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        用嵌入鑲件法改進(jìn)壓鑄件質(zhì)量

        2015-11-16 06:05:44崔愛軍劉國新
        金屬加工(熱加工) 2015年1期
        關(guān)鍵詞:工藝產(chǎn)品

        崔愛軍,劉國新

        1. 鑄件現(xiàn)狀分析

        鋁合金壓鑄的支座鑄件,材質(zhì)為ZAlSi12Cu;尺寸為φ 130m m×40m m,毛坯重量270g;最大壁厚11mm,最小壁厚4mm,平均壁厚5.4mm;鑄件成品如圖1所示,圖示的凹槽是毛坯壓鑄后,在毛坯最厚處機(jī)加工的寬7mm、深4mm的密封槽,用于安放密封環(huán);由于該槽是用于流體密封,客戶要求機(jī)加后的密封槽表面不允許有肉眼可見的氣孔和縮孔等鑄造缺陷。

        依據(jù)客戶的毛坯件設(shè)計(jì)要求,該產(chǎn)品需要采用壓鑄工藝進(jìn)行生產(chǎn),客戶設(shè)計(jì)的鑄件毛坯如圖2所示。

        圖 1

        圖 2

        2. 壓鑄工藝的特點(diǎn)

        所謂壓鑄是在壓鑄機(jī)上進(jìn)行的金屬型壓力鑄造的簡稱,鑄造時(shí)將液態(tài)合金在高速、高壓下充填型腔,并在高壓下成形、凝固形成鑄件,是目前生產(chǎn)效率最高的鑄造工藝。壓鑄過程在高比壓下填充,大大提高了合金的流動性,金屬液結(jié)晶凝固又是在壓力作用下進(jìn)行,因此壓鑄件生產(chǎn)主要有以下特點(diǎn)。

        (1)高壓下成形,產(chǎn)品致密性高,產(chǎn)品力學(xué)強(qiáng)度及表面硬度高,但產(chǎn)品的伸長率較低。

        (2)產(chǎn)品充型快,冷卻時(shí)間短,生產(chǎn)效率高,批量生產(chǎn)時(shí)成本低。

        (3)產(chǎn)品的表面粗糙度值低,甚至可達(dá)Ra=1.6~6.3μm。

        (4)可生產(chǎn)壁厚較薄的零件。

        (5)充型快,內(nèi)部卷入氣體多,產(chǎn)品氣孔率高。

        (6)不可熱處理。熱處理時(shí)內(nèi)部氣體會膨脹,導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)鼓包或開裂等缺陷。

        (7)表面存在一個(gè)厚0.5~0.8mm的致密層,故加工余量?。ㄒ话阍?.5mm),加工量過大會使表面致密層破壞,導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度降低,且易使機(jī)加工表面出現(xiàn)氣孔、縮孔等缺陷。

        由上述壓鑄件的特點(diǎn)可知,在壓鑄件厚達(dá)11mm的部位,進(jìn)行深達(dá)4mm以上的機(jī)加工,內(nèi)部會出現(xiàn)縮孔、縮松、氣孔等鑄造缺陷。

        壓鑄件內(nèi)部縮孔、縮松、氣孔現(xiàn)象存在的原因有:①壓鑄件使用的鋁合金除渣、除氣不夠,鋁合金液中的氣體含量高。②產(chǎn)品壓鑄時(shí)模具表面殘留脫模劑未揮發(fā)完全,與鋁液接觸時(shí)產(chǎn)生氣體。③壓鑄用的鋁液溫度過高,含氣量增加。④模具澆排系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不良,型腔內(nèi)的氣體無法及時(shí)排除。⑤鑄件本身的設(shè)計(jì)不合理,存在難以補(bǔ)縮的熱節(jié)。⑥壓鑄工藝不合理,造成了局部熱節(jié)補(bǔ)縮不良。

        那么,能否從工藝上加以解決,使鑄件質(zhì)量達(dá)到客戶要求?

