|
大型复杂铝合金零件的压铸及其品质控制，是压铸企业必须突破的一大关键技术和难点。本课题组在开发铝合金缸体、缸盖罩、变速箱体、链条盖等大型铝合金汽车动力系统部件的基础上，又成功地开发了一款新的大型铝合金动力系统部件。详细介绍了该零件的压铸技术开发要点及在开发过程中的品质控制对策。
1 铸件的结构及开发技术要点
开发的大型复杂铝合金动力系统零件见图1。零件轮廓尺寸为900 mm×600 mm×110 mm，质量为20kg，平均壁厚为5 mm；压铸质量为28.2 kg，投影面积为340000 mm2。铸件材质为A380，有多个厚壁热节位置，生产难度很大。该零件在LK30 000 kN的大型压铸机上生产，压铸机配有目前国产最先进的实时压射控制系统以及附带有局部加压系统、水冷控制系统。
在开发本产品的过程中，主要采取了以下技术：
①活块技术由于铸件中存在一个封闭的内腔结构(见图1中圆圈处)，无法 设计常规的 压铸抽芯，所以在此零件的 压铸中借用了活块结构，用于形成内腔(见图1)；
② 模具温度的精确控制因铸件结构复杂， 模具温度对铸件品质具有决定性的影响，因而需要对 模具温度精确控制，为此在 模具中总共 设计了21处温控点，通过热电偶检测 模具温度，以控制冷却水的关闭与开启时间；
③高真空技术 设计了两块真空阀，用于抽取型腔中的气体，确保 压铸过程中气体的卷入尽可能少；
④局部加压技术用以消除铸件厚壁处的缩松缺陷。
经过试验，获得良好 压铸件的主要 压铸工艺参数见表1。在实际 生产中发现，以下4点对铸件的成形有重要影响：
① 模具温度在各个温控点达到控制温度范围后方可成形良好，其中上抽芯块温度对铸件顶部处的冷隔有重要影响；
②铝液温度若铝液温度过低，易发生充型不良；
③压射速度切换位置压射速度的转换尤其是慢／快转换位置对内部气孔及表面品质影响很大；
④脱模剂因铸件结构复杂，在铸件局部死角脱模剂喷涂不到位时，易出现拉伤铸件的情况。因此脱模剂要喷涂均匀，到位。
2 铸件缺陷特征及位置
在保证了铸件外观成形良好的情况下，经X射线检测，发现铸件内部存在气孑L、缩孔、缩松缺陷，见图2。图2中所示的数字标号为铸件存在缺陷的主要位置。由此可知，缺陷主要出现在铸件上端靠近溢流槽附近的位置。其中位置1、2的缺陷主要以气孔为主，而其它位置既有气孔，也有缩孑L、缩松等缺陷。图3为位置4、5处切开后的断面照片，可清楚看到气孔及缩松缺陷。
3 铸件品质控制及对策要点
为了消除铸件缺陷，提高铸件品质，首先对该铸件的充型过程进行了数值模拟，以期把握金属液的流动状态。其次利用 压铸机的实时控制(在冲头前进到预定位置时冲头自动停止)功能，对金属液的流动状态进行了物理模拟。第三通过数值模拟和物理模拟的结果分析、比较，探明缺陷形成的主要原因，并提出解决铸件缺陷的方法及对策。
3.1铸件的充型过程模拟及验证
图4为填充时间0.279 S时的数值模拟结果，图5为采用short—shot技术的试验结果，冲头的移动距离是600 mm。图4与图5的对比显示，数值模拟与试验的结果是比较接近的，数值模拟基本可反映实际的流动充型状态。
3.2 内部缺陷的改善
3.2.1气孔缺陷的对策
(1)强化真空排气真空 压铸是减少 压铸卷气缺陷的有效方法，为此针对图2中所示的位置处的卷气缺陷，采取的首要措施是强化和改善型腔排气。主要有：
①定期清理真空阀，防止真空阀被堆积的涂料(脱模剂)堵塞；
②定期检查真空机，避免因真空机的故障而影响铸件品质。在强化真空抽气的条件下。发现铸件顶部位置3～6处的缺陷得到了大幅改善，而位置1、2的卷气缺陷却没有有效消除。即使调整工艺参数如慢／快压射转换位置、压力、速度、脱模剂等，也不能有效消除其卷气缺陷。强化真空排气后铸件X射线的检测结果见图6。
