鋁合金零件壓鑄關(guān)鍵技術(shù)的分析
蔡紅強 （昆明高級技工學校，云南 昆明 650000）
摘 要：隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的快速發(fā)展，以鋁合金為代表的輕型金屬材料的應(yīng)用日漸普及。為保證產(chǎn)品的生產(chǎn)合格率，對于鋁合金零件的質(zhì)量要求越來越高。然而，由于鑄造技術(shù)方面存在缺陷，使得鋁合金鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量問題一直沒有得到有效解決。文章以鋁合金殼體類鑄件為例，對鋁合金零件壓鑄技術(shù)的工藝、流程等進行了詳細說明，并就提高零件的生產(chǎn)質(zhì)量提出了一些建議。
關(guān)鍵詞：鋁合金鑄件；壓力鑄造；工藝控制
中圖分類號院TG249.2 文獻標志碼院A 文章編號院2095-2945(2018)17-0109-02
Abstract: With the rapid development of modern automobile industry, the application of light metal materials, represented by a-luminum alloy, is becoming more and more popular. In order to guarantee the qualified rate of production, the quality requirement of aluminum alloy parts is higher and higher. However, due to the defects in casting technology, the quality of aluminum alloy castings has not been effectively resolved. Taking aluminum alloy shell castings as an example, the process and flow of die casting technology for aluminum alloy parts are described in detail, and some suggestions are put forward to improve the production quality of aluminum alloy parts.
Keywords: aluminum alloy casting; pressure casting; process control
隨著人們環(huán)保意識的增強，汽車制造行業(yè)自上世紀 80年代開始將生產(chǎn)低燃油消耗的普通型汽車作為主要的方向，經(jīng)濟性、輕量化和小型化成為現(xiàn)代汽車的主要特征。為達到汽車生產(chǎn)新趨勢的要求，汽車制造中各種鑄鐵件開始被鋁鑄件大量代替，從而實現(xiàn)了現(xiàn)代汽車輕量化的要求。隨著鋁合金鑄件的大量使用，相關(guān)鑄件的生產(chǎn)質(zhì)量也受到 了廣泛關(guān)注。由于鋁合金零件壓鑄技術(shù)并不完美，導致了 鋁合金零件的質(zhì)量始終達不到理想的狀態(tài)，因此近年來關(guān) 于鋁合金零件壓鑄關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作始終沒有停止。
1 鋁合金殼體類鑄件概述
鋁合金殼體類鑄件在現(xiàn)代汽車工業(yè)中的應(yīng)用較為普遍，由于其形狀不規(guī)則，部分結(jié)構(gòu)很難通過機械加工達到質(zhì)量標準要求，因此一些鋁鑄件只用于汽車殼體毛坯面結(jié) 構(gòu)使用。從汽車使用的安全性角度出發(fā)，行業(yè)內(nèi)對于鋁鑄件的質(zhì)量要求非常嚴格，所有的鑄件都對材料強度提出了 嚴苛的標準，在對殼體類鑄件的要求中，更是提出了表面、 內(nèi)部質(zhì)量的雙項標準。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，一些生產(chǎn)廠家采用了光探傷技術(shù)全程控制生產(chǎn)過程。
表 1 鋁合金殼體類鑄件性能表
本文介紹的一款鋁合金殼體蓋，相對來說結(jié)構(gòu)較為簡單，只有兩處需要機加工，但由于殼體外形不規(guī)則，兩處凸臺的高度各不相同，其中最大外徑、高度、主要壁厚截面分 別為 105mm、40mm、3.5mm。需要機加工的部位為殼體大筒和小筒的外徑表面，加工要求公差必需控制在+/-0.1mm 范 圍內(nèi)，由于該零件無需對內(nèi)腔進行加工，因此壓鑄的難度相對較小。
圖 1 鋁合金殼體類鑄件簡圖
為保證鑄件的性能能夠達到承受 20kN 以上靜態(tài)壓潰力的要求，在生產(chǎn)過程中需要按照 GB6414-86 CT6 級進 行控制，保證鑄造件在壓鑄過程中沒有混入雜質(zhì)、無裂紋， 更不允許采用焊補或浸漬的方法對產(chǎn)品進行修復。
2 產(chǎn)品工藝分析
2.1 生產(chǎn)流程
零件生產(chǎn)流程為：來料 →熔煉/壓鑄 →切邊/清整 →機加工 →清洗 →裝配。
2.2 缺陷分析
