摘 要：本文以高性能CVT变速器壳体为设计改进对象，集成各个铸造关键技术的研究成果，凭借铝压铸仿真模拟平台，充分利用CVT变速器壳体中过共晶铝合金材料的应用技术、CVT变速器壳体中过共晶铝合金双金属高压铸造技术等研究出新型的高性能CVT变速器壳体压铸工艺流程，实现高性能CVT变速器壳体的产业化，带动我国汽车关键零部件铝压铸行业向着高技术含量方向发展。
关键词：CVT变速器壳体 过共晶铝合金材料 双金属高压铸造 镶铸法
1、技术研究背景
目前，汽车CVT变速器壳体用的合金材料主要是传统铝硅合金，但现有常规铸造铝合金在作为汽车涡轮增压器使用过程中往往存在明显的疏松、气孔等缺陷，降低合金性能。本课题拟以研究用过共晶高硅铝合金镶嵌件在成型时进行双金属高压铸造，减少后期加工装配工序，并达到顾客对该产品的各项性能及质量要求。
本文所阐述的研究与应用主要针对高性能CVT变速器壳体铸件在低压铸造过程中出现缩松缩孔、氧化夹杂、缩裂等缺陷问题，分析现有铝压铸工艺技术存在的突出问题以及对其质量的影响，进行创新性研究，解决其中双金属高压铸造共性关键技术问题，以满足高性能汽车CVT变速器壳体压铸产品的市场需求。
2、该技术研究的发展现状与必要性
2.1、发展现状
汽车CVT变速器壳体是各类汽车动力系统的关键零部件，是未来汽车传动系统一个重要的发展方向。虽然CVT变速器结构比传统变速器简单，内部空间紧凑，壳体上主油道因产品功能要求须相邻很近，无法完全预铸导致内部缩孔较大。传统变速器壳体采用铸铁材料，浇铸工艺生产，产品质量重、能耗大、成本高，最大缺点是致密性差，产品尺寸精度、动平衡等关键性能无法满足。
因此，开发适合高强度、高致密汽车CVT变速箱壳体压铸件技术是当务之急，而目前CVT变速器壳体材料主要为过共晶铝合金材料，需要通过实现铝（al-si-cu铝合金）-铝（过共晶铝合金）双金属高压铸造，才得以保证铸件产品性能满足客户指标要求。
目前中国自主研制的汽车CVT变速器壳体压铸技术虽取得较大进展，但在壳体铸件的强度、致密性及表面光洁度等要求上仍有较大的技术难题亟需突破，此外还包括轻量化设计及燃油经济上的工艺优化，其主要关键技术仍掌握在国外先进企业手中。
2.1、必要性
在全球汽车技术和产业发展过程中，汽车轻量化技术也在不断地发展和推进。不同零部件都通过不同路径实现一定程度的轻量化，如变速器箱体、发动机缸体缸盖通过铝合金材料的应用实现轻量化，目前在汽车发动国家市场已普及实现，在国内也占据了主导地位。
但我国汽车零部件企业的自主研发实力仍旧较弱，一些汽车零部件的关键技术大多被外资企业所垄断。其中，汽车CVT变速器壳体由于强度要求高、致密性要求高，结构复杂，受压铸模具结构的限制，不能采用目前常规的压力铸造工艺技术来完成，限制压力铸造在该类产品上的应用，缩小使用范围。因此，开发一种高性能CVT变速器壳体双金属高压铸造关键技术就是当务之急。
3、关键技术分析
高性能CVT变速器壳体双金属高压铸造关键技术，以研究高性能CVT变速器壳体为主要目标，通过对CVT变速器壳体中过共晶铝合金材料的应用研究、CVT变速器壳体中过共晶铝合金双金属高压铸造技术的研究，掌握高性能CVT变速器壳体的相关制备工艺技术。
具体关键技术如下：
3.1、CVT变速器壳体中过共晶铝合金材料的应用研究
