0 引言

长期以来， 差速器壳体常选用球墨铸铁材质；球 铁强度高，韧性、塑性好，且成本较低。然而球墨铸 铁件的质量较大，不能满足煤矿用洒水车轻量化设 计需要。于是，本课题以铝合金材质取代球墨铸铁， 研制出了一套高效的压铸生产技术，实现了批量化 生产；所制得的差速器壳体性能良好，同时符合煤 矿用洒水车轻量化设计要求。

1 铸件结构特征与技术指标

差速器壳体铸件结构如图1 所示。作为煤矿用 洒水车传动系统的核心部件， 起到动力传输的作 用。其结构复杂，壁厚差别较大；该铸件的性能直接 关系到差速器的正常、稳定工作，因而对压铸毛坯 的质量要求苛刻， 在铸件内部不允许出现冷隔、缩 松、缩孔等；要求铸件内部品质需达到ASTM E505 二级。对铸件气密性要求尤为严格：在80 kPa 气压 环境下，最大泄漏量不大于9.0 mL/min。

2 压铸生产技术

2.1 工艺方案的仿真模拟

在试制过程中， 在铸件内部容易形成局部缩 孔、冷隔缺陷，废品率较高。因而，借助MAGMA 对 金属液充型与温度场分布情况进行仿真模拟；其结 果如图2~图5 所示，为工艺方案的优化提供重要的 参考依据。

整个充型过程较为平稳，未出现大规模的卷气 现象，见图2；合金液流经内浇口时，未出现明显的 紊流、窜流现象，这表明内浇口速度选取较为合理， 见图3； 金属液与空气相接触的部位主要分布在渣 包等位置，这表明溢流槽设置合理，见图4；可在铸 件底部合理设置抽真空通道，降低在铸件底部形成 气孔缺陷的可能。

2.2 真空压铸技术

铸件外形尺寸偏大（320 mm×330 mm×180 mm）， 结构繁杂；抽芯较多，浇道布置困难。尽管图2 与图 3 的仿真结果显示：铸件充型过程较好，未出现明显 的卷气、紊流等现象；然而图4 中，空气与铸件底部 之间大面积接触，容易形成气孔。需在模具中相应部位增设抽真空通道，尽可能地降低气孔缺陷。

真空压铸工艺：借助自主研发的压铸模具抽真 空系统，在溢流槽等位置新增抽真空通道；抽真空 系统根据传感器信号，对真空泵实现闭环控制。真 空泵的功率需满足在压铸过程中，可快速将模具型 腔抽真空的条件；从而有效降低了在铸件内部形成 局部气孔缺陷的可能。

2.3 局部增压与模温控制技术

图6 为合金液充型时的温度场分布情况， 图7 为热节分布情况。分析图5 与图7 可知， 需在图5 中的孤立液相区域与图7 中的热节部位施加局部 增压；增强这些部位的补缩能力，进而消除其铸造 缺陷，提升铸件组织的致密度。

根据图6 中的温度场分布与图7 中的热节分 布情况得出：在模具中，热节部位的温度相对较高； 需在相应部位新增局部冷却通道，用以模具温度的 控制。结合铸件形状、结构特征，以多通道冷却水进 出口取代常规的单一的冷却水进出口；有利于提升 模具的冷却速度，更有利于模温控制。同时，在模具 相应部位实施表面涂覆处理；减轻高温、高压金属液 对模具的热冲击效果，有助于延长模具的服役寿命。

2.4 脱模剂自动配比压送技术

为了防止因喷涂效果不良而形成铸造缺陷，确 保铸件工业生产的稳定性与连续性， 生产过程中， 采用自主研发的脱模剂自动配比压送系统。与常规 的手工配比脱模剂相比， 该系统不受人为因素影 响，其脱模剂的纯度、浓度均保持不变。不会出现手 工配比的脱模剂用完之后， 重新配比的脱模剂浓 度、纯度发生变化的情况。同时，配上新引进的自动 化设备，如自动喷涂机、自动取样机械手、铸件输送 带等，铸件性能稳定，实现了差速器铝合金壳体的 批量化生产。

3 气密性检测

合理采用上述压铸生产技术，对所制备出的产 品进行性能测试。由于产品气密性最为严格，这里 仅对其气密性进行检测。由于常规的气密性测试装 置不具有良好的可重复性，对常规的试验装置进行 适当改造：

（1）缩减等效容积依照泄漏量来进行试验参数调节，从而提升压差变化灵敏度。

（2）填充物采用尼龙，降低充气之后因填充物 体积变化所引起的干扰。

（3）检测过程中，以线密封取代面密封，防止因 密封胶块的形变对测试结果产生影响。

改造后的试验装置如图8 所示。差速器壳体在 Δp=（80±2）kPa 的气压下， 其最大泄漏量为7.1~8.7 mL/min；其气密性满足要求。

4 结语

（1）借助MAGMA 对铸件压铸工艺方案进行仿 真，有效融合真空压铸、局部增压技术；增强了铸件 组织的致密度，减轻了铸造缺陷，提高了铸件品质；

（2）采用自主研发的脱模剂自动配比技术，结 合新引入的自动化设备；实现了铸件的工业级批量 化生产；

（3）经气密性检测，在（80±2）kPa 的气压下，其 最大泄漏量为7.1~8.7 mL/min，其气密性满足要求。