汽車模具鑄造過程及泡沫模制作的探討

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007）

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)汽車模具的開發(fā)周期要求越來越短，同時(shí)對(duì)模具的品質(zhì)要求越來越高，生產(chǎn)成本越來越低。在開發(fā)出短周期、高品質(zhì)、低成本的模具過程中，鑄造起到了相當(dāng)重要的作用。所謂鑄造就是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛胚因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的，降低了成本并在一定程度上減少了時(shí)間。因而鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。

本文對(duì)汽車模具泡沫模的制作流程和制作方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并總結(jié)了汽車模具機(jī)加工時(shí)各部位所需的加工余量的經(jīng)驗(yàn)值，以期對(duì)從事汽車模具行業(yè)的工作者，特別是泡沫模制作人員提供參考。

1 鑄造種類及工藝流程

鑄造種類很多，按造型方法習(xí)慣上分為：

（1）普通砂型鑄造，包括濕砂型、干砂型和化學(xué)硬化砂型三類。

（2）特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造（如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車間殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實(shí)型鑄造、陶瓷型鑄造等）和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造（如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等）兩類。

鑄造工藝通常包括：鑄型（使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器）準(zhǔn)備；鑄造金屬的熔化與澆注；鑄件處理和檢驗(yàn)，鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防銹處理和粗加工等。

汽車模具常用的鑄造種類為普通砂型鑄造，其工藝流程如圖1所示。

圖1汽車模具鑄造工藝流程圖

2 泡沫模型制作

汽車模具鑄造的質(zhì)量有很大程度上取決于泡沫模型的制作。如何才能做出符合要求的泡沫模型，一般步驟可分為：數(shù)據(jù)預(yù)備、著色、放縮水量、做加工余量、分層、CNC程序的設(shè)計(jì)、CNC程序的加工、粘貼修整、檢查出庫。

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)備

在加工前要對(duì)所獲得的數(shù)模進(jìn)行認(rèn)真分析，對(duì)不同軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換所造成的數(shù)據(jù)丟失應(yīng)進(jìn)行確認(rèn)和修復(fù)。在一般情況下，泡沫模型數(shù)據(jù)的屬性應(yīng)該是實(shí)體，所以，在進(jìn)行其他制作前須把所得數(shù)據(jù)通過曲面縫合等方式轉(zhuǎn)換成實(shí)體屬性。

2.2 著色

認(rèn)真分析、研究模具圖紙，從圖紙上提取模具加工面與非加工面信息，并對(duì)所獲得的信息進(jìn)行回納、分類，作好相應(yīng)記錄。對(duì)加工的面比如型面、導(dǎo)板面、鑲塊安裝面等進(jìn)行著色，以便做加工余量的確認(rèn)。

2.3 放縮水量

由于泡沫與鐵水冷卻的收縮率不同，所以要對(duì)泡沫模型放一定的收縮量△X。泡沫模型放的收縮率△X根據(jù)所澆鑄填充的材質(zhì)不同而有所不同。如鑄鐵，需要對(duì)泡沫模型整體進(jìn)行（1+△X）即（1+11/1 000=1.011）縮放，鑄鋼需要對(duì)泡沫模型整體進(jìn)行（1+△X）即（1+20/1 000=1.02）縮放。

2.4 做加工余量

根據(jù)上述對(duì)加工面所做的顏色，比如導(dǎo)板、鑲塊安裝面等外形比較規(guī)則的面做加工余量處理。加工余量可以參考圖2.

圖2加工余量

2.5 分層

由于受加工機(jī)床、刀具等因素的限制，泡沫加工首先要對(duì)3D模型進(jìn)行分層處理。分層處理在整個(gè)CNC程序編制與加工過程中至關(guān)重要。分層時(shí)要盡可能少，以保證各個(gè)單元層粘合后模型的精度，還要盡可能少的產(chǎn)生窄槽、負(fù)角等難加工或者不能夠加工的幾何體。

2.6 CNC程序的設(shè)計(jì)

做NC數(shù)據(jù)前，對(duì)分割好的模型分別設(shè)定主負(fù)坐標(biāo)，記錄加工方向和加工基準(zhǔn)，采集模型的幾何外型尺寸，確定所需泡沫毛坯規(guī)格。泡沫材質(zhì)不同于鋼鐵等金屬材料，材質(zhì)十分疏松，況且泡沫模座多由25~40mm筋板構(gòu)成，相比相同壁厚的鋼鐵材質(zhì)的模具，強(qiáng)度低，在加工過程中，由于難以承受刀具切削所產(chǎn)生的擠壓力，很容易造成部分薄壁泡沫損壞，所以要求切削刀具刃口要鋒利、轉(zhuǎn)速高、進(jìn)給不能夠太快。

2.7 CNC程序的加工

在加工時(shí)須對(duì)下列各項(xiàng)進(jìn)行確認(rèn)，它是控制產(chǎn)品質(zhì)量的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其過程包含：

