1.壓鑄件縮孔縮松現(xiàn)象存在的原因

壓鑄件縮孔縮松現(xiàn)象產(chǎn)生的原因只有一個(gè),那就是由于金屬熔體充型后,由液相轉(zhuǎn)變成固相時(shí)必然存在的相變收縮.由于壓鑄件的凝固特點(diǎn)是從外向內(nèi)冷卻,當(dāng)鑄件壁厚較大時(shí), 內(nèi)部必然產(chǎn)生縮孔縮松問題。

所以,就壓鑄件來說,特別是就厚大的壓鑄件來說,存在縮孔縮松問題是必然的,是不可以解決的。

2.解決壓鑄件縮孔縮松缺陷的唯一途徑

壓鑄件縮孔縮松問題,不能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,或者說是從系統(tǒng)外尋求解決的辦法。這個(gè)辦法又是什么呢?

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)縮的工藝思想進(jìn)行.鑄件凝固過程的相變收縮,是一種自然的物理的現(xiàn)象,我們不能逆這種自然現(xiàn)象的規(guī)律,而只能遵循它的規(guī)律,解決這個(gè)問題。

3.補(bǔ)縮的兩種途徑

對(duì)鑄件的補(bǔ)縮,有兩種途徑,一是自然的補(bǔ)縮,一是強(qiáng)制的補(bǔ)縮. 要實(shí)現(xiàn)自然的補(bǔ)縮,我們的鑄造工藝系統(tǒng)中,就要有能實(shí)現(xiàn)“順序凝固”的工藝措施.很多人直覺地以為,采用低壓鑄造方法就能解決鑄件的縮孔縮松缺陷,但事實(shí)并不是這么回事.運(yùn)用低壓鑄造工藝,并不等于就能解決鑄件的縮孔縮松缺陷,如果低壓鑄造工藝系統(tǒng)沒有設(shè)有補(bǔ)縮的工藝措施,那么,這種低壓鑄造手段生產(chǎn)出來的毛坯,也是可能百分之一百存在縮孔縮松缺陷的。

由于壓鑄工藝本身的特點(diǎn),要設(shè)立自然的“順序凝固”的工藝措施是比較困難的,也是比較復(fù)雜的.最根本的原因還可能是, ”順序凝固”的工藝措施,總要求鑄件有比較長(zhǎng)的凝固時(shí)間,這一點(diǎn),與壓鑄工藝本身有點(diǎn)矛盾。

強(qiáng)制凝固補(bǔ)縮的最大特點(diǎn)是凝固時(shí)間短,一般只及”順序凝固”的四分之一或更短,所以,在壓鑄工藝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增設(shè)強(qiáng)制的補(bǔ)縮工藝措施,是與壓鑄工藝特點(diǎn)相適應(yīng)的,能很好解決壓鑄件的縮孔縮松問題。

4.強(qiáng)制補(bǔ)縮的兩種程度

擠壓補(bǔ)縮和鍛壓補(bǔ)縮

實(shí)現(xiàn)鑄件的強(qiáng)制補(bǔ)縮可以達(dá)到有兩種程度.一種是基本的可以消除鑄件縮孔縮松缺陷的程度,一種是能使毛坯內(nèi)部達(dá)到破碎晶?；蝈憫B(tài)組織的程度.如果要用不同的詞來表述這兩種不同程度話,那么,前者我們可以用“擠壓補(bǔ)縮”來表達(dá),后者,我們可以用“鍛壓補(bǔ)縮”來表達(dá)。

要充分注意的一個(gè)認(rèn)識(shí),分清的一個(gè)概念是,補(bǔ)縮都是一種直接的手段,它不能間接完成.工藝上,我們可以有一個(gè)工藝參數(shù)來表達(dá),這就是”補(bǔ)縮壓強(qiáng)”。

