铝合金电喷进气管铸造工艺设计及CADCAM技术的应用

铝合金电喷进气管铸造工艺设计及CADCAM技术的应用
■魏莉，邓先义
摘要：主要介绍了铝合金电喷进气管金属型重力铸造工艺和计算机辅助设计与制造的全过程。

关键词：电喷进气管；铝合金铸造；模具；造型
铝合金电喷进气管是东风汽车公司电喷发动机的配套产品，批量较大，形状复杂，其铝合金材料的选用、重力铸造工艺的设计，以及铸造模具、芯盒的设计与制造是开发铝合金电喷进气管的关键。

随着计算机技术的发展和应用软件的普及，应用Pro/E三维软件的强大造型功能和模具设计功能对该产品进行设计，用Mastercam三维软件的加工功能对模具进行加工，大幅提高了模具的设计和制造质量。

1. 产品材料的选用
铝合金进气管生产中常选用wCu为3.5%左右的铝合金或铝铜系合金，但是该类合金倾向于糊状凝固，不容易补缩，容易形成缩松，工艺上要求有较大的纵向温度梯度来消除缩松缺陷，对于金属型铸造而言，热裂缺陷不易得到良好的控制。

针对该进气管结构形状的特殊性、复杂性及铸造工艺补缩要求综合考虑，选用铝-硅-铜合金，其化学成分：wSi＝6%～8%、wCu＝1.5%～2.5%、wMg＝0.1%～0.3% 、wFe≤0.4%。

所要求的性能：抗拉强度≥270MPa，伸长率≥1.5%，硬度75～85HBW。

这种材料成分接近共晶合金，结晶范围相对较窄，倾向于层状凝固，工艺上可以采用冒口来补缩铸件上可能产生的集中性缩孔。

具备优良的铸造工艺性，适合采用金属型铸造成形，用冒口和冷铁进行工艺补缩，且具有较高的强度和抗热变形能力，可以通过变质处理和热处理提高材料的力学性能。

产品结构分析和铸件的三维造型：该产品结构呈U形，壁厚为4mm±0.5mm，最大落差为236.5mm，大致由法兰面、4个气道、谐振腔三部分组成。

4个气道为复杂的空间走向，用Pro/ E三维设计
软件零件部分做出4个气道空间走向中心线，然后通过扫描和混成扫描做出4个气道特征，再用基本隆起、裁减功能造型形成法兰及谐振腔等基本特征，用Pro/E三维设计软件的分析功能，对三维特征进行壁厚分析，对壁厚超出4mm±0.5mm的部位进行处理，完成铸件的三维造型，如图1所示。

2. 铸件铸造工艺的分析及工艺三维设计
该产品的4个气道与谐振腔下部相连形成三处难于补缩的应力集中区，4个气道口集中在法兰面上，法兰比较厚，谐振腔上部的方法兰和方搭子也是比较厚大的部位（见图1）。

由于铸件的这种结构，采用法兰面朝上的顶注式浇注方式，在谐振腔上部的方法兰和方搭子上加冒口，内浇口开在法兰面上，这种浇注方式有利于砂芯的排气和铸件自下而上顺序凝固，因铸件的下部壁厚均匀且较薄，铸件厚大部位在法兰面和谐振腔的上部。

在4个气道与谐振腔下部相连形成的三处难于补缩的应力集中区采取砂芯上下冷铁加强工艺补缩。

4个气道砂芯通过砂条与谐振腔砂芯组合为一整体，砂条上加定位销，下芯方便可靠。

通过计算得出冒口和浇口的截面尺寸，用Pro/E三维软件的零件部分作出铸件铸造工艺三维图，如图2所示。

图1
3. 分模及模拟加工
由于产品结构特殊，需要三开模、三滑块、两活块共8块模具，其中侧液压缸分为两级开模，先拉开谐振腔处的侧模，再拉出中间的活块。

用Pro/E三维软件的零件部分作出分型面，再用三维软件的装配部分分别做出8块模具的三维图，如图3所示。

通过对8块模具的装配干涉检查无问题后，用三维软件的工程图部分分别输出8块模具的工程图。

在工程图输出过程中要注意公制与英制单位的换算和视图位置的摆放。

对工程图尺寸的标注和其他编辑通过*.dxf格式转换到AutoCAD中进行。

用Pro/E三维软件的零件部分将8块模具的*.prt格式文件输出为*.igs通用格式文件，然后用Mastercam三维软件将*.igs格式文件转换为*.mc8格式文件，并进行比例缩放。

Mastercam三维软件具有强大的CAM 功能，应用Mastercam三维软件中的Mill部分分别对8块模具进行刀具和加工参数的设置，求出加工路径，再进行粗加工和精加工模拟，下模的精加工模拟如图4所示。

为提高加工效率，在编程过程中，根据模具不同部位的不同形状，选用不同的刀具，设置不同参数进行分块编程，分块加工。

模拟加工无问题后，输出*.nci文件并转换为数控机床能识别的*.nc格式文件，输入数控机床进行模具加工，如图5所示。

4. 应用机算机辅助设计与制造效果
由于从设计到加工全部应用先进的三维软件，避免了在开发过程中数据传递发生错误，也减少了模具制作车间熟悉二维图样的劳动强度，同时也不需要编程人员手工编程，大幅提高了模具的制作效率和质量。

模具质量有了保障，试模一次成功，缩短了产品开发周期，降低了成本。

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图2
图3
图4
图5
作者简介：魏莉、邓先义，新兴重工湖北三六一一机械有限公司技术开发部。