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發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸罩蓋是某發(fā)動(dòng)機(jī)重要組成部件。鑄件安裝面的平面度,直接影響其密封性能。圖1為某發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸罩蓋,材質(zhì)為A380鋁合金,質(zhì)量約為4 kg。在16 000 kN壓鑄機(jī)上壓鑄成形。
1技術(shù)要求
凸輪軸罩蓋除要求其沒(méi)有鑄造缺陷外,還要求安裝面平面度為0. 70 mm,去澆口后進(jìn)行三座標(biāo)測(cè)量。
2 去澆口方法對(duì)平面度的影響
選擇6個(gè)凸輪軸罩蓋壓鑄件,編號(hào)為1~6號(hào)。其中1~3號(hào)壓鑄澆道采用手動(dòng)敲除;4~6號(hào)采用鋸床去除。對(duì)每一編號(hào)的鑄件,在去澆口前和去澆口后測(cè)量其平面度,去澆口前和去澆口后差值用Aa表示。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
由表1可見(jiàn),鑄件去澆口后平面度已接近0. 95mm,手動(dòng)敲除和鋸床去除對(duì)鑄件平面度的影響幾乎相同。因此,該工序?qū)ζ矫娑鹊挠绊懣梢院雎圆挥?jì)。
3“過(guò)程分解”策略
壓鑄過(guò)程中平面度主要受兩方面的影響:一是壓鑄件在凝固過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力,從而使零件變形;二是壓鑄件在凝固后,在高溫狀態(tài)下用頂針頂出,而產(chǎn)生變形。借助于鑄造模擬軟件分析,研究了高壓鑄造凝固對(duì)平面度的影響,見(jiàn)圖2。
從模擬結(jié)果上看,變形最大點(diǎn)為-0. 222 mm,最小點(diǎn)為-0. 002 mm,兩者的差值為凝固過(guò)程對(duì)平面度的影響。也就是說(shuō),鑄造凝固產(chǎn)生應(yīng)力對(duì)平面度的影響為0. 22 mm。
凝固過(guò)程應(yīng)變對(duì)平面度的影響可以通過(guò)改變冷卻水條件和冷卻水管布局進(jìn)行優(yōu)化。但是考慮到模擬變形量相對(duì)于整個(gè)過(guò)程有0. 95 mm的平面度,鑄造凝固過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力變形確定為影響平面度的次要因素。
這樣可以得出,鑄件在模具中被頂出過(guò)程中產(chǎn)生的變形是影響平面度的主要因素。
4“比較分析”策略
本公司生產(chǎn)另一發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋零件的平面度只有0. 50 mm。對(duì)這兩個(gè)鑄件進(jìn)行對(duì)比分析。
4.1頂針參數(shù)
頂針在頂出的過(guò)程中,是整體(所有頂針)受驅(qū)使向前運(yùn)動(dòng)的,影響的參數(shù)包括頂出速度、頂出壓力和頂出延時(shí)等。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析,將合格發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋和不良發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋的工藝參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)頂針前進(jìn)速度和頂針后延時(shí)有一定影響,見(jiàn)表2。
那么,不同的頂出參數(shù)對(duì)平面度有何影響?不妨將平面度差零件也復(fù)制平面度好的參數(shù),觀察結(jié)果。如果平面度變好,頂出參數(shù)則為主要因素;如果無(wú)變化或變化很小,頂出參數(shù)則為次要因素。復(fù)制平面度好的頂出參數(shù)后數(shù)據(jù)見(jiàn)表3,與參數(shù)修改前相比,不良零件的平面度變化很小,這說(shuō)明,頂出參數(shù)是影響平面度的次要因素。
4.2頂針布局
由分析可知,壓鑄件上的頂針布局尤為重要。鑄件上有20多根頂釘。圖3為試驗(yàn)測(cè)量三座標(biāo)點(diǎn)圖。
三座標(biāo)測(cè)量詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。點(diǎn)8、9、10、20、21、23為負(fù)值,為頂出正方向;點(diǎn)1、2、3、5、13、14為正值,為頂出的反方向。也就是說(shuō),正方向的頂出力過(guò)大。為什么會(huì)產(chǎn)生如此差異?將兩個(gè)平面度好和差零件的頂針布局進(jìn)行對(duì)比分析,見(jiàn)圖4和圖5。發(fā)現(xiàn)平面度差的零件在變形處,多出3個(gè)頂針,由圓圈標(biāo)出。頂桿的布置以鑄件的包緊力作依據(jù)。一般引起變形是包緊力大處頂出力不夠,脫模不暢而引起。多出的3個(gè)頂針處,包緊力相對(duì)較小,易于脫模。但在頂出的過(guò)程中,其他處包緊力相對(duì)較大,而且一直處在受力和變形過(guò)程中。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),3個(gè)頂桿處頂出對(duì)平面度的影響較大,這很可能由于其他處頂出變形過(guò)大而產(chǎn)生的。
根據(jù)上述分析,解決問(wèn)題有兩個(gè)方法:一是減少3個(gè)頂針,造成脫模困難,局部變形量增加,這樣減少了與其他處變形差異,從而優(yōu)化平面度;二是增加或優(yōu)化其他處頂針布置,減少這些部位變形,從而減少和3個(gè)頂針處變形差異,改善平面度。由于方法二相對(duì)復(fù)雜,只驗(yàn)證了方法一。
5 試驗(yàn)驗(yàn)證
將平面度差壓鑄件模具上多余3個(gè)頂針取消,模仿平面度好的零件模具頂針布置,其他工藝條件不變。試驗(yàn)結(jié)果:三座標(biāo)測(cè)量6個(gè)零件,平面度為0. 60 mm以下,均滿(mǎn)足要求。6摘 要
以發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸罩蓋平面度問(wèn)題為例,利用從宏觀到微觀、從復(fù)雜到簡(jiǎn)單的整體策略框架,以具體數(shù)據(jù)導(dǎo)向,逐步排除非主要因素,找到產(chǎn)生影響平面度的主要因素。同時(shí),先后運(yùn)用了排除法、對(duì)比法和數(shù)據(jù)分析等方法以及鑄造模擬分析等工具,作為分析和解決問(wèn)題的助手。最后,通過(guò)驗(yàn)證性試驗(yàn),確認(rèn)了頂針布置為影響平面度的主要因素。