物理原理上,壓強(qiáng)這個(gè)概念有兩種情況可出現(xiàn),一種是在液體場(chǎng)合,即“阿基米德定律”的場(chǎng)合,為分清楚,我們定義它為“液態(tài)壓強(qiáng)”,而另一種出現(xiàn)在固態(tài)場(chǎng)合,我們定義它為”固態(tài)壓強(qiáng)”.要注意的是,這兩種不同狀態(tài)下出現(xiàn)的壓強(qiáng)概念的適用條件.我們?nèi)绻煜?就會(huì)出現(xiàn)大問題。

“液態(tài)壓強(qiáng)”,它只適用于液體系統(tǒng),它的壓強(qiáng)方向是可以傳遞的,可以轉(zhuǎn)彎的,但在固相系統(tǒng)完全不適用。

壓鑄件的補(bǔ)縮,是在半固態(tài)與固態(tài)之間出現(xiàn)的,它的壓強(qiáng)值,是有方向的,是一種矢量壓強(qiáng),它的方向與施加的補(bǔ)縮力方向相同。

所以,那種以為通過提高壓鑄機(jī)壓射缸的壓力,通過提高壓射充型比壓來解決壓鑄件的縮孔縮松,以為這個(gè)壓射比壓可以傳遞到鑄件凝固階段的全過程,實(shí)現(xiàn)鑄件補(bǔ)縮思想,是完全錯(cuò)誤的。

5.采用“先壓鑄充型,后模鍛補(bǔ)縮”的工藝,是解決鑄件縮孔縮松缺陷的有效途徑,也是一種終極手段。

“先壓鑄充型,后模鍛補(bǔ)縮”的工藝,我們可簡(jiǎn)稱為“壓鑄模鍛”工藝.它的本質(zhì),是一種連鑄連鍛工藝,就是將壓鑄工藝與液態(tài)模鍛工藝相結(jié)合,將這兩種設(shè)備的最有效功能組合在一起,完成整個(gè)工藝過程。

這種連鑄連鍛的“壓鑄模鍛”設(shè)備,外型與普通立式或臥式的壓鑄機(jī)很相似,其實(shí)就是在壓鑄機(jī)上,增加了液壓的鍛壓頭.可以加上的最大鍛壓補(bǔ)縮力,能等于壓鑄機(jī)的最大鎖模力。

要注意的是,這種壓鑄模鍛機(jī)最重要的公稱參數(shù),并不是鎖模力,而是模鍛補(bǔ)縮力,相當(dāng)于四柱油壓機(jī)的鍛壓力意義,這是我們?cè)谠O(shè)備選擇時(shí)必須充分留意的.不然,買了一臺(tái)鎖模力很大,但模鍛補(bǔ)縮力很小的壓鑄模鍛設(shè)備,其使用價(jià)值就大打折扣了。

運(yùn)用這種壓鑄模鍛機(jī)生產(chǎn)的毛坯,尺寸精度很高,表面光潔度也極高,可以相當(dāng)于6級(jí)以上機(jī)加工手段所能達(dá)到的精度與表面粗糙度水平.它已能歸屬于“極限成形”----的工藝手段,比“無切削少余量成形”工藝更進(jìn)了一步。

研究對(duì)既定條件下壓鑄模具的壓鑄工藝參數(shù)進(jìn)行快速擇定。新模具調(diào)試生產(chǎn)前, 預(yù)選經(jīng)計(jì)算得出其壓鑄工藝參數(shù), 實(shí)際調(diào)試生產(chǎn)中以此為基礎(chǔ), 在工藝參數(shù)設(shè)置上少走彎路, 快速完成模具調(diào)試, 生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。

壓鑄模具費(fèi)用在壓鑄件成本中占較大比重, 而且壓鑄模具費(fèi)用又是分?jǐn)偟矫總€(gè)壓鑄件的成本中去的, 這就需要我們盡量減少不必要的模具生產(chǎn)次數(shù), 以提高壓鑄模具的總體壽命, 盡可能降低壓鑄模具費(fèi)用在每個(gè)壓鑄件成本中的分?jǐn)? 創(chuàng)造更大的效益。

