*贵州省自然科学基金项目（黔科合基础JC(2016)1026）；贵州省教育厅青年人才成长项目（黔教合KY 字[2017]101）摘要：采用UG 建模和Anycasting 软件，对汽车前支架消失模铸造工艺进行设计，并对其成型过程进行了数值模拟。结果表
明：设计的消失模铸造工艺可以代替传统砂型铸造，满足汽车前支架的生产要求。通过数值模拟发现，前支架缺陷主要集中在肋板顶端和圆孔外缘一些曲率较大的部位，但是出现的面积并不多，可以满足生产要求。关键词：球墨铸铁；汽车前支架；消失模铸造中图分类号：TP249.2
文献标识码：A
文章编号：1009－9492(2019)05－0077－03
Process Design of Lost Foam Casting for Automobile Front Bracket养蜂专用车
FEI Jin 1，LIN Bo 2
（1.GAC Honda Motor Co.，Ltd.，Guangzhou 510700，China ；2.Guizhou University ，Guiyang 550025，China ）
Abstract:The process of lost foam casting for automobile front bracket and the numerical simulation of filling process were designed by
UG modeling and Anycasting software.The lost foam casting process designed in this paper can replace the traditional sand casting and
meet the production requirements of automobile front bracket.Through numerical simulation ，it is found that the defects of front bracket mainly concentrate on the top of rib plate and the outer edge of circular hole where the curvature is larger.However ，the area of front bracket is not large enough to meet the production requirements.
Key words:spheroidal graphite cast iron ；automobile front bracket ；lost foam casting
汽车前支架消失模铸造工艺设计
*
费劲1，林
波2
（1.广汽本田汽车有限公司，广东广州
510700；2.贵州大学，贵州贵阳
550025）
DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2019.05.023
0引言
汽车前支架是汽车行驶系统中的一个重要构件，它的功用是将汽车在行驶过程中路面作用于车轮上的力传递到车架上，以保障车辆的正常行驶，这就要保证其具有足够的设计强度[1]。传统的汽车前支架为球铁件，采用砂型铸造、熔模铸造的方法成形，生产周期长，质量不稳定
[2-3]
。消失模铸造技术（简称EPC ）是一种近无余
量、精确成形的技术，被称为“代表21世纪的铸造的新技术”之一
[4-5]
。为了适应节能减排、绿发展的趋势，
采用消失模铸造工艺代替传统的砂型铸造来生产汽车前支架，变得越来越有优势。本文采用UG 建模
和Anycasting 软件，对汽车前支架消失模铸造工艺进行了设计，并对其铸造过程进行了数值模拟。
1产品结构分析
零件的轮廓尺寸为171.6mm×168.5mm×89.5mm ，最大壁厚为14mm ，最小壁厚为6mm 。最大孔径83.2mm ，最小孔径12.5mm ，属于小型件。利用UG 软件测定零件质量2.06kg 。从零件三维图可以看出零件结构较为复杂，有两处相互反向的内腔结构，而且面与面之间不垂直，成一
角度，肋板与底板之间也成一角度，而且零件本身也不是规则形状。
2铸造性能分析
本零件结构复杂，有两处内腔结构，而且面与面之间不垂直，肋板与底板之间成一角度，而且零件本身也不是规则形状。对于这个零件若采用砂型铸造，砂芯设计以及抽芯会十分困难。而消失模铸造方法没有分型和必须取模的铸造工艺，减少了铸造工艺性方面的要求，使铸件设计受到的约束大大降低。泡沫模样不需芯子的优点，可使设计者精确地铸出复杂内腔，甚至是多内腔的铸件。因此，比较来看，汽车前支架制造采用消失模铸造比砂型铸造更适合。
结合要求和原则看铸件结构。通过测量可以得知，前支架零件最大壁厚为14mm ，最小壁厚为6mm ，壁厚较均匀，没有较深、较细的盲孔；零件本身属于支架类零件，不是细、长件或大平板零件，无
