压铸孔加工中存在的位置度问题的分析与解决

肖 颖

（西安理工大学，西安 710054）

随着国内经济的发展和人民生活水平的提高，国内汽车销量直线上升，而汽车发动机及变速箱等零件的生产在很大程度上推动了国内压铸件产业，尤其是铝合金压铸件产业的发展。随着人们环境保护观念的日益增强，国内汽车轻量化呼声越来越高，汽车行业内部的优化升级也逐渐落实，逐步用铝铸件代替灰铁铸件，这就使铝合金压铸件的需求量不断高涨。同时，铝铸件还具有尺寸精确、表面粗糙度高等优点。

铝合金铸件一般采用砂型模或金属模将加热为液态的铝或铝合金浇入模腔，而得到的各种形状和尺寸的铝零件或铝合金零件[1]。压铸件是一种压力铸造的零件，是使用装好铸件模具的压力铸造机械压铸机，将加热为液态的铜、锌、铝或铝合金等金属浇入压铸机的入料口，经压铸机压铸，铸造出模具限制的形状和尺寸的铜、锌、铝零件或铝合金零件。相对铝合金铸件来讲，其位置精度更高、尺寸更精确。下面结合实际情况，从铸造精度、加工位置精度、加工成本、生产效率等方面对铝合金压铸孔的加工进行探讨。

汽车类零件的孔分类一般包含轴承孔、定位孔、连接孔等几种。这里主要谈论连接孔的加工，它一般对于轴承孔和定位孔比较重要，因此铸造时都会留出足够的余量并保证一定精度，它在加工过程中也是定位及加工的基准。那么，对于只起连接作用的螺栓过孔和螺纹底孔，可以考虑按压铸到最终尺寸和预铸孔留加工余量两种方案进行。

1 直接压铸到最终尺寸

以某汽车零件为例（见图1），该零件采取了对连接孔孔系直接压铸到尺寸的方案，抽取3个毛坯采用三坐标测量手段对连接孔系相对中心毛坯孔的位置度进行检测，结果如表1所示。

由表1数据可以看出，直接压铸连接孔相对中心毛坯孔位置度在φ0.4mm左右。随后对此三件毛坯进行加工，加工后对连接孔孔相对中心轴承孔的位置度进行检测，结果如表2所示。

图1 某汽车零件

由表2数据可以看出，在加工完轴承孔后，孔的位置度最大达到φ0.5mm左右，部分孔的位置度反而增大。原因是第一道工序采用了利用压铸件外圈孔定位来加工轴承孔，铸件的几何形状与设计要求不符出现的整体变形（如扭曲、翘曲），导致轴承孔周边的连接孔相对轴承孔的位置度增大[2]。

排除措施主要有：改进铸件结构，使壁厚均匀；确定最佳开模时间，加强铸件刚性；放大铸造斜度；取放铸件应小心，轻取轻放；铸件的堆放应用专用箱，去除浇口方法应恰当；有的变形铸件可经整形消除，经过批量生产加工，进行跟踪测量[3]。

因此，工件尺寸在500mm×500mm以内，对连接孔相对于中心轴承孔位置度要求在φ0.6以内的孔可以考虑直接压铸完成；而对于位置度要求更为严格的孔，则需要采用预铸孔留余量的方式，待机加工保证孔位置度。

2 预铸孔留加工余量

以某预铸孔为例（见图2），螺纹孔和螺栓过孔位置度均要求φ0.3mm[4]。由于受目前国内压铸水平的限制，所以对压铸铝合金毛坯中的螺栓过孔、螺纹底孔以及各轴承孔进行预铸，预铸孔单边留加工余量1mm。

表1 连接孔系相对中心毛坯孔的位置度

表2 加工后对连接孔孔相对中心轴承孔的位置度

图2 预铸孔位置

对于轴承孔，安排粗精镗加工工艺，位置度的保证是不存在问题的，接下来仅讨论螺栓过孔和螺纹底孔的加工，其加工的方案如下。

2.1 采用合金钻头直接钻孔

常规的方案是采用高速合金钻直接钻孔，加工后测量结果显示，螺栓过孔孔的位置度最高达到了φ0.6mm，螺纹孔位置度在φ0.5mm左右，均超出了图纸要求。预铸孔的位置度在φ0.4mm左右，加工之后位置度反而变大。这里所说的位置度均用三坐标测量机测量所得，并且在采集预铸孔时仅采集平面圆点，未采集圆柱点，因此在讨论预铸孔位置度时不考虑预铸孔的拔模斜度的影响[5]。

通过分析可知，过孔与轴承孔是分两道工序加工的，工序一采用毛孔定位必然会产生定位误差，再转换定位基准来加工轴承孔，其间毛孔定位误差、基准转换误差、夹具定位误差综合到一起，导致预铸孔加工后的位置度变大。这就导致预铸孔严重偏离理论位置，当采用合金钻头加工时，钻尖在预铸孔偏差较大的情况下失去定心功能，进刀过程中随预铸孔导向前进，结果只能去除加工余量，但无法修正孔的位置，其加工示意图如3所示。

图3 加工示意图

2.2 采用端面立铣刀直径钻孔

采用端面刃铣刀直接钻孔，加工后测量结果显示，各孔的位置度明显提高，能够保证图纸要求，位置度在φ0.20mm左右[6]。其主要原因是端面立铣刀具有自定心功能，能够很好地修正孔的位置。但是，在批量加工中，端面铣刀切削速度比合金钻头的速度要小，加工效率很低，不适合采用。

2.3 采用端面立铣刀+合金钻头钻孔

通过对前两种方案的分析对比，考虑采用综合的办法来加工预铸孔。以加工M10的底孔φ8.7mm孔为例，其预铸孔孔径为φ6.7mm，采用φ8mm的端面立铣刀钻孔，钻至5mm深，以此φ8mm的孔为导向，再用φ8.7mm的合金钻头加工到尺寸。通过测量可用发现，此方案加工出的孔位置在φ0.20mm左右，与直接采用端面立铣刀加工的孔位置度相差不大，而加工时间仅仅增加了1min。其加工示意图如图4所示。

图4 修正后加工示意图

2.4 采用复合刀具

有了以上的加工经验，人们否定了合金钻直接钻预铸孔的方案，但引入了立铣刀或多或少地会增加加工时间，影响加工进度。通过对第三种方案的延伸，笔者设计出一种复合刀具，前面带有导向切削，后面类似合金钻头的结构，保证在不降低切削速度的前提下，提高孔的位置精度。

3 结语

对多种压铸铝合金零件的加工，可以为压铸孔的加工选择提供可靠数据。通过对预铸孔加工多种方案的分析和验证，笔者找到了能够解决位置度超差问题并适合批量生产的加工方案。对于日益增多的压铸铝壳体零件加工来说，这具有很大的现实意义和实用价值。

[1]余东梅.中国铝合金压铸业的发展及现状[J].世界有色金属，2007，（3）：63-65.

[2]纪莲清，熊守美，村上正幸，等.铝合金超低速压铸工艺参数对铸件性能的影响[J].铸造，2007，56（10）：1057-1061.

[3]张士佼，边秀房，景元高，等.压铸铝铁合金的组织与性能[J].特种铸造及有色合金，2007，27（9）：698-701.

[4]韩本真.孔距公差标注的讨论[J].机床与工具，1955，（5）：38-39.

[5]肖万选.孔距尺寸的标注与孔的位置度公差的确定[J].雷达与对抗，1989，（2）：10-16.

[6]王喜力，韩尧钧.形状和位置公差讲座——第三讲 位置度及其应用[J].北京机械，1981，（6）：42-46.