复杂箱体类铸件的LFC用发泡模具的国产化实践

摘 要 引进国外消失模成套设备后，迅速实现发泡模具的国产化是扩大铸造产量的关键之一。合力集团依托华中科技大学，在实施发泡模具国产化的进程中经历了三个阶段。三年来共开发出多种箱体铸件的发泡模具，不仅满足了本集团的需求，还为国内外其它企业配套生产箱体类铸件，使消失模铸造不断发挥效益。

引言

箱体类铸件是比较适合消失模铸造(Lost Foam Casting)的一种类型。一般而言，箱体越复杂，消失模工艺越能发挥其优势。国外用LFC法生产箱体类铸件的公司有美国GM 的Saturn（生产球铁差动器壳体）和意大利FATA的Teksid（生产灰铁曲轴箱体）。国内用LFC生产箱体类零件的企业有：重庆南川通发特种铸造厂（生产载重车齿轮箱体）；山西临猗华恩公司（生产差速器壳）和山西左权龙泉冶金铸造有限公司（生产变速箱壳体）。

1998年初，安徽合力叉车集团（简称合力集团）引进德国消失模白区制模技术，其产品对象主要是叉车用各类箱体铸件，如变速箱体、变矩器及离合器壳体等。当时，国内已有数家企业引进国外消失模铸造设备，其中有的因模具国产化成为瓶颈，生产状况不尽人意。如今三年有余，合力集团LFC 生产形势很好，开发出十多套模具（其中箱体类模具六套），完全具备了模具设计、制造和开发能力。本文从技术上对合力集团所实施的模具国产化的三个阶段进行总结。

第一阶段：设备引进和模具培训同步进行

1998年，合力集团引进德国TEUBERT公司TVZ130/90成型机。该设备为全自动卧式成型机，垂直开模，吸盘取件；该设备采用德国发泡成型模具，

生产出叉车液力变速箱体泡沫模样（模片分为三块）。所生产的箱体铸件重达60多公斤。

在引进设备的同时，合力集团领导意识到：要扩大LFC生产规模，就必须迅速实现模具国产化。因此，在与德方商务谈判中，中方坚持将模具培训列入合同。因为引进的德国成型机和冷粘合机在国内都是第一台，针对德国设备的发泡模具设计，国内没有设计参考资料。

为更好地消化吸收德国技术，合力集团邀请华科大参与组团，赴德考察模具设计和制造。三人在德培训十天，考察的主要收获如下：

1． 接受了多模独立汽室的设计概念，摸清了模具与设备的相互连接匹配关系。所谓独立汽室机

构指在一台成型机上可同时安装数付模具，而每付模具的汽室相互独立，可按各自的成型工艺制作不同的泡沫产品。德国成型机工作面尺寸大（1300X900），可采用多模独立汽室模具。为此，该设备配备有4套物流接头，提供蒸汽、冷却水、压缩空气以及真空等，以便在成型机上安装四套发泡模具。独立汽室模具机构的设计概念是德国设备所独有的；

a、即压力铸造对零件形状结构的要求；

b、压铸件的工艺性能；

c、压铸件的尺寸精度及表面要求；

d、压铸件分型面的确定；压铸件的零件设计是压铸生产技术中的重要部分，设计时必须考虑以下问题：模具分型面的选择、浇口的开设、顶杆位置的选择、铸件的收缩、铸件的尺寸精度保证、铸件内部缺陷的防范、铸孔的有关要求、收缩变形的有关要求以及加工余量的大小等方面。

铸件设计形状结构要求

a、消除内部侧凹；

b、避免或减少抽芯部位；

c、避免型芯交叉；合理的压铸件结构不仅能简化压铸型的结构，降低制造成本，同时也改善铸件质量。

铸件设计筋的要求

筋的作用是壁厚改薄后，用以提高零件的强度和刚性，防止减少铸件收缩变形，以及避免工件从模具内顶出时发生变形，填充时用以作用辅助回路（金属流动的通路），压铸件筋的厚度应小于所在壁的厚度，一般取该处的厚度的2/3~3/4；

铸件设计壁厚要求

压铸件壁厚度（通常称壁厚）是压铸工艺中一个具有特殊意义的因素，壁厚与整个工艺规范有着密切关系，如填充时间的计算、内浇口速度的选择、凝固时间的计算、模具温度梯度的分析、压力（最终比压）的作用、留模时间的长短、铸件顶出温度的高低及操作效率；

a、零件壁厚偏厚会使压铸件的力学性能明显下降，薄壁铸件致密性好，相对提高了铸件强度及耐压性；

b、铸件壁厚不能太薄，太薄会造成铝液填充不良，成型困难，使铝合金熔接不好，铸件表面易产生冷隔等缺陷，并给压铸工艺带来困难；压铸件随壁厚的增加，其内部气孔、缩孔等缺陷增加，故在保证铸件有足够强度和刚度的前提下，应尽量减小铸件壁厚并保持截面的厚薄均匀一致，为了避免缩松等缺陷，对铸件的厚壁处应减厚（减料），增加筋；对于大面积的平板类厚壁铸件，设置筋以减少铸件壁厚；根据压铸件的表面积，铝合金压铸件的合理壁厚如下：压铸件表面积/mm2壁厚S/mm≤251.0～3.0>25~1001.5～4.5>100~4002.5～5.0>4003.5～6.0。

铸件设计铸造斜度要求

斜度作用是减少铸件与模具型腔的摩擦，容易取出铸件；保证铸件表面不拉伤；延长压铸模使用寿命，铝合金压铸件一般最小铸造斜度如下：铝合金压铸件最小的铸造斜度外表面内表面型芯孔（单边）1°1°30′2

铸件设计圆角要求

压铸件上凡是壁与壁的连接，不论直角、锐角或钝角、盲孔和凹槽的根部，都应设计成圆角，只有当预计确定为分型面的部位上，才不采用圆角连接，其余部位一般必须为圆角，圆角不宜过大或过小，过小压铸件易产生裂纹，过大易产生疏松缩孔，压铸件圆角一般取：1/2壁厚≤R≤壁厚；圆角的作用是有助于金属的流动，减少涡流或湍流；避免零件上因有圆角的存在而产生应力集中而导致开裂；当零件要进行电镀或涂覆时，圆角可获得均匀镀层，防止尖角处沉积；可以延长压铸模的使用寿命，不致因模具型腔尖角的存在而导致崩角或开裂；