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1、不可不知的压铸工艺及缩孔改善全套1 .压铸件缩孔缩松现象存在的原因压铸件缩孔缩松现象产生的原因只有一个,那就是由于金属熔体充型后,由液相转变成固相时必然存在的相变收缩住于压铸件的凝固特点是从外向内冷却,当铸件壁厚较大时，内部必然产生缩孔缩松问题。所以,就压铸件来说,特别是就厚大的压铸件来说,存在缩孔缩松问题是必然的,是不可以解决的。2 .解决压铸件缩孔缩松缺陷的唯一途径压铸件缩孔缩松问题,不能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,或者说是从系统外寻求解决的办法。这个办法又是什么呢？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工艺思想进行,铸件凝固过程的相变
2、收缩,是一种自然的物理的现象我们不能逆这种自然现象的规律,而只能遵循它的规律,解决这个问题。3 .补缩的两种途径对铸件的补缩,有两种途径,一是自然的补缩,一是强制的补缩.要实现自然的补缩,我们的铸造工艺系统中,就要有能实现顺序凝固的工艺措施很多人直觉地以为,采用低压铸造方法就能解决铸件的缩孔缩松缺陷,但事实并不是这么回事.运用低压铸造工艺,并不等于就能解决铸件的缩孔缩松缺陷,如果低压铸造工艺系统没有设有补缩的工艺措施,那么,这种低压铸造手段生产出来的毛坯,也是可能百分之一百存在缩孔缩松缺陷的。由于压铸工艺本身的特点,要设立自然的顺序凝固的工艺措施是比较困难的,也是比较复杂的.最根本的原因还可能
3、是，顺序凝固的工艺措施,总要求铸件有比较长的凝固时间,这一点,与压铸工艺本身有点矛盾。强制凝固补缩的最大特点是凝固时间短,一般只及Jl质序凝固的四分之一或更短,所以,在压铸工艺系统的基础上,增设强制的补缩工艺措施,是与压铸工艺特点相适应的,能很好解决压铸件的缩孔缩松问题。4 .强制补缩的两种程度挤压补缩和锻压补缩实现铸件的强制补缩可以达到有两种程度.一种是基本的可以消除铸件缩孔缩松缺陷的程度,一种是能使毛坯内部达到破碎晶粒或锻态组织的程度如果要用不同的词来表述这两种不同程度话,那么前者我们可以用挤压补缩来表达,后者,我们可以用锻压补缩来表达。要充分注意的一个认识,分清的一个概念是,补缩都是一种
4、直接的手段,它不能间接完成.工艺上,我们可以有一个工艺参数来表达,这就是补缩压强。物理原理上,压强这个概念有两种情况可出现,一种是在液体场合,即阿基米德定律的场合,为分清楚,我们定义它为液态压强，而另一种出现在固态场合,我们定义它为固态压强.要注意的是,这两种不同状态下出现的压强概念的适用条件.我们如果混淆了,就会出现大问题。液态压强，它只适用于液体系统,它的压强方向是可以传递的,可以转弯的,但在固相系统完全不适用。压铸件的补缩,是在半固态与固态之间出现的,它的压强值,是有方向的,是一种矢量压强,它的方向与施加的补缩力方向相同。所以,那种以为通过提高压铸机压射缸的压力,通过提高压射充型比压来解
5、决压铸件的缩孔缩松,以为这个压射比压可以传递到铸件凝固阶段的全过程,实现铸件补缩思想,是完全错误的。5 .采用先压铸充型,后模锻补缩的工艺,是解决铸件缩孔缩松缺陷的有效途径,也是一种终极手段。先压铸充型,后模锻补缩的工艺,我们可简称为压铸模锻工艺.它的本质,是一种连铸连锻工艺,就是将压铸工艺与液态模锻工艺相结合,将这两种设备的最有效功能组合在一起,完成整个工艺过程。这种连铸连锻的压铸模锻设备,外型与普通立式或卧式的压铸机很相似,其实就是在压铸机上,增加了液压的锻压头.可以加上的最大锻压补缩力,能等于压铸机的最大锁模力。要注意的是,这种压铸模锻机最重要的公称参数,并不是锁模力,而是模锻补缩力,相
