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K5X左蓋是由德國(guó)寶馬摩托車(chē)公司隆鑫發(fā)動(dòng)機(jī)公司共同開(kāi)發(fā)，并由重慶隆鑫壓鑄有限公司壓鑄生產(chǎn)，大排量發(fā)動(dòng)機(jī)公司噴粉機(jī)加后供德國(guó)寶馬的K5X高端摩托車(chē)裝配的產(chǎn)品。產(chǎn)品外觀(guān)設(shè)計(jì)獨(dú)特，造型美觀(guān)，外形如青蛙狀。德國(guó)寶馬摩托車(chē)公司對(duì)K5X左蓋質(zhì)量要求非常嚴(yán)格：零件主體壁厚2.55mm；零件重量1210±30g（成品）（壓鑄件1.305kg）；外表面噴粉后不允許有氣泡和起層現(xiàn)象；零件表面不允許有碰傷、劃傷、磕傷痕跡；壓鑄后探傷不允許有超過(guò)PK3標(biāo)準(zhǔn)的氣縮孔存在。K5X左蓋實(shí)物圖如圖 1、圖 2：
（1）氣縮孔：壓鑄件在冷凝過(guò)程中，由于內(nèi)部補(bǔ)償不足所造成的形狀不規(guī)則，表面較粗糙的空洞；
（2）氣孔：又名空氣孔、氣眼，壓室、澆道和型腔內(nèi)的氣體卷入壓鑄件內(nèi)部所形成的形狀較為規(guī)則、表面較為光滑的空洞；
（3）氣泡：又名鼓泡，鑄件表皮下，聚集氣體鼓脹所形成的泡，有時(shí)會(huì)崩裂，存在貫通和非貫通兩種；
（4）花紋：又名條紋、流痕，首先進(jìn)入型腔的金屬液形成一個(gè)極薄而又不完全的金屬層后，被后來(lái)的金屬液所彌補(bǔ)而留下的痕跡，鑄件表面呈現(xiàn)與金屬液流動(dòng)方向相一致，用手感覺(jué)得出局部下陷，此缺陷無(wú)發(fā)展方向；
（5）成型差：成型差又名澆不足、輪廓不清、邊角殘缺，金屬液未充滿(mǎn)型腔，鑄件上出現(xiàn)填充不完整的部位，多出現(xiàn)在鑄件末端或狹窄深腔處；
（6）粘模：在壓鑄過(guò)程中，合金粘附型芯、型腔局部甚至整體粘附在型腔內(nèi)的現(xiàn)象；
（7）裂紋：鑄件上合金基體被破壞或斷開(kāi)形成細(xì)絲狀的縫隙，有穿透的和不穿透的兩種，有發(fā)展趨勢(shì)，裂紋可以分為冷裂紋和熱裂紋兩種，他們的主要區(qū)別是：冷裂紋鑄件開(kāi)裂處金屬未被氧化，熱裂紋鑄件開(kāi)裂處金屬被氧化。
3、 K5X左蓋失效模式的改進(jìn)措施
從模具、設(shè)備、材料、熔化、壓鑄等方面分析了相關(guān)的失效模式,其中與模具、設(shè)備
壓鑄相關(guān)的具有較高風(fēng)險(xiǎn)度的幾種失效模式如下：
（1）壓鑄機(jī)的選擇
2010年在開(kāi)發(fā)K5X左蓋壓鑄模時(shí)未進(jìn)行潛在失效模式進(jìn)行分析，用拍腦袋想當(dāng)然的方式確定了用800T壓鑄機(jī)生產(chǎn)K5X左蓋。其結(jié)果是：生產(chǎn)時(shí)模具跑水極其嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)論從外觀(guān)質(zhì)量到內(nèi)在質(zhì)量均極其糟糕。保供也因此受到嚴(yán)重影響。
壓鑄機(jī)型選擇——鎖模力計(jì)算
通過(guò)對(duì)三維圖形測(cè)試鑄件垂直于分型面的投影面積：F件=72470mm2，澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)垂直于分型面的投影面積：ΣF澆排= F件×（50%～55%）= 72470mm2×53%=38520mm2，總面積 ： ΣF= F件 + ΣF澆排=72470+38520=111260mm2=1112.6cm2，P鎖模力≥ Q脹型力=∑F × P 比÷ K= 1054T
根據(jù)計(jì)算結(jié)果：選擇1000 ～ 1100T壓鑄機(jī)為宜
根據(jù)車(chē)間設(shè)備的現(xiàn)狀決定暫時(shí)用DC1250T壓鑄機(jī)生產(chǎn)K5X左蓋，解決鎖模力不足和跑水問(wèn)題。
壓鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
（2）模具尺寸的改進(jìn)