为保证变速器壳体针对高强度、耐压、耐腐蚀、耐磨损性能及致密性的要求，最终选用具有优良铸造性能、机械性能等于一体的过共晶铝硅合金材料，针对其进行部分应用研究。
（1）变质处理：对于铝合金进行一定时间的过热处理，将未变质的过共晶率硅合金锭洗净后放入石墨坩埚中，在900℃条件下保温15min并多次搅拌，用于使未变质处理的铝硅合金中的硅相组织打散破裂。随后将温度降低至变质温度，用石墨棒将变质剂压入合金熔体中，并对熔体进行搅拌使变质剂均匀溶解到合金液中。搅拌均匀后捞出合金液上层的浮渣，在变质温度下保温10min，随后通入N2精炼10min，可打捞浮渣。
（2）铝合金液的精炼：通过向铝合金熔体中吹入既不溶于铝合金液又不和氢气发生反应的惰性气体，获得无氢气泡。由于气泡中的H分压为0，因此铝液和气泡之间存在氢分压的压差，氢便会不断进入到气泡中。小气泡在上浮过程中会吸附Al2O3等夹杂物，达到净化熔体目的。
（3）浇注工艺参数的确定：过共晶铝合金浇注作为铸造过程中一个重要环节，为防止铝合金逐渐晶粒粗大、产生裂纹、针孔或疏松，浇注时应采用较低的浇注温度进行，一般浇注温度选择在比合金液相线温度高80℃左右。
3.2、CVT变速器壳体中过共晶铝合金双金属高压铸造技术的研究
为防止CVT变速器壳体压铸过程表面产生气孔、疏松等缺陷。采用过共晶铝合金双金属高压铸造镶铸法，将镶嵌件放入定模定位座内合模，压铸成形，使铸造合金和镶嵌件熔为一体。镶嵌件所用材料选择与基体金属有关。在铸造合金凝固过程中，镶嵌件必须被金属包住，轴向和径向不应产生松动。因此，为保证镶件和铸造合金有效结合，在设计时，镶件必须有止动效果，包括表面网纹、表面切槽、表面台阶及采用非圆异形等结构形式。铸造合金包裹镶件时，需一定的最小壁厚，才能产生足够包紧力。最小壁厚和镶嵌件大小及其在铸件中所处位置，与使用过程中受力情况相关，需通过强度核算以获得足够包紧力。
在双金属复合高压铸造过程中，镶嵌件定位需合理准确，需保证在开合模具操作过程中及在金属液的冲击下镶嵌件不偏斜、不窜动。此外，镶嵌件在放入铸型前需一定预热，以防由于温差较大产生铸造缺陷而影响结合力，一般镶嵌件的预热温度大约在200~250℃。
4、结语
本项技术研究以高性能CVT变速器壳体为设计改进对象，从CVT变速器壳体中过共晶铝合金材料的应用研究、CVT变速器壳体中过共晶铝合金双金属高压铸造技术的研究等方面进行工艺创新与研究，形成一整套企业自主研发的双金属高压铸造关键工艺流程，满足国产汽车对高性能CVT变速器壳体的批量化生产需求，既满足汽车轻量化的需求，又充分发挥成型工艺技术特点，进一步提升汽车变速器的性能。
参 考 文 献
[1] 汪黎,赵建华,王自红. 双金属复合材料研究现状及进展[C]// 2014(第24届)重庆市铸造年会论文集. 2014.
[2] 孙德勤,吴春京. 双金属复合材料铸造工艺研究进展[J]. 铸造, 1999, 000(012):48-51.
[3] 阎士标,武立社,何俊峰,等. 镶铸法在铝铸件生产中的应用[J]. 金属加工(热加工), 2011(17):68-69.
[4] 徐永强. 复合变质处理对过共晶铝硅合金组织及性能的影响[D]. 吉林大学,2014
[5] 曾勇. 过共晶铝硅合金变质处理的热分析技术研究[D]. 华中科技大学. 2009
[6] 王建勋. 铸造工艺对双金属复合材料性能的影响[J]. 2014.