6、当于四柱油压机的锻压力意义,这是我们在设备选择时必须充分留意的.不然,买了一台锁模力很大,但模锻补缩力很小的压铸模锻设备,其使用价值就大打折扣了。运用这种压铸模锻机生产的毛坯,尺寸精度很高,表面光洁度也极高,可以相当于6级以上机加工手段所能达到的精度与表面粗糙度水平.它已能归属于极限成形-的工艺手段,比无切削少余量成形工艺更进了一步。研究对既定条件下压铸模具的压铸工艺参数进行决速择定。新模具调试生产前，预选经计算得出其压铸工艺参数，实际调试生产中以此为基础，在工艺参数设置上少走弯路，快速完成模具调试，生产出合格产口口。压铸模具费用在压铸件成本中占较大比重，而且压铸模具费用又是分摊到每个压铸件的
7、成本中去的，这就需要我们尽量减少不必要的模具生产次数，以提高压铸模具的总体寿命，尽可能降低压铸模具费用在每个压铸件成本中的分摊，创造更大的效益。对于如何提高模具寿命，我们最常想到的可能有模具采用模具温度控制系统，模具成型部分定期消应力处理和表面强化，合理的浇注排溢系统，以及在满足产品要求的同时采用较氐的压力、速度和温度等工艺参数等。但却往往忽略了新模具的调试生产过程，若不对该过程进行控制，甚至有可能模具的生产次数已经达到首次消应力的模次，却还未调试完成，没有生产出符合客户要求的产品，这就无形中增加了单个压铸件的成本。为了尽量避免这样的情况发生，给以后的生产打好基础，本文对既定条件下新压铸模具压
8、铸工艺参数的预先快速择定进行研究。压铸机的选定模具制造之前，模具的设计师应同模具的压铸工艺师一起确定好所要使用的压铸机并确定好压室直径。快速先定压铸工艺参数以冷室压铸机进行铝合金压铸为例。根据模具的三维模型，可以得到该产品的每模金属重GO(kg),产品净重GI(kg),集渣槽总重量G2(kg),分型面总投影面积S(m2),连同已经先好的压铸机额定锁模力T(N),压室直径Dl,经下面的各工艺参数确定做基础峰。1.压射比压Po的确定压射时的极限比压：P极限=TS式中T-压铸机额定锁模力；S-分型面总投影面积;Po就小于P极限避免生产中发生涨模，并根据产品结构、外观及内部质量要求。同时参照表2确定一
9、个相对较低值，以降低模具的维修保养频次，提高模具的寿命。2 .压铸机的压射缸增压后压强Pl的确定压射过程完成后，作用在冲头和压射缸活塞上的力相同，即：因此，有实时控制的压铸机可以直接在其控制电脑内设置P1；普通的压铸机基本上为手动调节增压阀开启程，配合调整增压蓄能器的氮气充填压强来完成设定。3 .压射速度的确定Q）第一阶段低速压射Vlo一般由两部分构成,首先为冲头由静止到刚过浇料，这时需要慢速，主要是为避免合金液从浇料口溢出，有利于气体排出;其次为金属液继续充填到内浇道之前（这时的速度要大于前一部分），主要是为了避免合金液内卷气，同时要尽量避免合金液提前进入型腔。参考数据：一般可以设为0.10