對(duì)于如何提高模具壽命, 我們最常想到的可能有模具采用模具溫度控制系統(tǒng), 模具成型部分定期消應(yīng)力處理和表面強(qiáng)化, 合理的澆注排溢系統(tǒng), 以及在滿足產(chǎn)品要求的同時(shí)采用較低的壓力、速度和溫度等工藝參數(shù)等。但卻往往忽略了新模具的調(diào)試生產(chǎn)過程, 若不對(duì)該過程進(jìn)行控制, 甚至有可能模具的生產(chǎn)次數(shù)已經(jīng)達(dá)到首次消應(yīng)力的模次, 卻還未調(diào)試完成, 沒有生產(chǎn)出符合客戶要求的產(chǎn)品, 這就無形中增加了單個(gè)壓鑄件的成本。為了盡量避免這樣的情況發(fā)生, 給以后的生產(chǎn)打好基礎(chǔ), 本文對(duì)既定條件下新壓鑄模具壓鑄工藝參數(shù)的預(yù)先快速擇定進(jìn)行研究。

壓鑄機(jī)的選定

模具制造之前, 模具的設(shè)計(jì)師應(yīng)同模具的壓鑄工藝師一起確定好所要使用的壓鑄機(jī)并確定好壓室直徑。

快速先定壓鑄工藝參數(shù)

以冷室壓鑄機(jī)進(jìn)行鋁合金壓鑄為例。根據(jù)模具的三維模型，可以得到該產(chǎn)品的每模金屬重G0 (kg) ,產(chǎn)品凈重G1 (kg)，集渣槽總重量G2 (kg)，分型面總投影面積S(m2)，連同已經(jīng)先好的壓鑄機(jī)額定鎖模力T(N)，壓室直徑D1，經(jīng)下面的各工藝參數(shù)確定做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1．壓射比壓Po的確定

Po就小于P極限避免生產(chǎn)中發(fā)生漲模，并根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外觀及內(nèi)部質(zhì)量要求。同時(shí)參照表2確定一個(gè)相對(duì)較低值，以降低模具的維修保養(yǎng)頻次，提高模具的壽命。

2．壓鑄機(jī)的壓射缸增壓后壓強(qiáng)P1的確定

壓射過程完成后，作用在沖頭和壓射缸活塞上的力相同，即：

因此，有實(shí)時(shí)控制的壓鑄機(jī)可以直接在其控制電腦內(nèi)設(shè)置P1；普通的壓鑄機(jī)基本上為手動(dòng)調(diào)節(jié)增壓閥開啟程，配合調(diào)整增壓蓄能器的氮?dú)獬涮顗簭?qiáng)來完成設(shè)定。

3．壓射速度的確定

(1)第一階段低速壓射V1。一般由兩部分構(gòu)成，首先為沖頭由靜止到剛過澆料，這時(shí)需要慢速，主要是為避免合金液從澆料口溢出，有利于氣體排出；其次為金屬液繼續(xù)充填到內(nèi)澆道之前(這時(shí)的速度要大于前一部分)，主要是為了避免合金液內(nèi)卷氣，同時(shí)要盡量避免合金液提前進(jìn)入型腔。

參考數(shù)據(jù)：一般可以設(shè)為0.1～0.5m／s；薄壁件、外表裝飾件為0.25-0.35m／s；高耐壓強(qiáng)度件為0．15-0.25m／s。

(2)第二階段 高速壓射V2 。當(dāng)合金液到達(dá)內(nèi)澆道時(shí)，可以進(jìn)行高速切換，使得合金液在高壓高速下充填。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：高速壓射速度：達(dá)2～4．5m／s以上，高速射出加速時(shí)間t1為0．01 s，增壓時(shí)間t2 為0．Ols。

(3)第三階段 金屬液充型結(jié)束前減速。在充型結(jié)束前增加減速動(dòng)作，可以減輕合金液在充型結(jié)束時(shí)的沖擊，保護(hù)壓鑄模具，減少飛邊的產(chǎn)生；但要注意減速點(diǎn)設(shè)置不宜過早，否則會(huì)影響充型效果。