对于位置1和2处的卷气缺陷为何得不到改善，我们对物理模拟的试验结果进行了分析。见图7，其主要原因在于如圆圈所示的铝液由内浇口直接前冲，流动速度很快，首先到达顶端的溢流槽处并沿圆周面返回和后续的液流会合，因先到达的溢流槽已堵塞排气道，从而导致了1、2处的气体无法及时排出。因此，要消除位置1、2处的卷气缺陷，必须设法降低经过如圆圈所示的这股铝液的流动速度，使其铝液充满位置1、2处之后再继续往前填充其它的位置，以利于此处气体的排除。
(2) 优化金属液流动形态根据该零件的结构，本来要求在位置1、2的中间内嵌一弯曲的冷却油管。但在前期试模期间，考虑到油管的成本，因此 压铸时并没有安装油管，而是准备在试模成功后，正式 生产时再放置油管。根据图4的流动模拟、图5的试验及图7的分析发现，只要在此处放置油管即可达到上述要求，而不需要改变 压铸工艺。因为放置油管后，由于油管的阻碍作用，会迫使铝液改变流动方向，降低流速，导致位置1、2处的流动是沿着气体排出的方向向溢流槽流动，从而有利于气体的排出。图8为油管的放置位置、铝液流动方向及 压铸后的X射线检测的结果。从X射线结果来看，照片上已没有明显的白点(白点即表示为孔洞)，说明卷气缺陷已消除。
(3) 优化排气槽结构，经过上述措施的改进以后，满足了小批量试 生产。但X射线的检测结果表明，在图2中所示的位置3、4、5处仍然存在少量的气孔，见图9。该位置（即靠近溢流槽及真空气道处）出现气孔说明了真空抽气的效果不尽理想，因此必须分析其原因。见图10，图中箭头所示的铝液将直接前冲，速度很快，最先到达溢流槽处，然后铝液流经溢流槽到达排气槽的会合点1和2处，琦结果就导致图10中圆圈位置处（尚未充满铝液）型腔中的气体不能顺利排除而引起铸件内部卷气。数值模拟的结果也显示了该处的溢流槽及排气槽先充填，见图11。因此，要消除此处的卷气缺陷，必须优化排气槽的结构，即前面的排气槽（靠近真空阀处）不能先充填而堵塞后段（远离真空阀的位置）的排气槽使气体无法顺利排除。采取的方法是延长并改道前段的排气槽，在后面的排气槽充满铝液后再使两段的排气槽进行汇流。在采取上述措施以后，铸件顶部的卷气缺陷得到极大改善，满足了产品要求。
3.2.2 缩孔、缩松缺陷原因分析及对策
对于铸件厚壁处的缩孔、缩松缺陷，采取的主要措施有：
①启用模内喷涂，降低厚壁处的模具温度；
②加大相关位置处的溢流槽体积，尽可能将含有气体、氧化夹杂的冷料排入溢流槽，同时改善模具的温度分布，有利于缩松等缺陷的消除；
③在不影响产品外观及力学性能的前提下，优化产品的结构，减少壁厚，消除热节。如增加型芯针、壁厚处沉孔等；④对于无法减轻壁厚的位置，实施局部加压，消除厚大位置处的缩孔缺陷。
4 结语
(1)数值模拟和物理模拟方法能为大型复杂铝合金压铸件的品质控制及缺陷改善提供良好的参考依据，缩短了开发时间。
(2)真空压铸、强化排气及合理的排气结构设计是减少铸件内部卷气缺陷的重要方法，为获得高品质的铸件提供了可靠保障。
(3)压铸中采用活块技术可生产具有封闭内腔结构的压铸件，为大型复杂压铸件的开发提供了一个新的方法和思路。
(4)综合应用局部加压、真空压铸、模温精确控制等方法是生产大型复杂铝合金压铸件必不可少的技术手段。
PS：易模网年初首场采配会-模具及压铸件采配会（2015年3月26日）正在火热报名中！
详情请登录 www.cmpc.cc 了解该活动或关注微信号cmpc-cc→采配会→采配会预告（或采配会报名）
|
浙公网安备33020602000967
