宋海涛

[摘 要]近年来，由于压铸生产效率和成品率高，且可以制造形状复杂、壁厚较薄的零件，因此，压铸技术已经广泛应用于汽车产品、电子产品以及其他民用产品生产中，然而由于模具结构以及工艺，参数选用不当等原因，压铸时液态金属充填速度较快，型腔中气体很难完全排除，并且在压铸件中常伴有气孔及氧化夹杂物等铸造缺陷，从而降低了压铸件质量。

[关键词]铝合金；转向器；壳体真空压铸；分析

中图分类号：TG249.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0391-01

引言

转向器壳体是汽车转向器总成中的一个重要零部件，在汽车零部件中属于D类保安件，不仅要求产品外部的表面质量，而且要求铸件本身达到一定的强度。转向器壳体件的质量控制一直是铸造行业内的技术难题，而控制产品质量的关键是浇注系统的设计和铸造工艺参数的选择。

1.试验条件和方法

试验采用的铝合金为ADC12，在配有真空系统的300T冷室卧式压铸机上压铸成形，采用真空阀控制的真空压铸工艺。将真空阀安装在金属液最后填充的部位，以保证金属液在整个充型过程中模具型腔始终处于较高的真空状态.本试验中模具型腔的真空度控制在5-10kPa，其压铸过程为金属液浇入压射室后，当压射冲头封闭浇注口时，抽真空启动，型腔中的气体通过真空阀被真空系统迅速抽出。当金属液前端充填到真空阀时，由于金属液的压力作用，迫使真空阀关闭，因而避免了金属液进入真空系统.保压一段时间后，打开模具，取出铸件。压铸后，从铸件上切取试样，采用阿基米德原理测量试样的密度，并用HD1-1875型布洛维硬度计进行布氏硬度试验，压头直径为2.5 mm，载荷值为187.5 kg·N，保持载荷时间为30s.采用线切割从铸件上截取板状拉伸试样，试样标距为10 mm，厚度为2mm，宽度为4mm.在CSS-55100型电子万能试验机上进行室温力学性能试验，并采用OLYMPUS BX60型金相显微镜进行微观组织的观察.

2.转向器概述

在国外，汽车转向器产品及其生产方式的发展，基本与汽车整车的发展同步，因此很早就走上集团化、专业化、协作化之路。相比之下，我国转向器行业在管理方式和技术水平上，还存在很大的差距。专家认为，如不尽快改变这种局面，转向器行业就难以适应现代汽车工业的快速发展。转向器产品在国外已有100多年的历史。目前，世界生产齿轮转向器产量比较大的厂家有美国的天合（TRW）公司、德尔福沙基诺分部及福特威斯蒂昂公司及日本的KOYO公司、德国的ZF公司等，其中天合（TRW）公司的产量占世界总产量的1 5%左右，沙基诺、福特及KOYO公司各占1 1%—1 3%，ZF占2%左右。世界每年齿轮齿条转向器的产量近5000万套，这五个公司的产量之和占世界总产量的5 3%以上。据了解，国外先进的转向器公司在生产管理方面具有如下特点：

一是规模大，配套面广，并以低成本高质量为原则，在世界范围内组织大协作。如TRW公司每年可生产齿轮齿条转向器700多万套，为5—6个主机厂提供配套产品。二是冷拔料、钢管等原材料是由钢厂直接提供合格品，工厂不作材料改制及毛坯热处理等工作，转向器壳的压铸件毛坯一般也由专门的生产厂家提供。三是大批量、多品种生产，但一个工厂与另外一个厂一般不重复制作同样的零件，每种产品的产量在100万─350万件不等。还有个发展趋势是机械加工厂与装配厂分开，以利于改善环境、保证清洁度、提高产品质量，也便于生产协作。四是工厂的自动生产线和局部联线较多，劳动生产率较高，有的工厂1人可看2─3台设备。日本某些廠家1人可同时看管8─10台机加设备。从国内转向器行业的生产现状及存在问题看，首先是国内企业的产品开发能力较弱，产品档次较低，轿车转向器还主要靠引进国外产品来满足为主机厂配套的需要。国内目前有3 0多家转向器生产企业，年产转向器在百万套左右，而能生产齿轮齿条转向器的只有上海汇众汽车制造公司、一汽转向机厂、沈阳转向机厂等少数企业。另外，没有足够的资金投入，使转向器产品的国产化跟不上我国轿车工业发展的需要。为此，一些大的厂家正在走与国外厂家合资建厂的道路。如上海汇众公司与德国ZF公司合资成立了上海ZF转向机有限公司，东风汽车公司传动轴厂与美国沙基诺公司建立了合资公司，一汽转向机厂与日本KOYO公司和伊藤忠商社合资等。

3.试验结果及分析

3.1 工艺参数对转向器壳体密度和性能的影响

在保证转向器良好成形的基础上，采用正交试验对真空压铸工艺参数进行了优化.在开模时间（10s）一定，型腔真空度为5-10kPa条件下，研究了浇注温度、模具温度和压射速度对转向器性能和组织的影响，通过分析可以看出，工艺参数对转向器铸件密度的影响主次顺序为：压射速度、浇注温度和模具温度，而对硬度的影响则是：模具温度、浇注温度和压射速度。真空压铸能够提高铸件的拉伸力学性能，真空压铸后的铸件拉伸力学性能为抗拉强度238.2 MPa，屈服强度179.8 MPa，伸长率3.5%。与普通压铸件相比，分别提高了12.6%、16%和45.8%.这是由于真空压铸时抽出了型腔中的空气，使得铸件中出现气孔缺陷的机率大大降低，改善了铸件的显微组织，提高了合金力学性能的缘故。

3.2 工艺参数对转向器壳体质量的影响

针对其中的优化水平A1B3C3和A2B1C1分别进行试验，执行第2种优化水平（即A2B1C1）的铸件表面质量更好，无冷隔及粘模现象，从宏观断口剖面看第2种优化水平的铸件气孔明显减少，铸件更加致密.然而分析后可以看出第1种优化水平下的铸件组织比较细小，初生Si相的尺寸明显小于第2种优化水平，但在局部却存在着一些气孔。明两种优化水平下铸件的含气量，实验取每种优化水平下3个铸件进行质量测量，并取平均值作为最终值。第1种优化水平下铸件的质量为995.6 g，第2种优化水平下铸件的质量为998.4 g，与第1种优化水平下的铸件相比，质量增加0.28%。

总结：总而言之，首先在开模时间（10 s）一定的条件下，工艺参数对转向器壳体密度的影响主次顺序为压射速度、浇注温度和模具温度，而对硬度的影响主次顺序为模具温度、浇注温度和压射速度。其次转向器壳体合适的真空压铸工艺参数为浇注温度680℃，模具温度140℃，压射速度3 m/s。真空压铸转向器壳体的力学性能能够达到抗拉强度238.2 MPa，屈服强度为179.8 MPa，伸长率为3.5%，布氏硬度为94 HBS。最后采用真空压铸工艺不仅能够明显改善压铸件的充型性能，提高铸件密度、表面光洁度及力学性能，减少气孔缺陷，而且明显提高了铸件的合格率.真空压铸转向器壳体的合格率可以达到95%，与普通压铸工艺相比，提高了35%。

参考文献

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