文:陕西法士特齿轮有限责任公司马洪

摘要：随着汽车轻量化技术的深入发展，大型压铸件的结构复杂度与尺寸规格显著提升，其浇排系统设计也趋于精细化。传统切边模去除工艺在面对多层渣包、复杂排气枝及厚壁内浇口时，暴露出自动化程度低、劳动强度大及铸件损伤风险高等问题。以重卡变速器压铸壳体为研宅对象，提出“剪-磕-敲-锯”组合式自动化去除方案，通过液压剪切、机械臂磕碰、气锤敲击及精密锯切的协同作业，实现了复杂浇排系统的高效去除，为同类复杂压铸件的后处理工艺提供了创新思路。

关键词：压铸工艺；变速器壳体；浇排系统；自动化去除；组合工艺

压铸作为金属液态成型领域的核心技术，凭借高精度、高效率及复杂结构成型能力，在汽车零部件制造中占据重要地位，压铸技术作为铝合金零件生产的一种重要工艺，具有较高的成型精度、生产效率以及优良的表面质量，适合大批量自动化生产，在铸造产业中占据了越来越高的地位。《中国压铸行业发展报告（2024）》显示，全球压铸件市场规模已突破8000亿元，其中汽车用压铸件占比达65%以上。随着“双碳”目标的推进，铝合金压铸件因密度低（2.7g/cm³）、比强度高（≥200MPa）等特性，成为汽车轻量化的关键技术路径。以重卡变速器为例，铝合金壳体较传统铸铁件减重达40%，燃油效率提升5%-8%。

浇排系统作为压铸模具的“血液循环系统”，其核心功能是引导金属液平稳充型、排除型腔气体并收集冷料。现代压铸件为解决气孔、冷隔等缺陷，普遍采用多层渣包（如3-5层立体分布）与网状排气枝结构。研究67051015-1DC变速器压铸壳体，其浇排系统包含9个厚壁内浇口（厚度5.7mm）、40个立体渣包及4条连通排气枝。然而，该壳体在去除浇排系统环节存在三大难题：

（1）40个立体渣包分布跨越3个高度层且彼此穿插连接，机械臂一次磕碰到位率不高；

（2）传统切边模工艺由于过程定位偏差故障率较高；

（3）9个厚壁内浇口采用人工去除时，工人劳动强度大且存在粉尘危害。针对上述问题，笔者提出了“剪-磕-敲-锯”组合式自动化去除方案以应对此类复杂结构。

1、铸件特性及浇排系统设计

1.1 铸件技术参数

目标铸件为AMT重卡变速器壳体，外形尺寸520mm×420mm×325mm，平均壁厚7mm，质量33kg，采用ADC12铝合金压铸成形，其结构特点包括：

（1）多向凹凸特征：内腔包含复杂齿轮箱腔体、传感器安装孔等特征。

（2）薄壁-厚壁过渡：法兰连接部位壁厚达15mm，与薄壁区域形成显著热节。

（3）立体浇排网络：浇道呈放射状分布，渣包沿铸件轴向三层布置，排气枝通过ϕ8mm通道贯通上下层渣包，如图1所示。

1.2 浇排系统设计要点

该铸件的浇排系统设计遵循“顺序充型-梯度排气-高效集渣”的原则。

（1）内浇口设计：采用9个扇形内浇口，宽度25-30mm，通过增大接触面积降低金属液的冲刷速度，控制在30-40m/s，减少卷气风险。

（2）渣包布局：①顶层渣包：布置于铸件顶部法兰边缘，用于收集最先进入型腔的冷料；②中层渣包：分布于内腔两侧，通过ϕ10mm排气枝与外部连通；③底层渣包：设置于铸件底部凸台处，配合盲孔结构增强集渣效果。

（3）排气系统：采用“主排气道+枝状排气枝”组合，主排气道截面积50mm²，排气枝截面积10-15mm²，确保型腔气体迅速排出。

1.3 传统工艺的局限性

（1）切边模工艺：需预先通过机械臂磕碰去除渣包，但40个渣包分布于铸件的两端及内腔，分布跨越3个高度层且彼此穿插连接，机械臂一次磕碰到位率只有85%，且机械臂在磕碰过程中因受力不均（峰值载荷达500N）导致定位偏差，误差≥2mm，切边模故障率高达15%。

（2）人工处理：单个铸件渣包去除需耗时200s，浇道锯切需额外300s，且粉尘浓度超标，实测为8.5mg/m³，高于国标限值4mg/m³，工人日均劳动强度相当于搬运1.5t重物。

