汽車制動系統增壓器泵體壓鑄模設計
摘要：介紹了汽車制動系統增壓器泵體的結構、成型工藝特點和生產要求，設計的泵體壓鑄模結構緊湊，材料選用合理，采用四滑道側抽芯機構抽芯，冷卻水路布局合理。經生產實踐，模具工作可靠，操作方便，成型鑄件質量好。
關鍵詞：增壓器泵體；壓鑄模；抽芯；滑道組件
1 增壓器泵體結構分析
目前汽車伺服制動系統的控制閥與輔助缸是由2個部件用螺釘聯接起來的，導致其工作腔密封性不高，助力比與增壓比不大，剎車靈敏度不高，制動效果不好。針對以上存在的問題，對其結構進行了2項改進：①采用ZL104鋁合金材料壓鑄成型增壓器是關鍵零件——泵體；②將伺服系統的控制閥與輔助缸合二為一。采用壓鑄模生產的鋁合金泵體，結構更緊湊，提高了密封性能和真空度，助力比大，剎車靈敏度及制動效果好，生產效率高。圖1為改進后泵體結構。
2 泵體壓鑄模結構與工作過程
根據泵體的結構特點與鑄件生產要求，設計了泵體壓鑄模，如圖2所示。模架有4對導柱導套，導向精度為H7/g6。成型部件由2個動、定模鑲件和18個側型芯組成。側抽芯部件除18個側型芯外還有3個斜導柱、1個液壓缸、4塊側抽芯滑塊及8塊滑道組件、4個銷緊塊。澆注系統由澆口套、分流錐、內澆道、內澆口及溢流槽組成。頂出部件由頂出機構及復位桿組成。冷卻系統由3條冷卻水道組成。
泵體壓鑄模工作過程為：合模時，動模向定模移動，通過復位桿帶動頂出機構將推桿復位。與此同時，三側面共12個側型芯在斜導柱的作用下（6個側型芯在液壓缸作用下）同時沿滑道復位。合模后，由4年斜楔鎖緊塊鎖死。鋁液在壓鑄機作用下快速壓入模具腔。經保壓后，再通循環水對模具進行冷卻。開模時4組滑塊型芯在滑塊、滑道組件和液壓缸作用下，實現徑向抽芯，然后在推桿18、墊板23、推桿固定板24共同作用下，擋釘22限位移電流。
3 泵體壓鑄模設計要點
3.1 澆注系統與排氣系統設計
澆注系統設計是壓鑄模設計中保證鑄件成型質量的關鍵，澆注系統設計的優劣取決于流道的布局、內澆口位置選擇和內澆口斷面尺寸的確定等。
泵體鑄件為圓筒形，且周邊有通孔，壓鑄成型時通孔處容易產生熔接痕，為了解決該問題，并使圓周流速大致相同，采用了環形澆口，金屬熔體沿壓鑄件圓周均勻進料，流動通暢，充填狀態理想。分流道和內澆口均開設在動模型芯固定板上，為了保證鑄件成型質量，盡量采用較大截面的澆口。
為了減少鑄件的內部氣孔，提高表面質量及力學性能（殼形件表面質量關系到后加工烤漆等工序能否順利進行），設計排氣槽和溢流槽是重要的措施之一。模具設計時，考慮在金屬液最先沖擊的模具部位以及內澆道側面金屬夜不易直接填充的“死角”部位設置溢流槽，以排除鋁合金夜體流動前沿的氣體以及混有氣體的冷污金屬夜，穩定流態，減少渦流，改善鑄件質量。模具采用環形澆口，其結構非常有利于排氣，另外4組滑道抽芯機構的配合間隙也有利于排氣。
3.2 側向抽芯機構與在型件結構設計
泵體壓鑄模成型件由定模鑲件、動模鑲件及18個側型芯組成。動、定模鑲件為H7/k6配合并分別固定于動、定模板上，再各用4個螺釘固定。鑲件的使用提高了模具零件的互換性及壽命。動、定模鑲件的接觸面即為分型面，為保證泵體質量，分型面應研磨，分型面設在泵體直徑最大處。泵體四側面共有18個側型芯，分別以H7/m6配合固定在4個滑塊中，4個滑塊以H7/g6配合在滑道組件中運動，而4個滑道組件的8塊導向板分別用螺釘、銷釘固定在動模板上。3個側面方向滑塊（件14、20、36）帶動12個型芯實施側向抽芯運動，一個側面方向的滑塊（件27由液壓缸帶動）帶動6個型芯實施側向抽芯運動。合板后，安裝18個側型芯的4個滑塊由4個鎖緊塊（件4、5、8、9）鎖緊。為使18個型芯側向運動順暢，鎖緊塊的楔角應大于斜導柱斜角2°~3°，18個側型芯與推桿及復位桿應避免發生干涉。
1.導柱 2.導套 3.定模板 4.鎖緊塊 5.鎖塊 6.澆口套 7.定模鑲件 8.鎖緊塊 9.鎖緊塊
10.斜導柱 11.斜導柱 12.斜導柱 13.滑道組件 14.滑塊 15滑塊型芯 16.動模鑲件 17.復位桿
18.推桿 19.滑道組件 20.滑塊 21.型芯 22.擋釘 23.墊板 24.推桿固定板 25.模腳 26.滑道組件 27.滑塊 28.壓板 29.連接柱 30.液壓缸 31.螺母 32.連接器 33.滑塊大型芯 34.滑塊小型芯 35.滑道組件 36.滑塊 37.滑塊型芯 38.分流錐 39. 動模板