10、.5ms;薄壁件、外表装饰件为0.25-0.35ms;Mjg压强度件为0.15-0.25mso（2）第二阶段高速压射V2。当合金液到达内浇道时，可以进行高速切换，使得合金液在高压高速下充填。经验数据：高速压射速度：达24.5ms以上,高速射出加速时间tl为0.01s增压时间t2为0.Olso(3)第三阶段金属液充型结束前减速。在充型结束前增加减速动作,可以减轻合金液在充型结束时的冲击，保护压铸模具，减少飞边的产生;但要注意减速点设置不宜过早，否则会影响充型效果。4 .重要压射速度切换位置的选择(1)通常高速压射起点的位置在口(正常速度切换位置)，即合金液到达内浇道时。(2)若是表面质量要求高的
11、压铸件，可以将切换位置提前在I、II之间。(3)若是希望减少压铸件的局部气孔,可以将切换位置滞后到压铸件的重要部位之上，即In处，以减少重要部位的气孔，增加致密性。但要十分注意防止充型速度过慢导致压铸件的冷缺陷。当压铸件的重要部位在末端时，则不应使用该方法。(4)对于大型压铸件和大型压铸机,可以将切换位置设在合金液进入型腔30%左右，以减少气孔的产生。切换位置在I以下时卷气量大，不推荐。下面的数据计算是根据正常速度切换位置为研究对象进行的。1.O为低速压射行程，即合金液到达高速压射切换位置处的冲头行程Ll为高速压射行程,即产品净重Gl与排溢系统总重G2之和的合金液在压室内所占的长度，因此Ll可
12、以通过计算得到：上式中合金液的密度P,铝合金液可以按2.65XIO3kgm3计算。L2为料柄厚度（经验数据为3050mm）o1.=Lo+Ll+L2:,可以通过浇料烫压室后经测量得到。根据测量得到的L,计算得出的，以及自行确定的,可以得到的值，即确定了高速压射的切换位置。5 .增压压力的相关设定冷室压铸中，建压时间表示增压压力的响应速度，普通的压铸机通过调节增压速度调节手轮来实现。先进的压铸机可以在控制面板上直接设定增压压力和时间的曲线。增压过程的起点可以通过位置、压力和速度来触发。一般来讲，通过设置位置来触发增压，易于设置并便于调节，该位置设置的经验数据为：冲头压铸行程终点前1030mm。6
13、.浇注温度和压铸模具温度的设定Q）浇注温度可根据合金牌号、压铸件的质量要求等进行没定。(2)压铸模具温度可以控制在浇注温度的1/3左右，薄壁、结构复杂的压铸件可适当提高，但应当注意的是，在开始生产前应对模具进行预热，预热温度控制在150180oCo7持压时间和留模时间的设定铝合金压铸件基于壁厚的持压时间和留模时间推荐值。若经过上述工艺参数设定并根据压铸件进行凋整后，没有达到产品的质量要求，则需要对模具上的浇注排溢系统进行修改调整。结语生产出合格压铸件的条件很多，上述的压铸工艺参数选择仅为其中的一个方面，如铸造压铸模具的浇注排溢系统设计，模具的制造精度，压铸机的状态，压铸操作者的技术水平，以及压
14、铸用涂料的选择等都会对产品质量产生影响，出现问题时还应从多角度、全方面去考虑，不要局限于某一方面，这样才能快速解决问题。缩孔是铝合金压铸件常见的内部缺陷，而压铸件一般允许存在少量缩孔,但是出现在产品的重要部位时(如精加工面、高压油道附近、密封表面等)，会影响其使用性能，严重时直接导致铸件报废。据统计，某企业2016年某款125摩托车左曲轴箱体A面LD68孔因铸造缩孔引起的不良率为0.12%,远超企业对铸件单项缺陷不良率的目标值。而且，该孔位于润滑油道附近，极易引起压检不良、漏油等一系列问题，因此必须严格控制。该压铸件材质为ADCll铝合金，主要成分见表Io通过光谱仪检测铝液及铸件成分，发现合金