項(xiàng)目小組在原有的模具基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)缺陷問(wèn)題分析后重新開(kāi)發(fā)了DL-4#模具，模具的尺寸較以前的進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)：
DL-4# 模具：寬 × 高 × 厚=1010mm× 810mm×650mm
① 寬度方向增加280mm，高度方向增加了70mm，厚度增加20mm。有效減小了型板安全風(fēng)險(xiǎn)；
② K5X左蓋DL-4#模最小封水距離70mm，模芯尺寸寬 x 高各增加了25mm.模芯尺寸為510mmx450mm。結(jié)合模框和模腳尺寸的加寬和1250T壓鑄機(jī)，有效解決了模具跑水問(wèn)題；
（3）澆注系統(tǒng)的改進(jìn)
澆注系統(tǒng)的組成：余料餅、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口
① 余料餅和直澆道的改進(jìn)
根據(jù)壓鑄機(jī)的特點(diǎn)選擇余料餅厚度=25～35mm；直澆道的主要作用：調(diào)節(jié)熱平衡，保證其最后凝固。通過(guò)向過(guò)度澆道、橫澆道、內(nèi)澆口最終向鑄件傳遞壓力，保證鑄件在壓力下成型結(jié)晶。從而有利于氣體壓縮和向熱節(jié)部位補(bǔ)縮，有效減小減少氣縮孔。調(diào)節(jié)提高熔杯充滿(mǎn)度，防壓射時(shí)卷渣卷氣。
原壓鑄機(jī)的型號(hào)為DC-800T，其溶杯尺寸φ90mm；充滿(mǎn)度Ⅰ= V 金屬液/V 熔杯=（3.4/2.4）/(πR2H)=1416.7/(π×0.452×6.05)= 36.81%更改后壓鑄機(jī)的型號(hào)為DC-1250T，其溶杯尺寸同樣選擇φ90mm 時(shí)；充滿(mǎn)度Ⅱ= V金屬液/V熔杯=（3.4/2.4）/（πR2H）=1416.7/（π×0.452×7.25）= 30.72%充滿(mǎn)度Ⅰ〉充滿(mǎn)度Ⅱ，說(shuō)明DC-1250T選用φ90mm的溶杯的材料利用率不高；DC-1250T不選用φ80mm的熔杯以提高充滿(mǎn)度，是基于1250T壓鑄機(jī)105T壓射力且1150mm的沖桿長(zhǎng)度，機(jī)頭存在較大風(fēng)險(xiǎn)；為適當(dāng)提高改 1250T 機(jī)型后的充滿(mǎn)度，我們?cè)谠摦a(chǎn)品運(yùn)用了高澆口技術(shù)。不但使充滿(mǎn)度有所提高，同時(shí)能調(diào)節(jié)模具的熱平衡。分流錐高度設(shè)計(jì)為 125mm,縮短熔杯尺寸 φ80mm，此時(shí)的充滿(mǎn)度：充滿(mǎn)度Ⅲ= V金屬液/V 熔杯=（3.4/2.4）/（πR2H）=1416.7/（π×0.452×6.45）= 34.72%
改進(jìn)后的直澆道尺寸如圖 3：
② 內(nèi)澆口的改進(jìn)
內(nèi)澆口總截面積計(jì)算：
ΣF內(nèi)=G/ρ×v ×t × K1×K2 ×K3 ×K4=1305/2.4×15×0.06×1.25×0.7×0.9×1.25=618.3mm2
ΣF內(nèi)：內(nèi)澆口總截面積cm2;
G ：鑄件重量g;
ρ：鋁水比重ρ =2.4g/cm2;
V ：填充速度V =15 m/s;
t ：填充時(shí)間t=0.06s;
K1 ：壁厚速度修正系數(shù)δ=2.7mm 時(shí)，K1=1.25;
K2：比壓速度修正系數(shù)，Pb=900 時(shí)，K2=0.7;
K3：合金物理特性修正系數(shù)，鋁合金，K3=0.9;
K4：壁厚特性修正系數(shù)，壁厚均勻，K4=1.25;
內(nèi)澆口厚度計(jì)算：
內(nèi)澆口的厚度：要保證在填滿(mǎn)型腔時(shí)足以傳遞壓力；不能先于鑄件凝固；不能形成鋁水噴射、卷渣、卷氣、沖刷、粘鋁、拉傷 等;
內(nèi) 澆 口 厚 度d=δ×Kn×K1×K2=2.7×0.52×1.25×1.70=2.97mm
δ：鑄件壁厚;
Tj 金屬液溫度, Tj=Tjj+ΔT1=578+30=608℃;
Tn 內(nèi) 澆 口 處 溫 度 ,Tn=Txc+ （ Tj-Txc ）
*Kt=576℃;
Tx 型腔溫度, Tx=Tn-30℃=546℃;