需设置工艺加强部分，满足铸件结构的可填充性和抗变形性。通过观察铸件三维图（图1）可以看出，在肋板和底板之间以及腔体与肋板之间
均使用了圆角平滑过渡，腔体凹槽以及通孔边缘也设置了
圆角，大大降低了铸件产生应力集中、裂纹、缩孔、缩松等缺陷的概率。从整个零件来看，虽然肋板、地板以及腔体部分之间相互连接都不是垂直连接，但整体还是比较合理，可满足液态金属的顺序凝固原则。综上分析表明，该汽车前支架满足消失模铸造的铸造工艺性要求。
3铸造工艺设计
3.1铸造工艺参数的设计
对消失模铸造工艺中可铸最小壁厚和可铸孔径进行分析，发现该零件最小壁厚为6mm （＞4mm ），最小孔径为12.5mm （＞8mm ），所以该零件最小壁厚和最小铸出孔均符合铸造要求[6]。根据该零件尺寸和材料可判断，铸件机械加工余量侧面和底面为3mm ，顶面3.5mm （示意图见图2，侧/底面加工余量见图左所有凸缘部分，顶面加工余量见图右深部分），因为消失模铸造工艺采用干砂造型，不需要起模、下芯、合箱等工序，无需设计脱模斜度[7]。由于起模时模具与模样间有一定的摩擦阻力，在制作EPS 模样过程中，对于模具的设计考虑了0.5°的脱模斜度。
atx7903.2浇注系统设计
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根据前支架铸件结构特点看，前支架最大尺寸为171.6mm ，最大壁厚为14mm ，壁厚较均匀，属于壁薄矮小铸件。由于壁薄矮小，顶注式浇注充型快，可得外表光洁，内部质量也很好的铸件。而且，顶注式浇注系统结构
简单，方便造型。此外，从消失模铸造工艺来看，前支架铸件是薄矮小铸件，这类铸件模样气化量小，气体完全可以从真空泵强行抽离砂箱，因此虽然可能引起氧化，但影响小。至于顶注式会带来的塌箱垮型问题，在这种壁薄矮小铸件中无需担心。虽然气化是在整个铸型内进行，但因为浇注时间很短，在砂箱内真空度下降到临界值之前，金属液已经完全充满型腔，而且表面已经结壳。这种在铸件外表面的凝固壳层具有一定的强度，弥补了铸型强度下降的不足，因此可以完全避免浇注时出现塌箱的现象。所以，本设计中采用顶注式浇注系统。浇注系统设计如图3所示。
3.3泡沫塑料模的制造
模样材料选为聚苯乙烯（EPS ），经过预发泡、干燥、熟化处理后，进行模压成型[8]。由于成型零件较复杂，本设计中将模样进行拆分，分别成型后，再采用热熔焊粘结法装配模样与浇注系统。其装配示意爆炸图如图4所示。
3.4造型与振动紧实
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选择宝珠砂作为造型材料[8]。消失模铸造用砂箱与砂型铸造用砂箱的结构大有不同。为了满足加砂、紧实及抽真空的需要，砂箱常为单向开口的桶型结构。消失模铸造用砂箱通常由箱体、底座、真空室、定位块等组成。在砂箱的选用上，采用带夹层式真空室结构的侧抽式砂箱，即在砂箱的两侧设置真空室。与普通铸造相比，消失模铸造的造型操作简单方便，无论铸件结构是否复杂都一样。造型过程主要分成填料加砂和振动紧实。在造型材料填满砂箱后，要用塑料薄膜覆盖箱口以达到密封目的，再通过真空泵，使砂箱内达到一定真空。对密封用的塑料薄膜要求
密封不透气、经济来源广、在高温下燃烧分解的气体无毒
图1
铸件三维图
图2
铸件加工余量示意图
图3
浇注系统设计
图4
泡沫塑料模装配示意爆炸图
或少毒。本设计选择聚苯乙烯（PS ）塑料薄膜作为消失模铸造的密封膜，一般厚度以0.05mm 左右为好。造型后的合箱图如图5所示。
4计算机模拟
汽车保险多少钱一年4.1充填分析
通过充型模拟可以发现（图6），充型过程总时间为5.53s ，跟计算结果5s 相比，属于误差范围之内，符合要求。充型过程中，金属液在重力作用下依次经过直浇道、
横浇道、内浇道进入型腔。液面自下而上升高，充型过程较为平稳，没有明显卷气现象。充型过程满足生产要求。4.2铸造缺陷概率分析
通过概率缺陷参数分析可以看出（图7），缺陷比较的
部位主要是侧肋板顶部和圆孔上方靠近内浇口的部位。但是出现的面积并不多，在允许范围之内，该浇注方案满足要求。
5结束语
（1）采用消失模铸造的工艺方法代替传统的砂型铸造，来生产汽车前支架，达到适应节能减排、绿发展趋势的目的。采用UG 建模的方法，对汽车前支架消失模铸造工艺进行了设计，包括铸造工艺参数设计、浇注系统设计、泡沫塑料模的制造、振动与紧实工艺设计等。
（2）采用Anycasting 对汽车前支架消失模铸造成型过程进行了数值模拟，结果发现，缺陷主要集中在肋板顶端和圆孔外缘一些曲率较大的部位，但是出现的面积并不多，该顶注式方案可以满足生产要求。
参考文献：
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出版社，2011.
［8］黄天佑.铸造手册：造型材料［M ］.北京：机械工业
出版社，2012.第一作者简介：费
劲，男，1975年生，四川乐山人，博
士，高级工程师。研究领域：汽车整车及零部件制造技术、质量控制和管理。
(编辑：阮毅)
图5
合箱图
图6
充填分析
图7概率缺陷分析