汽车制动系统增压器泵体压铸模设计

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1 增压器泵体结构分析

目前汽车伺服制动系统的控制阀与辅助缸是由2个部件用螺钉联接起来的，导致其工作腔密封性不高，助力比与增压比不大，刹车灵敏度不高，制动效果不好。针对以上存在的问题，对其结构进行了2项改进：①采用ZL104铝合金材料压铸成型增压器是关键零件——泵体；②将伺服系统的控制阀与辅助缸合二为一。采用压铸模生产的铝合金泵体，结构更紧凑，提高了密封性能和真空度，助力比大，刹车灵敏度及制动效果好，生产效率高。图1为改进后泵体结构。

2 泵体压铸模结构与工作过程

根据泵体的结构特点与铸件生产要求，设计了泵体压铸模，如图2所示。模架有4对导柱导套，导向精度为H7/g6。成型部件由2个动、定模镶件和18个侧型芯组成。侧抽芯部件除18个侧型芯外还有3个斜导柱、1个液压缸、4块侧抽芯滑块及8块滑道组件、4个销紧块。浇注系统由浇口套、分流锥、内浇道、内浇口及溢流槽组成。顶出部件由顶出机构及复位杆组成。冷却系统由3条冷却水道组成。

泵体压铸模工作过程为：合模时，动模向定模移动，通过复位杆带动顶出机构将推杆复位。与此同时，三侧面共12个侧型芯在斜导柱的作用下（6个侧型芯在液压缸作用下）同时沿滑道复位。合模后，由4年斜楔锁紧块锁死。铝液在压铸机作用下快速压入模具腔。经保压后，再通循环水对模具进行冷却。开模时4组滑块型芯在滑块、滑道组件和液压缸作用下，实现径向抽芯，然后在推杆18、垫板23、推杆固定板24共同作用下，挡钉22限位移电流。

3 泵体压铸模设计要点

3.1 浇注系统与排气系统设计

浇注系统设计是压铸模设计中保证铸件成型质量的关键，浇注系统设计的优劣取决于流道的布局、内浇口位置选择和内浇口断面尺寸的确定等。

泵体铸件为圆筒形，且周边有通孔，压铸成型时通孔处容易产生熔接痕，为了解决该问题，并使圆周流速大致相同，采用了环形浇口，金属熔体沿压铸件圆周均匀进料，流动通畅，充填状态理想。分流道和内浇口均开设在动模型芯固定板上，为了保证铸件成型质量，尽量采用较大截面的浇口。

为了减少铸件的内部气孔，提高表面质量及力学性能（壳形件表面质量关系到后加工烤漆等工序能否顺利进行），设计排气槽和溢流槽是重要的措施之一。模具设计时，考虑在金属液最先冲击的模具部位以及内浇道侧面金属夜不易直接填充的“死角”部位设置溢流槽，以排除铝合金夜体流动前沿的气体以及混有气体的冷污金属夜，稳定流态，减少涡流，改善铸件质量。模具采用环形浇口，其结构非常有利于排气，另外4组滑道抽芯机构的配合间隙也有利于排气。

3.2 侧向抽芯机构与在型件结构设计

泵体压铸模成型件由定模镶件、动模镶件及18个侧型芯组成。动、定模镶件为H7/k6配合并分别固定于动、定模板上，再各用4个螺钉固定。镶件的使用提高了模具零件的互换性及寿命。动、定模镶件的接触面即为分型面，为保证泵体质量，分型面应研磨，分型面设在泵体直径最大处。泵体四侧面共有18个侧型芯，分别以H7/m6配合固定在4个滑块中，4个滑块以H7/g6配合在滑道组件中运动，而4个滑道组件的8块导向板分别用螺钉、销钉固定在动模板上。3个侧面方向滑块（件14、20、36）带动12个型芯实施侧向抽芯运动，一个侧面方向的滑块（件27由液压缸带动）带动6个型芯实施侧向抽芯运动。合板后，安装18个侧型芯的4个滑块由4个锁紧块（件4、5、8、9）锁紧。为使18个型芯侧向运动顺畅，锁紧块的楔角应大于斜导柱斜角2°~3°，18个侧型芯与推杆及复位杆应避免发生干涉。

1.导柱 2.导套 3.定模板 4.锁紧块 5.锁块 6.浇口套 7.定模镶件 8.锁紧块 9.锁紧块

10.斜导柱 11.斜导柱 12.斜导柱 13.滑道组件 14.滑块 15滑块型芯 16.动模镶件 17.复位杆

18.推杆 19.滑道组件 20.滑块 21.型芯 22.挡钉 23.垫板 24.推杆固定板 25.模脚 26.滑道组件 27.滑块 28.压板 29.连接柱 30.液压缸 31.螺母 32.连接器 33.滑块大型芯 34.滑块小型芯 35.滑道组件 36.滑块 37.滑块型芯 38.分流锥 39. 动模板

