摘要：介紹了汽車制動(dòng)系統(tǒng)增壓器泵體的結(jié)構(gòu)、成型工藝特點(diǎn)和生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)的泵體壓鑄模結(jié)構(gòu)緊湊，材料選用合理，采用四滑道側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)抽芯，冷卻水路布局合理。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐，模具工作可靠，操作方便，成型鑄件質(zhì)量好。


關(guān)鍵詞：增壓器泵體；壓鑄模；抽芯；滑道組件

1 增壓器泵體結(jié)構(gòu)分析

目前汽車伺服制動(dòng)系統(tǒng)的控制閥與輔助缸是由2個(gè)部件用螺釘聯(lián)接起來(lái)的，導(dǎo)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(dòng)效果不好。針對(duì)以上存在的問題，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了2項(xiàng)改進(jìn)：①采用ZL104鋁合金材料壓鑄成型增壓器是關(guān)鍵零件——泵體；②將伺服系統(tǒng)的控制閥與輔助缸合二為一。采用壓鑄模生產(chǎn)的鋁合金泵體，結(jié)構(gòu)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(dòng)效果好，生產(chǎn)效率高。圖1為改進(jìn)后泵體結(jié)構(gòu)。

2 泵體壓鑄模結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程

根據(jù)泵體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與鑄件生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)了泵體壓鑄模，如圖2所示。模架有4對(duì)導(dǎo)柱導(dǎo)套，導(dǎo)向精度為H7/g6。成型部件由2個(gè)動(dòng)、定模鑲件和18個(gè)側(cè)型芯組成。側(cè)抽芯部件除18個(gè)側(cè)型芯外還有3個(gè)斜導(dǎo)柱、1個(gè)液壓缸、4塊側(cè)抽芯滑塊及8塊滑道組件、4個(gè)銷緊塊。澆注系統(tǒng)由澆口套、分流錐、內(nèi)澆道、內(nèi)澆口及溢流槽組成。頂出部件由頂出機(jī)構(gòu)及復(fù)位桿組成。冷卻系統(tǒng)由3條冷卻水道組成。

泵體壓鑄模工作過(guò)程為：合模時(shí)，動(dòng)模向定模移動(dòng)，通過(guò)復(fù)位桿帶動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)將推桿復(fù)位。與此同時(shí)，三側(cè)面共12個(gè)側(cè)型芯在斜導(dǎo)柱的作用下（6個(gè)側(cè)型芯在液壓缸作用下）同時(shí)沿滑道復(fù)位。合模后，由4年斜楔鎖緊塊鎖死。鋁液在壓鑄機(jī)作用下快速壓入模具腔。經(jīng)保壓后，再通循環(huán)水對(duì)模具進(jìn)行冷卻。開模時(shí)4組滑塊型芯在滑塊、滑道組件和液壓缸作用下，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 澆注系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是壓鑄模設(shè)計(jì)中保證鑄件成型質(zhì)量的關(guān)鍵，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣取決于流道的布局、內(nèi)澆口位置選擇和內(nèi)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(shí)通孔處容易產(chǎn)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(huán)形澆口，金屬熔體沿壓鑄件圓周均勻進(jìn)料，流動(dòng)通暢，充填狀態(tài)理想。分流道和內(nèi)澆口均開設(shè)在動(dòng)模型芯固定板上，為了保證鑄件成型質(zhì)量，盡量采用較大截面的澆口。

為了減少鑄件的內(nèi)部氣孔，提高表面質(zhì)量及力學(xué)性能（殼形件表面質(zhì)量關(guān)系到后加工烤漆等工序能否順利進(jìn)行），設(shè)計(jì)排氣槽和溢流槽是重要的措施之一。模具設(shè)計(jì)時(shí)，考慮在金屬液最先沖擊的模具部位以及內(nèi)澆道側(cè)面金屬夜不易直接填充的“死角”部位設(shè)置溢流槽，以排除鋁合金夜體流動(dòng)前沿的氣體以及混有氣體的冷污金屬夜，穩(wěn)定流態(tài)，減少渦流，改善鑄件質(zhì)量。模具采用環(huán)形澆口，其結(jié)構(gòu)非常有利于排氣，另外4組滑道抽芯機(jī)構(gòu)的配合間隙也有利于排氣。

3.2 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)與在型件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

泵體壓鑄模成型件由定模鑲件、動(dòng)模鑲件及18個(gè)側(cè)型芯組成。動(dòng)、定模鑲件為H7/k6配合并分別固定于動(dòng)、定模板上，再各用4個(gè)螺釘固定。鑲件的使用提高了模具零件的互換性及壽命。動(dòng)、定模鑲件的接觸面即為分型面，為保證泵體質(zhì)量，分型面應(yīng)研磨，分型面設(shè)在泵體直徑最大處。泵體四側(cè)面共有18個(gè)側(cè)型芯，分別以H7/m6配合固定在4個(gè)滑塊中，4個(gè)滑塊以H7/g6配合在滑道組件中運(yùn)動(dòng)，而4個(gè)滑道組件的8塊導(dǎo)向板分別用螺釘、銷釘固定在動(dòng)模板上。3個(gè)側(cè)面方向滑塊（件14、20、36）帶動(dòng)12個(gè)型芯實(shí)施側(cè)向抽芯運(yùn)動(dòng)，一個(gè)側(cè)面方向的滑塊（件27由液壓缸帶動(dòng)）帶動(dòng)6個(gè)型芯實(shí)施側(cè)向抽芯運(yùn)動(dòng)。合板后，安裝18個(gè)側(cè)型芯的4個(gè)滑塊由4個(gè)鎖緊塊（件4、5、8、9）鎖緊。為使18個(gè)型芯側(cè)向運(yùn)動(dòng)順暢，鎖緊塊的楔角應(yīng)大于斜導(dǎo)柱斜角2°~3°，18個(gè)側(cè)型芯與推桿及復(fù)位桿應(yīng)避免發(fā)生干涉。