Txc 型腔初始溫度,Txc=250℃;
Tjj 金屬結(jié)晶溫度 ADC12,Tjj= 578℃;
ΔT1 結(jié)晶過(guò)程中必須的最小溫度差, 鋁合金ΔT1=30℃;
Kt 金屬液流動(dòng)時(shí)型腔溫度變化系數(shù) ,V=15m/s，t 填充時(shí)間=0.06s ,Kt=0.91;
Kn 內(nèi)澆口厚度與鑄件壁厚比 ,Kn=d/δ=(Tj-Tn)/（Tj-Tx）=0.52;
K1 鑄件壁厚修正系數(shù), K1=1.25（隨 δ 減薄，K1 增大）;
K2 鑄件投影面積修正系數(shù), K2=1.70（隨 F件增加，K2 增大）;
③ 橫澆道的改進(jìn)
橫澆道厚度取內(nèi)澆口厚度的3～5倍；橫澆道總截面積取內(nèi)澆口的3～4倍；橫澆道總截面積的確定：
ΣF橫 =3.5 ×ΣF 內(nèi)=3.5×613.8=2148.3mm2
④ 內(nèi)澆口與橫澆道的具體分布
內(nèi)澆口與橫澆道計(jì)算結(jié)果：ΣF內(nèi)=613.8mm2；d內(nèi)=2.97mm；ΣF橫=2148.3 mm2；由于產(chǎn)品容易在兩端產(chǎn)生縮孔、氣孔數(shù)量最多導(dǎo)致報(bào)廢的區(qū)域，所在橫澆道的兩個(gè)末端增加了 6x3mm2的 兩 道 內(nèi) 澆 口 ； 所 以 ΣF 內(nèi)=582+2x18=618mm2；
內(nèi)澆口具體布局如下表：
由于在某些區(qū)域是容易產(chǎn)生縮孔、氣孔數(shù)量最多引起產(chǎn)品報(bào)廢，同時(shí)為了確保鋁水自下方內(nèi)澆口開(kāi)始向上方順序填充，不產(chǎn)生紊流，因此，對(duì)6組橫澆道的位置和厚度進(jìn)行布置，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，橫澆道的厚度多放了 1.5mm,因此，六道橫澆道的總截面積：2377mm2；
橫澆道具體布局如下表：
澆道形狀和位置具體改進(jìn)情況：
（二）2 號(hào)澆道方向未變，寬度向3號(hào)澆道方向增寬2mm、向 1 號(hào)澆道增寬4mm 為 46mm，增大了填充量，解決了N 4區(qū)域和周?chē)鷧^(qū)域縮孔、氣泡、成型差；
（三）3 號(hào)澆道方向調(diào)整，將靠2號(hào)澆道方向的尖角削掉并增加2mm 為35mm，解決了17區(qū)域和周?chē)鷧^(qū)域縮孔、氣泡、成型差；
（四）4 號(hào)澆道方向未變；
（五）5 號(hào)澆道方向未變；
（六）6 號(hào)澆道方向未變，澆道過(guò)渡段外形加寬，填充量增大；
（4）排溢系統(tǒng)的改進(jìn)
排溢系統(tǒng)由排氣槽、集渣包、溢流口組成；溢流槽、集渣包從6組增加為7組；在M9區(qū)域外邊緣增加一個(gè)獨(dú)立的排氣槽；所有集渣包的平面尺寸減小，深度增加；1#渣包及溢流口向上方移動(dòng)了5mm,開(kāi)設(shè)在N4區(qū)域外邊沿兩型芯的中間，有效起到了填充導(dǎo)向、排渣排氣的作用；在改進(jìn)前的2#和3#集渣包之間增加一組溢流口、集渣包、排氣槽，對(duì)K2區(qū)域起到了很好的填充導(dǎo)向作用，避免該處紊流的產(chǎn)生，排渣排氣效果提升。
4、 工藝系數(shù)的改進(jìn)
K5X左蓋的壓鑄材料為ADC12 ， 用ATM-1500熔煉爐進(jìn)行熔煉，經(jīng)過(guò)除渣與在MTS1500 MarK10 設(shè)備上除氣，由轉(zhuǎn)水包轉(zhuǎn)運(yùn)至保溫爐進(jìn)行壓鑄；產(chǎn)品要求的澆注溫度為650~670℃，精煉除渣溫度720~740℃，增壓壓力30～32MPa，其他工藝參數(shù)與之前的數(shù)據(jù)保持不變。
5、 結(jié)論
在 K5X左蓋DL-5#模設(shè)計(jì)制造時(shí)將充分考慮以下內(nèi)容：
（1）橫澆道設(shè)計(jì)比DL-4#模具減薄 1.5mm；
（2）澆口過(guò)渡段的厚度20mm,寬度 55mm；
（3）直澆道厚度24mm,寬度 55mm；
（4）1100T機(jī)采用φ80 的熔杯；
（5）分流錐高度控制在65mm；
本文作者：重慶隆鑫壓鑄有限公司 陳宇
文章出處：壓鑄實(shí)踐