15、元素含量均在标准范围之内。另外，利用K模进行铝液含渣量检测，发现其也在合格范围内。因此，基本可以排除铝液成分超标及含渣量异常这两个影响因素。本课题从铝合金压铸件缩孔、缩松产生机理出发，结合实际的铸造生产条件（如工艺参数、模具温度、压射机构及附属设备）及压铸件缩孔的表现形态，寻找引起铸件缩孔的原因，从而制定相应的对策，成功降低了铸件的缩孔不良率。1.压铸件缩孔特征及形成机理压铸件缩孔属于内部缺陷，一般采用解剖法检查铸件是否出现缩孔；对于一些生产成本较高的产品，也可以采取X射线探伤进行检测。这里采用解剖法探究铸件产生缩孔的原因。1.i压铸件缩孔的外部特征铸件经机械加工或者直接解剖后，铸件的表皮缺陷
16、就会暴露出来，气孔是表皮缺陷的一种。压铸件缩孔的产生部位往往比气孔的位置更靠近产品内部，但是对于形状复杂的铸件，在铸件的表皮也会出现缩孔。一般来讲，气孔表面比较光滑，多呈圆形，且分布不均匀；而缩孔的表面较粗糙，多呈不规则形状，但分布比较集中。因此，在解决压铸件气缩孔问题时需要正确判断是气孔还是缩孔。在实际的铸造过程中，铸造条件有时会因操作失误或管理失误出现偏差，导致铸造缺陷产生。如模具局部位置冷却水铜管堵塞、汤勺浇注时带入固体杂质以及脱模剂吹附位置变动等原因都可能会引起一些铸造缺陷。经现场调查，铸件LD68孔缩孔特征主要表现为两种形式，见图1。图Ia是典型的缩孔特征,而图Ib表明铸件在形成缩孔
17、缺陷的部位还存在冲头油燃烧物包裹的情况。因此，在分析铸件产生缩孔的原因时，不仅从铸件缩孔的产生机理出发，还综合考虑了产品的铸造条件是否出现异常。12压铸件缩孔的形成机理1.2.1 异常缩孔的形成机理铝合金压铸生产条件复杂而多样化，生产现场管理稍有不善就有可能出现批量铸造缺陷，导致铸件报废。比如，汤勺在浇注铝液的过程中可能会将一些粘附在料筒上的固态铝质飞皮（表面沾有油污）带入料筒，随铝液一起被压入模具型腔，铝液凝固时飞皮经常停留在模具的复杂型腔处,形成异常缺陷。现场观察发现,铸造用的冲头油是滴注在料筒里的，而非冲头的圆柱表面，这种冲头油供给方式会导致铝液浇注时包裹一些未完全燃烧的冲头油，形成一种
18、类似胶状杂质，在铝液快速充填型腔时胶状杂质就有可能会留在铸件内部而形成内部缺陷，见图1b。1.2.2 缩孔的形成机理压铸件形状比较复杂，壁厚不均；此外，由于铝液充填JI褥的影响，模具温度呈上低下高的梯度分布。铝液在凝固时呈由表及里、模温由低到高的顺序。因此，铸件的最后凝固区域如果得不到铝液补缩，就会因补缩不足而形成缩孔。因此，排除异常因素，铝合金压铸件缩孔的主要原因是铝液补缩不足。引起补缩不足的原因主要有以下几种：浇注温度过高，模温梯度不合理；铸造压力过低，导致增压补压不足；内浇口设计太薄，导致部分区域过早凝固，在增压阶段铸件需要从浇道处补缩时铝液无法流动,并且影响压力传递;铸件结构设计中容易
19、产生热节或者铸件壁厚变化剧烈；金属铝液浇注量偏少，料饼太薄，导致压力传递不良。2、缺陷分析及对策2.1 压铸件缩孔原因分析针对A类缩孔主要分析铝液凝固时的补缩特性,从工艺参数和模具设计两方面着手。工艺参数：压力为67MPa;料饼厚度为25mm;浇注量为3.65kg,均在工艺要求范围内，并且保持稳定，基本排除由工艺参数不适当而引起铸件缩孔的可能性。然后，对出现A类缩孔的模具对浇口尺寸进行测量，平均厚度为2.85mm,与设计值基本相符。采用热成像仪测量模具LD68孔销子及附近开模温度，发现该区域平均温度为300。C左右，销子头部（对应缩孔底部）最高温度达到320z喷涂脱模剂后平均模温为230oCo