1.導(dǎo)柱 2.導(dǎo)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(dǎo)柱 11.斜導(dǎo)柱 12.斜導(dǎo)柱 13.滑道組件 14.滑塊 15滑塊型芯 16.動(dòng)模鑲件 17.復(fù)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(dòng)模板

3.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冷卻系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)模具溫度，使之達(dá)到壓鑄工藝規(guī)定的模溫要求，延長(zhǎng)壓鑄模壽命，提高鑄件的密度。對(duì)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?qū)⒁饓鸿T件翹曲變形，同時(shí)冷卻效果的好壞還影響壓鑄件的生產(chǎn)周周期，在動(dòng)、定模上均勻設(shè)了循環(huán)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?yàn)樵撎幾钕冉佑|熔融金屬液，以便以模具溫度進(jìn)行有效控制（冷卻水道模具結(jié)構(gòu)中未畫出）。為保證工作順利與冷卻效果，各冷卻處應(yīng)嚴(yán)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(dòng)、定模的2個(gè)鑲塊及18個(gè)側(cè)型芯，共有22個(gè)零件采用了熱作模具鋼3Gr2W8V。為保證鑄件質(zhì)量及提高模具壽命，對(duì)3Gr2W8V材料進(jìn)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(dǎo)熱性差，為了避免淬火加熱過(guò)程中各部分溫差過(guò)大而產(chǎn)生變形，必須進(jìn)行分段預(yù)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(shí)踐證明，1000~1020℃是微變形淬火溫度區(qū)，只要冷卻方式適當(dāng)，就能達(dá)到減少變形的目的。加熱時(shí)，用多層浸過(guò)錠子油的紙覆蓋零件，然后裝箱用鐵網(wǎng)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(shí)熱應(yīng)力與組織應(yīng)力引起的變形，避免氧化，采用分級(jí)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(wú)氣泡時(shí)轉(zhuǎn)入熱油中繼續(xù)冷卻一段時(shí)間，然后出油空冷，完成馬氏體的轉(zhuǎn)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(zhì)的淬火微變形區(qū)。為防止銷鹽對(duì)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(shí)也會(huì)產(chǎn)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(qū)域，經(jīng)多次試驗(yàn)，采用600~620℃回火，經(jīng)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(jīng)上述工藝處理的泵體壓鑄模零件不僅提高了零件的強(qiáng)韌性，又降低了熱疲勞開裂的傾向，同時(shí)達(dá)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(jīng)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(shè)備簡(jiǎn)單及操作方便等特點(diǎn)，因此，采用氣體氮碳共滲作為處理3Gr2W8V鋼模具零件的表面強(qiáng)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(zhì)量與壽命，對(duì)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(xué)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(qiáng)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(shí)效處理175℃×（9~12）h。該工藝加熱時(shí)間長(zhǎng)，能耗大。通過(guò)正效試驗(yàn)法選擇處理工藝為：190℃×4h空冷，可達(dá)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(guò)度相，β’相與基體呈半共格狀態(tài)，故析出相周圍較弱的彈性應(yīng)變場(chǎng)可引起合金強(qiáng)化。此外，由于β’相之間距離較大則強(qiáng)度又高，位錯(cuò)不是切過(guò)而是繞過(guò)β’相，從而產(chǎn)生強(qiáng)化效應(yīng)。

泵體在280T壓鑄機(jī)上用壓鑄模壓鑄成型，工作過(guò)程如下：在作業(yè)前先檢查機(jī)器、冷卻水是否正常，并核對(duì)壓鑄參數(shù)，然后壓鑄機(jī)壓出鋁液420g，鋁液溫度670±20℃，壓鑄機(jī)壓鑄速度4.3m/s，壓鑄壓力11.5~12MPa，射料時(shí)間4.8~5.5s。熔融鋁液進(jìn)入模具型腔速度0.05m/s，型腔壓力23~24MPa。模具經(jīng)冷卻后開模，取出鑄件。要注意各氣孔出氣應(yīng)流暢。

對(duì)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(jié)束語(yǔ)

模具結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)生產(chǎn)檢難，操作方便、安全，工作穩(wěn)定可靠，鑄件質(zhì)量?jī)?yōu)良，尺寸精度和形狀精度和形狀精度符合設(shè)計(jì)要求，生產(chǎn)效率高，為企業(yè)帶來(lái)了可觀的效益。