下一循環(huán)的生產(chǎn),，否則無法正常生產(chǎn)。

根據(jù)這些信息,，結(jié)合我公司的試模情況,，我們分析認(rèn)為鑄件縮孔嚴(yán)重是由于壓鑄工藝中補(bǔ)縮不足造成的,，而造成補(bǔ)縮不足的原因是為了減少澆口處粘模,，而采取了一系列不當(dāng)?shù)膲鸿T工藝所導(dǎo)致的結(jié)果。

排流柜原理如圖3所示,。由圖3可知,，IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)與電阻器并聯(lián)，根據(jù)不同的占空比組成可調(diào)的限流電阻,；直流接觸器用于控制排流柜是否投入使用,；熔斷器用于發(fā)生短路或過載時(shí)對(duì)排流柜內(nèi)元器件進(jìn)行保護(hù)；電流傳感器用于檢測排流網(wǎng)電流的大??；二極管是排流柜的核心元件，利用其正向?qū)?、反向截止的特性?shí)現(xiàn)雜散電流的極性排流[10],。同時(shí),，控制器通過控制IGBT的導(dǎo)通和斷開來調(diào)節(jié)電阻器的電阻值，使排流柜排流處于理想狀態(tài)[11],。

在實(shí)際壓鑄生產(chǎn)過程中,，常遇到模具的澆口部位發(fā)生嚴(yán)重的粘模或粘裂現(xiàn)象,，鋁合金黏附在澆口周圍的型壁上,，不易清除掉，這種情況在新模具中出現(xiàn)較多,。因澆口部位粘模成塊的粘掉且有裂紋出現(xiàn),，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率低下，影響壓鑄的正常生產(chǎn)也時(shí)有發(fā)生,，這需要從上述原因分析的因素中去逐一解決,。只要解決了粘模問題，其他問題都可迎刃而解,。

內(nèi)澆口處粘模的可能原因如下：

（1）金屬液溫度過高,。

由于汽車連桿多為鍛鋼件，其材質(zhì)一般為碳素鋼或合金,，所以對(duì)連桿的無損檢測方法普遍采用磁粉探傷法,，但其僅僅局限于發(fā)現(xiàn)由連桿磁性材料的零件上的表面和亞表面的裂紋、夾雜物,、氣孔等,。這種檢測方法無法全方位準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)其裂紋位置，需要檢測人員先前用肉眼去發(fā)現(xiàn)裂紋的潛在位置,，再通過儀器來進(jìn)行檢測,，這大大降低了檢測的準(zhǔn)確性與時(shí)效性。而超聲波探傷法是一種不但能夠檢測到連桿表面和亞表面的裂紋,、夾雜物,、疏松等缺陷，還能夠準(zhǔn)確檢測其內(nèi)部縮孔,、疏松等缺陷,，例如其非金屬材料夾雜的白點(diǎn)、夾層,、氣泡,、內(nèi)部裂紋等。然而常規(guī)的超聲波檢測對(duì)缺陷定位定量精度不是很高,，不能準(zhǔn)確地確定缺陷在待測物方向上的尺寸以及準(zhǔn)確位置,。

（2）模具溫度過高。

（3）涂料效果不好或噴涂量不足及未噴到位。

（4）“二快”速度過高也會(huì)增加粘模傾向,。

衛(wèi)青小時(shí)候,，為父親家放羊，鄭季其他的兒子把他當(dāng)奴仆一樣對(duì)待,。衛(wèi)青長大以后,，成為平陽侯府的騎奴，經(jīng)常跟隨平陽公主出行,。