４．重要壓射速度切換位置的選擇

(1)通常高速壓射起點(diǎn)的位置在Ⅱ (正常速度切換位置)，即合金液到達(dá)內(nèi)澆道時(shí)。

(2)若是表面質(zhì)量要求高的壓鑄件，可以將切換位置提前在I、Ⅱ之間。

(3)若是希望減少壓鑄件的局部氣孔，可以將切換位置滯后到壓鑄件的重要部位之上，即Ⅲ處，以減少重要部位的氣孔，增加致密性。但要十分注意防止充型速度過慢導(dǎo)致壓鑄件的冷缺陷。當(dāng)壓鑄件的重要部位在末端時(shí)，則不應(yīng)使用該方法。

(4)對(duì)于大型壓鑄件和大型壓鑄機(jī)，可以將切換位置設(shè)在合金液進(jìn)入型腔30％左右，以減少氣孔的產(chǎn)生。

(5)切換位置在I以下時(shí)卷氣量大，不推薦。

下面的數(shù)據(jù)計(jì)算是根據(jù)正常速度切換位置為研究對(duì)象進(jìn)行的。

L0為低速壓射行程，即合金液到達(dá)高速壓射切換位置處的沖頭行程L1為高速壓射行程，即產(chǎn)品凈重G1 與排溢系統(tǒng)總重G2 之和的合金液在壓室內(nèi)所占的長(zhǎng)度，因此 L1可以通過計(jì)算得到：

上式中合金液的密度ρ，鋁合金液可以按2．65 XlO3kg／m3 計(jì)算。 L2為料柄厚度(經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為30～50mm)。

L=L。+ L1+ L2：，可以通過澆料燙壓室后經(jīng)測(cè)量得到。

根據(jù)測(cè)量得到的L，計(jì)算得出的，以及自行確定的，可以得到的值，即確定了高速壓射的切換位置。

５．增壓壓力的相關(guān)設(shè)定

冷室壓鑄中，建壓時(shí)間表示增壓壓力的響應(yīng)速度，普通的壓鑄機(jī)通過調(diào)節(jié)增壓速度調(diào)節(jié)手輪來實(shí)現(xiàn)。先進(jìn)的壓鑄機(jī)可以在控制面板上直接設(shè)定增壓壓力和時(shí)間的曲線。增壓過程的起點(diǎn)可以通過位置、壓力和速度來觸發(fā)。

一般來講，通過設(shè)置位置來觸發(fā)增壓，易于設(shè)置并便于調(diào)節(jié)，該位置設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為：沖頭壓鑄行程終點(diǎn)前10～30mm。

６．澆注溫度和壓鑄模具溫度的設(shè)定

(1)澆注溫度可根據(jù)合金牌號(hào)、壓鑄件的質(zhì)量要求等進(jìn)行沒定。

(2)壓鑄模具溫度可以控制在澆注溫度的1／3左右，薄壁、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壓鑄件可適當(dāng)提高，但應(yīng)當(dāng)注意的是，在開始生產(chǎn)前應(yīng)對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在150～180℃。

７．持壓時(shí)間和留模時(shí)間的設(shè)定

鋁合金壓鑄件基于壁厚的持壓時(shí)間和留模時(shí)間推薦值。 若經(jīng)過上述工藝參數(shù)設(shè)定并根據(jù)壓鑄件進(jìn)行凋整后， 沒有達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量要求，則需要對(duì)模具上的澆注排溢 系統(tǒng)進(jìn)行修改調(diào)整。

結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)出合格壓鑄件的條件很多，上述的壓鑄工藝參數(shù)選擇僅為其中的一個(gè)方面，如壓鑄模具的澆注排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)，模具的制造精度，壓鑄機(jī)的狀態(tài)，壓鑄操作者的技術(shù)水平，以及壓鑄用涂料的選擇等都會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，出現(xiàn)問題時(shí)還應(yīng)從多角度、全方面去考慮，不要局限于某一方面，這樣才能快速解決問題。