本文介紹的此款鋁合金殼體鑄件雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是生產(chǎn)過程中常常出現(xiàn)以下生產(chǎn)缺陷：
（1）花斑：金屬與模具之間的溫度差異，以及熔煉時的充型速度、噴丸過程中噴涂量的大小控制不力時，易造成鑄件顏色發(fā)暗發(fā)黑。
（2）氣孔缺陷：這類問題在鋁合金鑄件的生產(chǎn)過程中幾乎無法完全避免。針對該鑄件的氣孔問題控制要求是為保證殼體的整體強度，需確保關(guān)鍵區(qū)域不產(chǎn)生超過 ASTME505 2級標準的氣孔。鑄件中氣孔可接受的直徑范圍是≤∉1.6mm，氣孔率應(yīng)控制在 6.2%以內(nèi)，機加工表面氣孔直徑不得大于 2.0mm。
在生產(chǎn)質(zhì)量控制方面，過目視檢查主要負責對鑄件外 觀缺陷的檢查，X 光探傷檢測則負責對鑄件內(nèi)部質(zhì)量的控 制。但是在批量生產(chǎn)中，從加快生產(chǎn)速度和控制生產(chǎn)成本 的角度出發(fā)，這兩種方法都存在一定的缺陷，因此以 CAE等輔助技術(shù)對鋁合金壓鑄工藝進行分析參考，旨在將鑄件的內(nèi)在質(zhì)量問題控制在毛坯階段進行處理。
2.3 工藝參數(shù)及設(shè)備選用
根據(jù)該鑄件的結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)要求，鑄造壓力定在350T，根據(jù)以往類似產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗，如模具結(jié)合不合理、 工藝參數(shù)選用不當，就會在壓鑄過程中出現(xiàn)液態(tài)金屬充填 速度過快的問題，導致型腔內(nèi)氣體排出受阻，最終形成鑄件成品中氣孔或氧化雜物過多等質(zhì)量缺陷，從而影響鑄件的合格率。
根據(jù)鑄件設(shè)計要求，薄壁件殼體鑄件的表層致密層厚度僅為 0.8mm，如加工過當，就會導致中心組織疏松，從而導致殼體性能和耐壓能力降低。因此在進行模具設(shè)計時，以定位銷配合定位，并將加工量控制在 0.5mm 范圍內(nèi)，這 樣即節(jié)省了機加工時間，也更有利于鑄件內(nèi)在質(zhì)量的提升。
2.3.1 模具方案的選擇
根據(jù)對該鋁合金殼體鑄件的設(shè)計要求，運用 AnyCast-ing 軟件進行了虛擬設(shè)計，得出3種不同入水口的設(shè)計方案，通過比較，最終確定以在液流填充方面更為順暢的流 道設(shè)計方案 C 為生產(chǎn)模具，并在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)該方案對于改善殼體鑄件內(nèi)部缺陷、提高殼體成品率方面有較好的效果。
圖 2 模具方案模流分析
2.3.2 熔煉溫度的設(shè)置
結(jié)合鑄件殼體的結(jié)構(gòu)重量，采用 350T 冷壓室壓鑄機進行鑄件的壓鑄工作，并將溫度設(shè)定在 640℃+/-20℃的范圍內(nèi)，為保證金屬液體的充填過程壓力平穩(wěn)，盡量避免紊流、飛濺等問題導致的二次氧化夾渣或?qū)π托镜臎_刷，升壓速率被設(shè)定為 1.3kPa/s。
2.3.3 合金液的凈化
為加強鋁合金殼體鑄件的質(zhì)量，降低氣孔、針孔、夾渣問題對產(chǎn)品合格率的影響，鑄造工藝中采用了二次精煉步 驟，即在合金出爐前后各精煉一次。與此同時，分別在升液管口用纖維過濾網(wǎng)、橫澆口采用陶瓷過濾網(wǎng)、橫澆口與縫隙口端部安放雙層纖維過濾網(wǎng)進行三次過濾，以此控制產(chǎn)品夾渣缺陷的發(fā)生率。
3 實際生產(chǎn)情況及效果
根據(jù)以上方案及工藝在實際生產(chǎn)中隨機抽取了 6 個殼體樣本進行檢驗，發(fā)現(xiàn)方案 C 對改善殼體鑄件內(nèi)部缺 陷、提高殼體成品率具有較好效果。通過 X 光射線探傷發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部控制合格率達到了 100%；再由精車試驗發(fā)現(xiàn)，機加工面的氣孔指標達到了 ASTM E505 2 級水平；通過破壞性壓潰試驗發(fā)現(xiàn)，所有樣品均能達到承受 25kN 以上壓力的標準。由此可見，在本文介紹的鋁合金殼體鑄件設(shè)計、 工藝選擇都較為合理，在控制產(chǎn)品質(zhì)量方面取得了一定的效果。
4 結(jié)束語
隨著科學技術(shù)以及相關(guān)工藝的不斷完善，鋁合金零件壓鑄工藝不斷得到改善。傳統(tǒng)的相關(guān)工藝流程長，不利于鑄造過程中的質(zhì)量控制，為保證生產(chǎn)質(zhì)量的提高，需從來 料階段就開始進行質(zhì)量管理。以上鋁合金殼體鑄件的生產(chǎn)工藝及關(guān)鍵技術(shù)，通過科學的設(shè)計及方案選擇達到了合理 可行的標準，證實了相關(guān)技術(shù)及工藝能夠滿足批量生產(chǎn)對相關(guān)鑄件產(chǎn)品的品質(zhì)要求，也驗證了鋁合金零件壓鑄關(guān)鍵技術(shù)在提高相關(guān)產(chǎn)品整體質(zhì)量方面的作用。
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