20、分析发现，LD68孔销子较长，头部直径较小，无法布置冷却水管，并且该处铸件形状复杂，极易形成热节，导致该处模温较高，是铝液最后凝固区域。因此，A类缩孔确定为局部模温过高所致,后期的对策主要考虑如何降低模具销子温度。相对于A类缩孑L,B类缩孔情况相对复杂一些。B类缩孔在孔周围均出现类似冲头油烧结物等杂质，且形态基本一致。初步认为是由于冲头油滴被包裹在铝液中形成不完全燃烧产物所致。这种烧结物往往表面积较大，引起较大的区域缺陷，而且有较大的硬度，加工时易损坏刀具。经调查发现，铸造时用于润滑的冲头油采用滴注的方式加在料筒里，由于冲头油粘度较大，流动性差，只能在小范围内形成润滑油膜，多数冲头油被浇注的铝
21、液点燃形成不完全燃烧产物，随铝液一起填充到模具型腔中。由于冲头油燃烧物在铝液中位置的随机性,导致了出现B类缩孔的位置不确定。因此，对于B类缩孔，主要从控制冲头油不被铝液包裹这方面考虑。2.2 解决措施2.2.1 A类缩孔对策及效果A类缩孔是由于模温较高所引起,对策制定主要从降低模具温度，使模温梯度合理方向考虑。首先，固定一根脱模剂喷涂铜管，每次开模后直接喷涂LD68孔销子区域，以降低该处模具温度。由于原有脱模剂喷涂装置的铜管布置匕戢随意，模具的脱模剂喷涂点难以固定，导致模温不稳定。为了提高脱模剂喷涂效果，现将脱模剂喷涂装置进行改进，从而根据具体模具温度梯度确定脱模剂喷涂点,并加以固定,确保其效
22、果,维持模具温度稳定。具体的改进效果见图2。然后，在模具的定模LD68孔附近追加冷却水（见图3和图4矩形框处，图4中圆圈表示原有冷却水位置）,利用循环冷却水强制冷却，降低模具的该处温度，避免缩孔产生。另外，为了实现合适的模温梯度，对现有的模具冷却水加强管理：每次模具保全时检查清洗冷却水铜管，防止铜管因结垢而堵塞；对冷却水铜管和相应的模具冷却水孔进行编号，防止拆装时弄混邛翱氐冷却效果；每次保全时测量铜管长度，更换损坏的铜管；压铸时领工点检模具冷却水状态。实施上述对策后，LD68孔销子附近温度下降到270。C左右，销子头部温度也下降到280。达到了预期的降温效果，后期的机加工跟踪发现A类缩孔基本解
23、决。此外，经过此次整顿，生产现场对于模具冷却水管理更加规范，趋于标准化，不规范操作明显减少，模具的温度梯度也更加合理。2.2.2 B类缩孔对策及效果由于B类缩孔主要原因是冲头油燃烧包裹，因此解决措施主要从减少冲头油的用量和变更冲头油供给方式两个方面来考虑。(1)检测冲头冷却水，确保冲头冷却效果良好的基础上，减少冲头油用量，由原来的5ml降低到3mL,使其在浇注铝液时冲头油完全燃烧，减少烧结物的包褰。(2)改变冲头油供给方式。原来冲头油直接滴注在料筒里，与浇注后的铝液直接接触，难以避免冲头油燃烧物被铝液包裹。将冲头油供给位置调整到冲头的圆柱表面，并且由原来的滴注方式改为喷雾方式，在整个冲头表面形成薄而均匀的油膜，既增加了润滑效果，又避免了冲头油燃烧物被铝液包褰的可能性。采用上述改进措施后，不仅冲头油消耗量降低了，而且B类缩孔率下降了90%以上，达到了预期效果。此外，由于减少了冲头油用量，冲头油燃烧火焰及烟雾变小，铸造环境有所改善。规范压铸模具保全手册，确保模具冷却水畅通且流量正常，形成合理的模温梯度，使铝液凝固时能够及时补缩，防止缩孔产生。压铸时保证冲头冷却效果良好，冲头油用量为3mL,并以喷雾的形式在冲头圆柱表面供给，使冲头油不与铝液接触，避免冲头油烧结物被铝液包裹，并且润滑效果更好。采取此对策后，LD68孔缩孔率下降明显，只有0.015%。达到了预期效果。