（5）模具表面不光滑,，表面有裂紋。

（6）模具表面有金屬氧化物黏附物,。

（7）工藝設(shè)計(jì)不當(dāng),，如金屬液直接沖擊型芯或型腔。

（8）工藝參數(shù)設(shè)置不合理,。

（9）模具的內(nèi)澆口設(shè)計(jì)不合理,。

（10）金屬液化學(xué)成分不合適，如鐵含量過低或鎂含量過高,。

3. 質(zhì)量改進(jìn)方案

通常發(fā)生在內(nèi)澆口處的粘模都是在充型時(shí),，澆口附近局部區(qū)域受到熔融金屬流的猛烈沖擊，表面溫度較高,，受到的壓力較大,，保護(hù)層極易破壞，在壓鑄合金的不斷沖刷下模具保護(hù)層失效并裸露出金屬基體合金進(jìn)而與基體材料發(fā)生反應(yīng)生成復(fù)雜的金屬間化合物相,。金屬間化合物較硬不易變形,，它在壓鑄中的破裂脫落不僅會(huì)導(dǎo)致鑄件質(zhì)量缺陷，同時(shí)會(huì)帶走模具基體材料,，并暴露新鮮表面,，如此周而復(fù)始，粘?，F(xiàn)象逐漸加重,，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致模具表面受到腐蝕及模具材料熔損。因此,，為解決粘模這個(gè)問題,，我們做了如下調(diào)整,。

屋頂下村婦們蒸煮黃粱,，食物的香氣絲絲縷縷彌散在黃梁驛里，提醒著這些遠(yuǎn)道而來的客人,，他們經(jīng)過了一段山重水復(fù)的艱辛旅程,，卻并沒有走到世界的盡頭，依舊停留在紛紛擾擾的人間。

（1）改進(jìn)表面防粘能力 首先,，我們對(duì)模具澆口表面的黏附物進(jìn)行了清理,，對(duì)模具表面進(jìn)行了精細(xì)拋光處理，來降低模具的表面粗糙度值,，降低粘模的可能,；其次，對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱后,，在模具表面涂抹了脫模效果優(yōu)良的脫模膏,，使模具表面形成了一層良好的保護(hù)層。

（2）調(diào)整速度和壓力 由于高溫合金流在高速狀態(tài)下呈霧狀進(jìn)入型壁,，會(huì)黏附模具表面容易形成鑄件表面的粘模缺陷,，同時(shí)這些高溫金屬液流高速地沖刷型壁，加劇了壓鑄模磨損,。一般合理的內(nèi)澆口速度和壓力都是通過經(jīng)驗(yàn)公式估算,，并以生產(chǎn)出合格的鑄件產(chǎn)品所需要的最小速度和壓力作為正常的生產(chǎn)工藝。該產(chǎn)品在力勁DCC400壓鑄機(jī)上生產(chǎn),，為避免在過高的壓力下金屬流黏結(jié),，減小模具的包緊力，根據(jù)產(chǎn)品的要求計(jì)算出所需增壓壓力為26～28MPa,，內(nèi)澆口速度控制在40m/s左右,。

(8)煙氣與鍋爐氣都采用復(fù)噴與復(fù)擋作除塵設(shè)備，復(fù)噴內(nèi)含有多排高壓噴洗噴頭,，噴頭的出口水壓達(dá)4 kg以上,，與煙氣、鍋爐氣形成相對(duì)流而發(fā)生相應(yīng)的碰撞,，使煙氣與鍋爐氣受到水的充分洗滌,，然后再受復(fù)擋的阻擋作用，煙氣,、鍋爐氣中的含塵粒子就掉入水中,，而有害氣體如SO2、NO2,、SO3等及其他有異味的物質(zhì)也溶于洗滌水中,，減少或消除了煙氣與鍋爐氣有害氣體、異味物質(zhì)與粉塵,，完全達(dá)到清潔排放,，滿足環(huán)保的要求；

（3）控制模具溫度和澆注溫度 模具溫度的高低對(duì)于是否發(fā)生粘模影響很大,。模具溫度越高,，就越易產(chǎn)生粘模。模具的內(nèi)澆口處是整個(gè)模具的高溫區(qū)，在該區(qū)域我們?cè)黾恿俗詣?dòng)噴涂時(shí)間及數(shù)量,，用以對(duì)模具局部進(jìn)行降溫,，并加強(qiáng)模具型芯的冷卻效果，在實(shí)際生產(chǎn)過程中,，模具達(dá)到熱平衡后將模溫控制在150～200℃,。