3.3 冷卻系統設計
冷卻系統用于調節模具溫度，使之達到壓鑄工藝規定的模溫要求，延長壓鑄模壽命，提高鑄件的密度。對于殼形鑄件，模具溫度的均勻性比一般零件要求更高，冷卻不勻將引起壓鑄件翹曲變形，同時冷卻效果的好壞還影響壓鑄件的生產周周期，在動、定模上均勻設了循環冷卻水道，并在澆口套和分流錐的外部開了螺旋槽，通水加以冷卻，因為該處最先接觸熔融金屬液，以便以模具溫度進行有效控制（冷卻水道模具結構中未畫出）。為保證工作順利與冷卻效果，各冷卻處應嚴格密封，防止泄漏。
3.4 模具主要零件的選材與熱處理
泵體壓鑄模中的澆口套、分流錐、動、定模的2個鑲塊及18個側型芯，共有22個零件采用了熱作模具鋼3Gr2W8V。為保證鑄件質量及提高模具壽命，對3Gr2W8V材料進行了微變形淬火處理與氮碳共滲處理。
3Gr2W8V鋼中W、Cr、V含量較高，導熱性差，為了避免淬火加熱過程中各部分溫差過大而產生變形，必須進行分段預熱，具體熱處理工藝如圖3所示。
3Gr2W8V鋼的淬火溫度是決定模具變形大小及抗熱疲勞性能的主要因素。實踐證明，1000~1020℃是微變形淬火溫度區，只要冷卻方式適當，就能達到減少變形的目的。加熱時，用多層浸過錠子油的紙覆蓋零件，然后裝箱用鐵網隔開，這樣既可保證不滲碳又可保證零件的表面粗糙度。為了減少冷卻時熱應力與組織應力引起的變形，避免氧化，采用分級冷卻的方式。先在箱中冷卻至550~650℃，再淬入硝鹽浴中分極冷卻，待無氣泡時轉入熱油中繼續冷卻一段時間，然后出油空冷，完成馬氏體的轉變。3Gr2W8V鋼冷卻選擇硝鹽冷卻至460~500℃，熱油冷卻至130~140℃，這是冷卻介質的淬火微變形區。為防止銷鹽對零件的腐蝕作用，冷卻后用100℃沸水清洗零件，然后用砂紙打光表面并立即回火。3Gr2W8V鋼零件回火時也會產生變形，為控制回火中的變形，選擇既能提高韌性又有減少變形的溫度區域，經多次試驗，采用600~620℃回火，經二次回火，模具的尺寸與淬火前尺寸相比只縮小0.02~0.04mm，這樣便修磨、打光與拋光，回火硬度48±2HRC。經上述工藝處理的泵體壓鑄模零件不僅提高了零件的強韌性，又降低了熱疲勞開裂的傾向，同時達到了微變形的目的，零件淬、回火后圓度誤差極小。
Gr2W8V鋼模具零件經氣體氮碳共滲處理，表面硬度1100HV0.1耐磨性3Gr2W8V鋼淬火、回火處理的6.46倍，氣體氮碳共滲快冷具有最佳的耐磨性能和較好的抗沖擊性能。氣體氮碳共滲還具有周期短、易返修、設備簡單及操作方便等特點，因此，采用氣體氮碳共滲作為處理3Gr2W8V鋼模具零件的表面強化工藝是較適用宜的，能大大提高泵體壓鑄模具的壽命。
4 泵體材料處理與成型工藝
為提高泵體成型質量與壽命，對泵體材料處理與成型工藝提出了較高要求。泵體采用鋁合金ZL104，主要化學成分為：鎂0.17%~0.3%，硅8%~15%，錳0.2%~0. 5%，其余為鋁，性能為：抗拉強度σb≥MPa，硬度70HBS。一般熱處理工藝為：ZL104鋁合金在金屬型腔中澆注成型，（535±5）℃×5h固溶，時效處理175℃×（9~12）h。該工藝加熱時間長，能耗大。通過正效試驗法選擇處理工藝為：190℃×4h空冷，可達到σb=192~290MPa，δs=3.0%~4.0%，硬度85~95HBS。泵體性能得到極大改善。這是由于沉淀析出了β’過度相，β’相與基體呈半共格狀態，故析出相周圍較弱的彈性應變場可引起合金強化。此外，由于β’相之間距離較大則強度又高，位錯不是切過而是繞過β’相，從而產生強化效應。
泵體在280T壓鑄機上用壓鑄模壓鑄成型，工作過程如下：在作業前先檢查機器、冷卻水是否正常，并核對壓鑄參數，然后壓鑄機壓出鋁液420g，鋁液溫度670±20℃，壓鑄機壓鑄速度4.3m/s，壓鑄壓力11.5~12MPa，射料時間4.8~5.5s。熔融鋁液進入模具型腔速度0.05m/s，型腔壓力23~24MPa。模具經冷卻后開模，取出鑄件。要注意各氣孔出氣應流暢。
對于成型的鑄件，要求50模后檢查所有的孔穴是否有拉痕和孔芯繼裂，檢查表面是否有缺損、疏松、氣泡等缺陷。
5 結束語
模具結構緊湊，經生產檢難，操作方便、安全，工作穩定可靠，鑄件質量優良，尺寸精度和形狀精度和形狀精度符合設計要求，生產效率高，為企業帶來了可觀的效益。