铝合金整体式转向器壳体铸造工艺设计

■ 夏贵光，刘海军，陈家木

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。

一、产品分析

（1）产品介绍 转向器壳体（见图1）零件净重1.70kg，理论壁厚6～7mm。试压要求压力7MPa、2min不漏。内腔尺寸通过机加工保证，承压段加工余量单边2mm，非承压段加工余量1mm。

（2）热节分析 如图2所示。

二、工艺方案

根据产品结构分析，初步确定工艺方案有：重力铸造工艺及倾转铸造工艺。

1. 金属型重力铸造方案

（1）方案设计思路 ①热节1和热节2处设置冒口，有利于大热节补缩。②分散内浇道，缩短充型距离，有利于铸件充型。③连浇带冒设计，有利于模具分型，简化结构。④铸件两端设置排气冒口，有利于模具型腔排气。

（2）工艺参数设计 冒口重量1.13kg ；铸件重量2.17kg；浇注系统重量1.78kg；设计浇注时间6s；选用充型速度15cm/s；浇注系统设计比例F直∶F横∶F内=1∶2.20∶2.90。计算得F内为1358mm2，F横为1046mm2， F直为476mm2。铸件工艺出品率42.7%。铸造工艺如图3所示。

（3）模拟分析 ①参数设计。②完全凝固时热节分布（见图4），设定浇注温度：730℃；砂芯温度：80℃；模具温度：300℃。③凝固时间分布（见图5），固相百分数达到30%时所需要的时间。

图1

图2

2. 金属型倾转铸造方案

（1）方案设计思路 ①入水口下端在同一平面，有利于铸件充型平稳。②热节2、热节4设置入水口，有利于简化模具结构。③热节1、2、4和管口设置冒口，有利于热节补缩。

（2）工艺参数设计 冒口重量1.91 kg ；铸件重量2.25kg；设计浇注时间6s；选用充型速度15cm/s；铸件工艺出品率54.1%；浇注系统设计比例为F直∶F横∶F内＝1∶2.20∶2.90。

计算得： F内＝1358mm2， F横＝1046mm2， F直＝476mm2。

3. 模拟分析

（1）完全凝固时热节分布（见图6），浇注温度730℃，砂芯温度80℃，模具温度300℃。

（2）凝固时间分布（见图7），固相百分数达到30%时所需要的时间。

三、对比分析

金属型重力铸造与金属型倾转铸造生产情况对比见附表。

通过对比可知，金属型倾转浇注除在设备数量较少，可能导致大批量生产时产能不足外，其他各项指标均优于金属型重力浇注或与其持平，项目组在组织评审后认定金属型倾转浇注方案更佳。

图3

图4

图5

图6

图7

金属型重力铸造与金属型倾转铸造生产情况对比

四、结语

该产品采用金属型倾转铸造工艺生产后，该壳体一次试压合格率达到98%，更好地保证了转向器壳体铸件质量。