2、组合式去除方案的技术创新

根据铸件特性以及加工难点，考虑到传统工艺的局限性，创新性地提出了组合式去除方案。该方案设计时充分考虑了传统去除方案的难点与弊端，如机械臂一次磕碰到位率只有85%、切边模故障率高达15%、工人劳动强度大等问题。创新点主要体现在工艺路线设计及采用的设备两方面。

2.1 工艺路线设计

针对该铸件的结构特点，创新性提出“剪-磕-敲-锯”四步工艺链，通过模块化设备集成，实现从排气枝剪断到浇道锯切的全流程自动化，新的工艺流程如图2所示。

2.2 关键设备与工艺参数

2.2.1 液压剪切断技术

设备选型：采用YJ-160型液压剪，如图3所示，最大剪切力160kN，刀口宽度40mm，适配ϕ8-12mm的排气枝，工作状态如图4所示。

工艺参数：剪切速度50mm/s，单次剪切耗时2.5s；针对4条排气枝分8刀剪切，总耗时20s。

2.2.2 机械臂磕碰工艺

工具配置：磕碰工装如图5所示，磕碰状态如图6所示。

执行机构：ABBIRB4600机械臂，负载110kg，重复定位精度±0.06mm。

运动轨迹：采用“垂直震荡+水平旋转”复合运动，震荡频率2Hz，旋转角度±45°，单次磕碰循环耗时3s。

效果数据：32个外层渣包的平均去除时间为96s，磕碰力控制在200-300N，铸件表面冲击形变≤0.1mm。

2.2.3 气锤敲击工艺

工具配置：英格索兰2130Ti气锤，冲击频率2000bpm，冲击力50-150N，配备长度300mm的加长杆，如图7所示，工作状态如图8所示。

路径规划：8个渣包采用“先侧面后内腔”的顺序，单次敲击耗时3s，共计24s。

工艺优化：针对距离铸件本体＜5mm的敏感区域，采用分段敲击，每次冲击行程5mm，避免应力集中导致局部变形。

2.2.4 精密铝切工艺

设备配置：带锯床采用双立柱结构，锯条线速度20m/s，配备伺服进给系统，进给精度±0.05mm，如图9所示。

夹具设计：采用三点定位工装，通过气动压板固定铸件，夹紧力8kN，锯切路径与内浇口轴线夹角控制在5-8°，如图10所示。

质量控制：锯切后残留浇口厚度≤1mm，表面粗糙度Ra≤6.3μm。

3、应用效率及质量提升

3.1 效率对比

为了验证组合式去除方案的效率提升情况，在同一压铸岛采用传统切边模、人工、组合式自动化方案三种工艺各连续生产10个班次67051015-1DC壳体铸件，分别统计不同工艺浇排单件的处理时间、故障率及日产能，最后取10个班次的平均值，结果如表1所示。

3.2 实际质量提升

传统切边模利用切边机提供压力，采用刀口去除铸件浇道，该方案铸件有崩缺问题，需设置大的安全余量，导致铸件浇排残留量大。人工去除时采用手持锯进行操作，存在浇排高度不统一及铸件搬运过程的磕碰问题。组合式去除方案浇排残留高度可以精确控制，且不存在崩缺及磕碰问题。各统计300件不同工艺方案下的浇排残留高度及磕碰或损伤铸件数量，表现结果如表2所示。

由表2可见，采用传统切边模、人工、组合式自动化方案三种工艺，浇排残留量从平均3mm降至了1mm；铸件损伤率从3%降至1.2%，磕碰、敲击区域无肉眼可见凹痕。

此外，还改善了工作环境，大幅降低了工人的劳动强度。

4、结论与展望

4.1　技术创新

（1）工艺集成化：通过“剪-磕-敲-锯”模块化组合，突破了传统单一工艺的局限性，实现复杂浇排系统的全流程自动化处理。

（2）柔性化设计：机械臂+可更换工装的配置，使该方案适用于相似结构的多品种铸件（如不同型号变速器壳体），换型时间≤30min。

（3）质量-效率协同优化：处理周期与压铸机节拍高度匹配（195svs200s），实现了“压铸-去浇排”的无缝衔接。

4.2 发展展望

智能化升级：可引入AI视觉检测系统，实时识别浇排残留缺陷并触发自动补加工，将良品率提升至99%以上。

绿色制造：可开发切削液循环利用系统（回收率≥95%）及废屑集中处理装置，进一步降低环境负荷。

多轴联动技术：探索六轴机械臂在复杂内腔处理中的应用，实现“无死角”去浇排，拓展工艺适用范围