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用嵌入镶件法改进压铸件质量

Source:
2017-02-06

压铸件生产过程中由于受工艺条件本身的限制,在铸件内部难免产生一些大小不等的气孔、缩孔等缺陷;特别是压铸件的厚大部位的内部缩孔、缩松的产生是难以避免的,本文通过一个实例,对解决压铸件厚大部位的机加后的表面缺陷的问题提供了一个新途径。


铸件现状分析

铝合金压铸的支座铸件,材质要求:

AlSi12Cu;尺寸为:Φ130X40,毛坯重量270克;最大壁厚11mm,最小壁厚4mm,平均壁厚:5.4mm;

铸件成品图如图1所示,图示的凹槽是毛坯压铸后,在毛坯最厚处机加的宽7mm,深4mm的密封槽,用于安放密封

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环;由于该槽是用于流体密封,客户要求机加后的密封槽表面不允许有肉眼可见的气孔和缩孔等铸造缺陷。

依据客户的毛坯件设计要求,该产品需要采用压铸工艺进行生产,客户设计的铸件毛坯图,如图2所示。

用嵌入镶件法改进压铸件质量

压铸工艺的特点

所谓压铸是在压铸机上进行的金属型压力铸造的简称,铸造时,将液态合金在高速、高压下,充填型腔,并在高压下成形、凝固形成铸件,是目前生产效率最高的铸造工艺;压铸过程的高比压填充,大大地提高了合金的流动性,金属液结晶凝固又是在压力作用下发生,因此,压铸件的主要特性有:

a) 高压下成型,产品致密性高,产品机械强度及表面硬度高,但产品的延伸率较低。

b) 产品充型快,冷却时间短,生产效率高,批量生产时,成本低。

c) 产品表面粗糙,甚至可达Ra1.6-6.3。

d) 可生产壁厚较薄的零件。

e)充型快,内部卷入气体多,产品气孔率差。

f) 不可热处理。热处理时内部气体会膨胀,导致产品出现鼓包或裂开等缺陷。

g) 表面存在一个厚约0.5-0.8 mm的致密层,故加工余量小(一般在0. 5mm),加工量过大会使表面致密层破坏,导致产品强度降低,且易使机加表面出现气孔、缩孔等缺陷。

由上述压铸件的特点可知,在压铸件厚达11mm的部位,进行深达4mm以上的机加,内部会出现缩孔、缩松、气孔等缺陷。

压铸件内部缩孔、缩松、气孔现象存在的原因有:  

(1) 压铸件使用的铝合金除渣、除气不够,铝液中包含的气体含量高;

(2) 产品压铸时模具表面残留脱模剂未挥发完全,和铝液接触时,产生气体;

(3) 压铸用的铝液温度过高,含气量增加;

(4) 模具浇排系统的设计不良,型腔内的气体无法及时排除;

(5) 铸件本身的设计不合理,存在难以补缩的热节。

(6) 压铸工艺不合理,造成了局部热节补缩不良

那么,能否从工艺上加以解决,使铸件质量达到客户要求呢?

众所周知,固态铝合金的密度为2.7X103Kg/m3,而液态铝合金的密度一般在2.4 X103Kg/m3左右,金属熔体充满型腔后,由液态转变成固态时,因密度的差异,必然发生相变收缩; 由于压铸件是从外向内冷却凝固,这个特点决定了当铸件壁厚较大时,模具浇口部位较薄,提前凝固,厚大部位的中心区域因浇口凝固,得不到有效地补缩,内部必然会产生缩孔、缩松等问题;这就是压铸件缩孔缩松现象产生的根本原因。

因此,对铝合金压铸件来说,特别是就厚大的压铸件,铸件内部存在缩孔缩松问题是必然的,理论上是几乎不可能解决的。


解决压铸件缩孔缩松缺陷的途径

由缩孔、缩松产生的原因可知,从工艺原理上说,解决铸件缩孔缩松缺陷,只能按照通过补缩的指导思想进行;长期以来,人们进行了大量的实验工作,对压铸机进行改造、对工艺进行改进。虽然对于壁厚适中的铸件能够从工艺上、设备上采取措施,得到改善,然而,铝合金液态凝固过程的相变收缩,是一种必然的物理的现象,不能违背这种自然规律;对于壁厚较厚的压铸件来说,只能遵循它的规律,采取适当的方式来解决这个问题。

因此,从理论上讲压铸件缩孔、缩松问题,无法从压铸工艺本身得到彻底解决,要彻底解决这个问题,只能超越该工艺,另外寻求解决的办法。


嵌入镶件法的解决途径

从压铸工艺本身不能不能来解决的问题,能否从模具结构上来解决呢?

从压铸件经常使用镶件来改变局部的使用性能得到启发,我们完全可以在铸件内部镶入一个镶件,预先将内部的凹槽成型出来(可预留0.5mm的机加余量),待产品压铸成型后将预先嵌入的镶件机加掉来保证铸件内部的密封槽的表面质量,根据这个思路,我们在压铸模具上选取了一个位置,新增了一个模腔,专门用于制作铝合金的镶件,改进后,每模生产一个产品和一件镶件,改进后的毛坯图如图3所示。

用嵌入镶件法改进压铸件质量

毛坯机加过程中镶件止转

镶件嵌入产品后,在后续的机加过程时发现,对镶件机加过程中,镶件快要切除完毕时,镶件相对于铸件主体会发生转动,造成刀具的损毁,因此,必须在镶件圆周设置止转结构,防止镶件的转动;

如图4所示,我们在镶件的圆周上设置了四个凸槽,同时间隔设置了四个凹槽,用于防止镶件在机加过程中的转动。

用嵌入镶件法改进压铸件质量

经过对镶件进行处理后,机加过程中未再发生镶件转动造成的刀具损坏,采用嵌入镶件后,生产的铸件,密封槽处机加余量减小到了0.5mm左右,机加后,表面质量达到了客户的质量要求。


通过此次对模具的改进表明,解决压铸件局部壁厚处机加后的表面质量,采用嵌入镶件法是一个不错的选择,采用此法后相对减小了铸件的机加余量,保留了铸件表层的致密层来满足了铸件的使用要求。


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