鋁合金ADC12的澆注溫度設(shè)定到610～630℃，鋁液溫度太高時(shí),，壓鑄模溫升很快,，會(huì)導(dǎo)致金屬液粘模。

（4）控制鋁合金材質(zhì) 由于鋁合金和鐵有很強(qiáng)的親合力,，當(dāng)鋁合金中的鐵含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù),，下同）低于0.7%時(shí)，鋁合金很容易與模具發(fā)生化學(xué)反應(yīng),，生成物黏附在模具表面而產(chǎn)生粘模,，因此壓鑄鋁合金中鐵含量應(yīng)控制在0.85%～1.1%。我們嚴(yán)格按照鋁合金熔煉工藝的規(guī)定對(duì)鋁合金錠進(jìn)行熔化,、除渣,、除氣、靜置等工作,，并對(duì)正在使用的鋁合金材質(zhì)進(jìn)行了分析,，實(shí)測的ADC12 鋁合金中的鐵含量在1.08%左右，鐵元素成分沒有問題,。材料其他成分完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求（注：同樣的原材料在其他的壓鑄機(jī)上可以正常生產(chǎn),，并未出現(xiàn)粘模現(xiàn)象,，我們基本上能夠排除合金引起的粘模）,。

采取以上調(diào)試措施后，澆口處粘模得到了一定的緩解,，但產(chǎn)品質(zhì)量很不穩(wěn)定,，廢品率較高。主要報(bào)廢原因仍是產(chǎn)品漏氣,、冷隔,、內(nèi)部疏松等缺陷，因而我們考慮可能是降低內(nèi)澆口速度后鑄件的填充時(shí)間過長,，鑄件不能得到很好的增壓補(bǔ)縮造成了這些質(zhì)量缺陷,。最終，我們決定利用p-Q2圖對(duì)模具和壓鑄機(jī)的匹配性進(jìn)行校核,。

“哈哈,，我就知道你是個(gè)善良仁慈的孩子，說出國那是騙你的呢,?！绷只钑詺g呼了一聲，揉了揉我的頭發(fā),，“一看你就像一直沒人要的小狗,，又孤獨(dú)又可憐，除了我林昏曉,，沒人愿意搭理你,，我看我還是呆在你身邊算了?！?/p>

（5）用p-Q2圖校核壓鑄系統(tǒng)的匹配性 下殼體產(chǎn)品及壓鑄機(jī)參數(shù)為：產(chǎn)品凈重1190g,，平均壁厚5.8mm，渣包重114g,，內(nèi)澆口厚度3.5mm,，內(nèi)澆口面積168mm2，壓射沖頭直徑80mm,，材質(zhì)ADC12,；DCC400壓鑄機(jī)最大空壓射速度6m/s，快壓充油壓力12.5MPa,，壓射缸直徑120mm,。

統(tǒng)計(jì)學(xué)產(chǎn)生于17世紀(jì)的歐洲，最早用于國情調(diào)查,，1662年,，格朗特（John Graunt）發(fā)表了他第一本也是唯一一本手稿《基于死亡賬單的自然與政治觀察》（Natural and Politics Observations upon the Bills of Mortality），分析了生男孩和女孩的比例．

利用實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的參數(shù),，我們做出了下殼體模具與DCC400壓鑄機(jī)匹配后的p-Q2圖（見圖2）,。由圖2可以看出，在這種模具和壓鑄機(jī)的匹配情況下,，模具線在正常的工藝窗口內(nèi)所占比例很小,，表明系統(tǒng)“柔性”太差。

圖2表明：當(dāng)前這種匹配情況,，適合正常生產(chǎn)的工藝范圍很窄,，即便能夠生產(chǎn)一些合格的鑄件，但對(duì)實(shí)際壓鑄工藝的要求十分苛刻,，受料溫波動(dòng),、壓射沖頭阻力變化、噴涂時(shí)間的不一致等因素的影響,，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際工藝超出了合理的工藝窗口之外,，就很容易出現(xiàn)不合格品,。

結(jié)合圖2通過對(duì)模具澆注系統(tǒng)進(jìn)行分析可以看出，現(xiàn)有內(nèi)澆口的截面積僅為168mm2,，對(duì)當(dāng)前這個(gè)壓射系統(tǒng)來說,，顯然是面積嚴(yán)重偏小，這就造成了工藝上不可調(diào)和的矛盾：如果速度太快會(huì)造成粘模,，速度太慢會(huì)造成填充時(shí)間過長,，增壓不能起到應(yīng)有的效果。

