表面网状筋在铝合金铸件中的应用

杜 磊

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000）

1 引言

随着全球汽车保有量增加，各车企间在不断升级新车型的同时，需要进一步降低传统燃油车能耗，为满足汽车零部件轻量化要求，越来越多的零件采用铝合金材质设计并制造。压铸过程可得到尺寸精度高，轮廓清晰，外观质量好的铸件，而压铸是将熔融合金在高压、高速条件下填充模具型腔，并在高压下冷却凝固成型，所以金属液在型腔内流动状态及加工面质量是压铸过程的关键点。

2 铸件分析

高压压铸过程中，金属液流经模具型腔，因型腔形状特征交织复杂，因高压压铸金属液流动呈紊流态，金属液流态紊乱后热量聚集，同时在局部铸件侧壁出现金属液包卷现象，如图1所示。

图1 金属液流向

现有设计存在以下缺点：

（1）紊态金属液冲击铸件侧壁时，因热量高散热不及时导致侧壁粘铝严重，铸件易出现拉伤、缺肉等外观缺陷。

（2）铸件侧壁加工表面金属液无法直接附着，包卷气体在最终金属液整体充满型腔时被打散并弥散在铸件加工表面，加工后易出现气孔缺陷。

3 铸件表面结构优化

结合模拟分析针对铸件中局部位置进行结构优化，不同功能位置网状筋结构有所不同：

（1）为避免金属液流动时热量无法迅速散失，在铸件侧壁设计交叉结构网格筋以增加铸件侧壁与金属液接触表面积来带走金属液释放的过多热量，如图2所示。

图2 铸件表面网格筋

（2）在加工表面设计网格筋结构，当包卷气体汇集在加工表面时因网格筋交错布置，聚集的气体因表面张力相互吸引，故可将打散的气体集中至网格筋内，避免加工后出现表面气孔缺陷。

4 网状筋结构设计细节

（1）交叉型表面网格筋结构如图3所示，交叉筋位中心间距分别为L、L1，沿水平方向呈角度b°,网格筋截面形状呈半圆形，直径φD，网格筋距铸件表面高度H。设计时需遵循原则：当D=1时，L=L1=3±0.5；当D=2时，L=L1=5±1，当L、L1不相等时，L≤1.5L1，角度b°取0°、30°、45°、60°；选取网格筋尺寸时需根据铸件表面空间、结构等因素，结合设计原则确定最终网格筋设计尺寸、形状及分布。

图3 交叉型表面网格筋结构

（2）网格筋工作原理，当金属液到达铸件侧壁时，金属液中气体在经过相互交织的网格筋时被网格筋吸收，达到将弥散气体聚集的作用；同时因网格筋半圆弧结构，铸件侧壁表面积大于无网格筋结构时铸件表面积,如图4所示。

图4 金属液流经网格筋截面图

5 结论

（1）通过在铸件局部增加交叉型表面网格筋结构，可实现在不影响铸件功能的前提下加强局部深腔、根部R角等易拉模出裂纹位置。

（2）加工表面设计交叉型表面网格筋结构，将加工表面弥散的细小气孔汇集至网格筋内，加工时可直接将缺陷去除，提升铸件合格率。

（3）光顺的铸件大面，在金属液长期冲刷时易出现早期龟裂、掉肉现象，可使用大面网格筋结构将铸件大面分隔为网状型面，可有效降低铸件早期失效。