        眾所周知,固態(tài)鋁合金的密度為2.7g/cm3,而液態(tài)鋁合金的密度一般在2.4g/cm3左右,金屬熔體充滿型腔后,由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)時(shí),因密度的差異,必然發(fā)生相變收縮;由于壓鑄件是從外向內(nèi)冷卻凝固,這個(gè)特點(diǎn)決定了當(dāng)鑄件壁厚較大時(shí),模具澆口部位較薄,提前凝固,厚大部位的中心區(qū)域因澆口已凝固,所以得不到有效的補(bǔ)縮,內(nèi)部必然會產(chǎn)生縮孔、縮松等問題,這就是壓鑄件縮孔、縮松現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因。

        因此,對鋁合金壓鑄件來說,特別是厚大的壓鑄件,鑄件內(nèi)部存在縮孔、縮松問題是必然的,理論上是幾乎不可能解決的。

        3. 解決壓鑄件縮孔縮松缺陷的途徑

        由縮孔、縮松產(chǎn)生的原因可知,從工藝原理上說,解決鑄件縮孔、縮松缺陷,只能按照通過補(bǔ)縮的指導(dǎo)思想進(jìn)行。長期以來,人們進(jìn)行了大量的試驗(yàn)工作,對壓鑄機(jī)進(jìn)行改造、對工藝進(jìn)行改進(jìn)。雖然對于壁厚適中的鑄件能夠從工藝、設(shè)備上采取措施,得到改善,然而鋁合金液態(tài)凝固過程的相變收縮是一種必然的物理現(xiàn)象,不能違背這種自然規(guī)律;對于壁厚較厚的壓鑄件來說,只能遵循其規(guī)律,采取適當(dāng)?shù)姆绞絹斫鉀Q這個(gè)問題。

        因此從理論上講,壓鑄件縮孔、縮松問題,無法從壓鑄工藝本身得到徹底解決,要徹底解決這個(gè)問題,只能超越該工藝,另外尋求解決的辦法。

        (1)嵌入鑲件法的解決途徑 從壓鑄工藝本身不能來解決的問題,能否從模具結(jié)構(gòu)上來解決呢?

        從壓鑄件經(jīng)常使用鑲件來改變局部的使用性能得到啟發(fā),我們完全可以在鑄件內(nèi)部嵌入一個(gè)鑲件,預(yù)先將內(nèi)部的凹槽成形出來(可預(yù)留0.5mm的機(jī)加工余量),待產(chǎn)品壓鑄成形后將預(yù)先嵌入的鑲件機(jī)加工掉來保證鑄件內(nèi)部密封槽的表面質(zhì)量。根據(jù)這個(gè)思路,我們在壓鑄模具上選取了一個(gè)位置,新增了一個(gè)模腔,專門用于制作鋁合金的鑲件,改進(jìn)后,每模生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品和一件鑲件,改進(jìn)后的毛坯如圖3所示。

        (2)毛坯機(jī)加過程中鑲件止轉(zhuǎn) 鑲件嵌入產(chǎn)品后,在后續(xù)的機(jī)加過程時(shí)發(fā)現(xiàn),對鑲件機(jī)加過程中,鑲件快要切除完畢時(shí),鑲件相對于鑄件主體會發(fā)生轉(zhuǎn)動,造成刀具的損毀。因此,必須在鑲件圓周設(shè)置止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),防止鑲件的轉(zhuǎn)動。如圖4所示,我們在鑲件的圓周上設(shè)置了4個(gè)凸槽,同時(shí)間隔設(shè)置了4個(gè)凹槽,用于防止鑲件在機(jī)加過程中的轉(zhuǎn)動。

        經(jīng)過對鑲件進(jìn)行處理后,機(jī)加過程中未再發(fā)生鑲件轉(zhuǎn)動造成的刀具損壞,采用嵌入鑲件后,生產(chǎn)的鑄件,密封槽處機(jī)加工余量減小到了0.5mm左右,機(jī)加工后,表面質(zhì)量達(dá)到了客戶的質(zhì)量要求。

        4. 結(jié)語

        通過此次對模具的改進(jìn)表明,解決壓鑄件局部厚壁處機(jī)加后的表面質(zhì)量,采用嵌入鑲件法是一個(gè)不錯(cuò)的選擇,采用此法后相對減小了鑄件的機(jī)加工余量,保留了鑄件表面的致密層,滿足了鑄件的使用要求。

        圖 3

        圖4 鑄件止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

        [1] 潘憲曾.壓鑄模設(shè)計(jì)手冊[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

        [2] 楊裕國.壓鑄工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

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