為此,，根據(jù)p-Q2圖的基本原理,，理論上我們對(duì)模具的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了以下兩方面的調(diào)整：

基于彈性板殼理論，將鋼絲繩纏繞在卷筒上所形成的繩圈簡化為質(zhì)地均勻的圓環(huán),，每個(gè)圓環(huán)對(duì)筒殼的徑向壓力是均布的,。由于卷筒結(jié)構(gòu)的均勻?qū)ΨQ性，在對(duì)薄殼圓筒進(jìn)行受力分析時(shí),，可以截取任一單位長度的筒殼,，并把它看作單元梁來進(jìn)行研究，整個(gè)筒殼可視為由很多單元梁構(gòu)成,。鋼絲繩在纏入或繞出卷筒時(shí),，鋼絲繩對(duì)卷筒的作用面積是隨時(shí)間而變化的，而鋼絲繩的張力也是隨時(shí)間變化的,，所以鋼絲繩對(duì)卷筒的徑向壓力也在不斷變化,。如圖6所示，截取任意時(shí)刻,、任一單位長度的筒殼進(jìn)行研究,，卷筒受到鋼絲繩對(duì)它的徑向作用力是均勻的且不承受鋼絲繩對(duì)它的軸向作用力。

第一,，內(nèi)澆口面積由168mm2增加到260mm2,。

圖2 模具與壓鑄機(jī)匹配后的p-Q2圖

第二，壓射沖頭直徑由80mm更改為70mm,。

調(diào)整參數(shù)后的p-Q2圖如圖3所示,，模具線落在工藝窗口內(nèi)的長度基本達(dá)到了最大值。

（6）模具的更改 要增加內(nèi)澆口面積需要從兩方面考慮,，一是增加內(nèi)澆口的厚度,，二是加大內(nèi)澆口的寬度。從收集的數(shù)據(jù)來看,，原有的內(nèi)澆口厚度已經(jīng)達(dá)到了3.5 mm,，想要再增加厚度并非良策，只能從寬度上想辦法,。由于受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的限制,，在現(xiàn)有的模具上增加內(nèi)澆口寬度必須從兩端圓柱表面上著手,，在兩個(gè)圓柱上各增加一個(gè)內(nèi)澆口，更改后的澆注系統(tǒng)如圖4所示,。

圓柱外表開設(shè)澆口后,，由于兩圓柱內(nèi)孔有兩根對(duì)接的型芯，很容易造成金屬液沖擊型芯,，所以我們將兩個(gè)型芯減短3mm,，形成一個(gè)間隙便于金屬液的順利充型,，同時(shí)又保護(hù)型芯不被高速填充的金屬流沖擊,，提高了模具型芯的壽命。

C組自然分娩產(chǎn)婦所占比例高于A,、B組,，B組高于A組(P＜0.05);C組陰道助產(chǎn)及剖宮產(chǎn)產(chǎn)婦所占比例低于A、B組,，B組低于A組(P＜0.05),，見表4。

圖3 改進(jìn)后模具與壓鑄機(jī)匹配的p-Q2圖

圖4 更改澆注系統(tǒng)后的產(chǎn)品

4. 結(jié)語

下殼體是汽車空調(diào)壓縮機(jī)的重要零部件,，對(duì)其性能有較高的要求,，受鑄件外形結(jié)構(gòu)以及模具方案設(shè)計(jì)的影響，使鑄件容易產(chǎn)生鑄造缺陷,，導(dǎo)致產(chǎn)品機(jī)加后泄漏成為廢品,，并且嚴(yán)重影響后續(xù)裝配工作節(jié)拍和進(jìn)度。利用p-Q2圖對(duì)模具和壓鑄機(jī)構(gòu)成的壓鑄系統(tǒng)的分析結(jié)果,，對(duì)壓鑄模澆注系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)后,，使模具的填充速度降下來，同時(shí)填充時(shí)間大幅縮短,，澆口處未再發(fā)生粘模,，鑄件得到了有效的補(bǔ)縮，噴涂時(shí)間也降到了正常水平,，實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)品的合格率由原來的70%提高到97%以上,，從而大幅降低了產(chǎn)品成本，延長了模具的使用壽命,，增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場競爭力,，為企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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