3.3 冷却系统设计

冷却系统用于调节模具温度，使之达到压铸工艺规定的模温要求，延长压铸模寿命，提高铸件的密度。对于壳形铸件，模具温度的均匀性比一般零件要求更高，冷却不匀将引起压铸件翘曲变形，同时冷却效果的好坏还影响压铸件的生产周周期，在动、定模上均匀设了循环冷却水道，并在浇口套和分流锥的外部开了螺旋槽，通水加以冷却，因为该处最先接触熔融金属液，以便以模具温度进行有效控制（冷却水道模具结构中未画出）。为保证工作顺利与冷却效果，各冷却处应严格密封，防止泄漏。

3.4 模具主要零件的选材与热处理

泵体压铸模中的浇口套、分流锥、动、定模的2个镶块及18个侧型芯，共有22个零件采用了热作模具钢3Gr2W8V。为保证铸件质量及提高模具寿命，对3Gr2W8V材料进行了微变形淬火处理与氮碳共渗处理。

3Gr2W8V钢中W、Cr、V含量较高，导热性差，为了避免淬火加热过程中各部分温差过大而产生变形，必须进行分段预热，具体热处理工艺如图3所示。

3Gr2W8V钢的淬火温度是决定模具变形大小及抗热疲劳性能的主要因素。实践证明，1000~1020℃是微变形淬火温度区，只要冷却方式适当，就能达到减少变形的目的。加热时，用多层浸过锭子油的纸覆盖零件，然后装箱用铁网隔开，这样既可保证不渗碳又可保证零件的表面粗糙度。为了减少冷却时热应力与组织应力引起的变形，避免氧化，采用分级冷却的方式。先在箱中冷却至550~650℃，再淬入硝盐浴中分极冷却，待无气泡时转入热油中继续冷却一段时间，然后出油空冷，完成马氏体的转变。3Gr2W8V钢冷却选择硝盐冷却至460~500℃，热油冷却至130~140℃，这是冷却介质的淬火微变形区。为防止销盐对零件的腐蚀作用，冷却后用100℃沸水清洗零件，然后用砂纸打光表面并立即回火。3Gr2W8V钢零件回火时也会产生变形，为控制回火中的变形，选择既能提高韧性又有减少变形的温度区域，经多次试验，采用600~620℃回火，经二次回火，模具的尺寸与淬火前尺寸相比只缩小0.02~0.04mm，这样便修磨、打光与抛光，回火硬度48±2HRC。经上述工艺处理的泵体压铸模零件不仅提高了零件的强韧性，又降低了热疲劳开裂的倾向，同时达到了微变形的目的，零件淬、回火后圆度误差极小。

Gr2W8V钢模具零件经气体氮碳共渗处理，表面硬度1100HV0.1耐磨性3Gr2W8V钢淬火、回火处理的6.46倍，气体氮碳共渗快冷具有最佳的耐磨性能和较好的抗冲击性能。气体氮碳共渗还具有周期短、易返修、设备简单及操作方便等特点，因此，采用气体氮碳共渗作为处理3Gr2W8V钢模具零件的表面强化工艺是较适用宜的，能大大提高泵体压铸模具的寿命。

4 泵体材料处理与成型工艺

为提高泵体成型质量与寿命，对泵体材料处理与成型工艺提出了较高要求。泵体采用铝合金ZL104，主要化学成分为：镁0.17%~0.3%，硅8%~15%，锰0.2%~0. 5%，其余为铝，性能为：抗拉强度σb≥MPa，硬度70HBS。一般热处理工艺为：ZL104铝合金在金属型腔中浇注成型，（535±5）℃×5h固溶，时效处理175℃×（9~12）h。该工艺加热时间长，能耗大。通过正效试验法选择处理工艺为：190℃×4h空冷，可达到σb=192~290MPa，δs=3.0%~4.0%，硬度85~95HBS。泵体性能得到极大改善。这是由于沉淀析出了β’过度相，β’相与基体呈半共格状态，故析出相周围较弱的弹性应变场可引起合金强化。此外，由于β’相之间距离较大则强度又高，位错不是切过而是绕过β’相，从而产生强化效应。

泵体在280T压铸机上用压铸模压铸成型，工作过程如下：在作业前先检查机器、冷却水是否正常，并核对压铸参数，然后压铸机压出铝液420g，铝液温度670±20℃，压铸机压铸速度4.3m/s，压铸压力11.5~12MPa，射料时间4.8~5.5s。熔融铝液进入模具型腔速度0.05m/s，型腔压力23~24MPa。模具经冷却后开模，取出铸件。要注意各气孔出气应流畅。

对于成型的铸件，要求50模后检查所有的孔穴是否有拉痕和孔芯继裂，检查表面是否有缺损、疏松、气泡等缺陷。

5 结束语

模具结构紧凑，经生产检难，操作方便、安全，工作稳定可靠，铸件质量优良，尺寸精度和形状精度和形状精度符合设计要求，生产效率高，为企业带来了可观的效益。