（1）加工范圍，判定留量區(qū)域；

（2）加工余量的確認(rèn)；

（3）刀具的長度和刀具大小的確認(rèn)。

根據(jù)前面的加工信息，為了便于指導(dǎo)加工，需把這些必要的信息提供給現(xiàn)場數(shù)控加工職員，在CNC指導(dǎo)書中，需要包括程序名、刀具類型、刀具幾何參數(shù)、加工留量、切削參數(shù)范圍、加工完畢的模型檢測文件等。

2.8 粘貼、修整

粘貼、修整就是把分層加工的泡沫模型用粘貼劑粘貼成一個(gè)完整的模型，修整掉飛邊、分縫等缺陷，粘貼模型編號(hào)、材質(zhì)等鑄字內(nèi)容。

2.9 檢查、出庫

泡沫模型制作完成后，用白光掃描等設(shè)備對(duì)泡沫模型和3D設(shè)計(jì)模型進(jìn)行檢查，檢查合格后，就可以出庫并發(fā)鑄了。

3 鑄造工藝

3.1 埋沙

所謂埋沙是指把制作好的泡沫模型放入沙箱，用鑄造沙填充、緊實(shí)，并留出澆鑄系統(tǒng)的過程。埋沙所用型沙是由原砂和粘結(jié)劑組成，必要時(shí)，還加入各種附加物。原砂是耐高溫材料，常用的是含SiO2較多的硅砂。常用的粘結(jié)劑有粘土、水玻璃等。型砂應(yīng)具有以下性能：透氣性、強(qiáng)度、耐火度、可塑性、退讓性。上述性能要求是最基本的，有時(shí)又是互相矛盾的，因此，要求型砂具有良好的綜合性能。生產(chǎn)中常采用砂子、粘土（常用膨潤土）和水等經(jīng)混制而成的粘土砂。為滿足透氣性、型砂中還可加入鋸末、煤粉等。

3.2 澆鑄

將熔化的液態(tài)金屬注入鑄型的過程，稱為澆注。澆注不當(dāng)，可能會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔、冷隔、澆不足、縮孔等缺陷。澆注前應(yīng)做好現(xiàn)場準(zhǔn)備工作，如選好澆包、清理場地等。臨澆注時(shí)，要扒去金屬液面上的熔渣，以免其進(jìn)入鑄型。澆注時(shí)，要合理掌握澆注溫度和澆注速度。對(duì)復(fù)雜件、薄壁件，澆注溫度要高，澆注速度要快，而對(duì)簡單件、厚壁件，則正好相反。

3.3 落沙

鑄件澆鑄結(jié)束即開始在鑄型內(nèi)冷卻，冷卻到一定溫度就需要開箱落沙。鑄鐵開箱落沙的溫度一般按以下原則控制：一般件為300~500℃；易冷裂、變形件為200~300℃；易產(chǎn)生熱裂的鑄件為800~900℃；鑄鋼件的開箱落沙溫度一般控制在200~450℃范圍。鑄件經(jīng)過落沙，鑄件外部型沙基本剝離，部分潰散性的型沙也都留在落沙系統(tǒng)上。但型沙落沙往往都不徹底，特別是潰散性差的沙芯，需要經(jīng)清沙除芯工序處理。

3.4 熱處理

鑄件的熱處理就是為了消除粗大晶粒及內(nèi)應(yīng)力等缺陷而采用的必要工藝。現(xiàn)在汽車模具的制造周期越來越短，沒有時(shí)間讓鑄件進(jìn)行半年甚至更久的時(shí)效處理，為了避免加工后變形，影響模具的精度，往往會(huì)對(duì)鑄件進(jìn)行回火處理來消除內(nèi)應(yīng)力。

4 結(jié)束語

經(jīng)過以上的程序后，鑄件再經(jīng)過檢測合格后就能轉(zhuǎn)入機(jī)加工了。到此模具完成了由3D數(shù)模到實(shí)體的轉(zhuǎn)變，邁出了模具制造的第一步。隨著現(xiàn)代機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的水平越來越高，高新技術(shù)在模具制造中運(yùn)用得越來越廣泛，數(shù)控革命時(shí)代已經(jīng)到來，使泡沫模型制作越來越精確，鑄造的精度也隨之提高。再加上模具的數(shù)控加工，特別是5軸數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，對(duì)模具的制造周期和質(zhì)量都起到了決定性作用，時(shí)間就是金錢，搶先一步就能壓倒很多競爭對(duì)手，如何能快速的制作出高質(zhì)量、短周期的模具，在這一領(lǐng)域還有很多技術(shù)題目需要我們進(jìn)一步探索、研究。

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[3]楊 玻，何正君，蔚孝華.汽車模具鑄造件泡沫模型的CNC加工[J].汽車制造業(yè)，2006，(9)：66-68.