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  • 铝合金压铸件充型凝固过程及其压铸工艺分析

    发布日期:2019-05-22 发布者:润恒压铸

    压铸是较先进的金属成型方法之一,应用广,发展快。高压和高速充填是压铸的两大特点。由于压铸被广泛应用于生产复杂精密铸件,压铸模具有结构复杂、设计及制造工作量大、准备周期长的特点。而缩孔缩松及气孔是压铸件较为常见的缺陷,也是导致压铸件报废的主要因素。

    因此,需要研究压铸件,特别是复杂、薄壁压铸件的铸造缺陷形成机理,预测其缩孔缩松以及气孔的形成,以便通过改进压铸件和压铸模的设计,优化压铸工艺来避免缺陷的产生。在试制铝合金压铸汽车零件过程中,引入计算机模拟技术用于充型过程的预测与缺陷的预防,可实现压铸工艺系统的优化设计。

    液态金属从沿着内交道进入铸件侧壁,高速充型的液态金属在侧壁处受阻向铸件两端继续充填。铸件充填到40%时,液态金属进入铸件中厚大部位,整个充型过程相对平稳。随着充填的进行到75%,铸件中的气体被推往较后充填的区域,本压铸件在较后充填区域设有溢流槽与排气槽,使得铸件型腔中的气体及时排出。充型接近完成时(90%),液态金属充填型腔时和模具之间存在的温差,使得液态金属前锋过早开始凝固冷却。这些前锋冷料在随后的充型过程中被推往铸件较后充填区域,因此在铸件较后充填区域设置溢流槽可以存储前锋冷料,从而使得铸件的整体质量得到提高。由支架压铸件的充型模拟过程可见,铸件的溢流槽的设计较为合理。

    由于压铸充填型腔的整个过程时间极短,到0。5 s时铸件已经开始凝固,进入固液共存的温度区间。当冷却到25 s时,铸件整体温度降至固相线温度以下,说明铸件已经凝固成形。然而从铸件的凝固状态中可看出,铸件中厚大部位交其薄壁区域温度要高,铸件中两个厚大圆柱体所在区域,这些区域在凝固过程中散热缓慢,通常为较后凝固的地方,也是较易出现铸造缺陷的区域。

    通常将铸件中缩孔缩松降低到较低程度的方法有两种:一是修改铸件浇注系统及其模具结构,但费时且消耗大量财力、人力;二是改变铸件的成形工艺,本文对支架压铸件浇注速度和浇注温度进行模拟分析,研究成形工艺对该铸件铸造缺陷的影响。

    在充型过程中,对于速度的控制是十分严格的:速度过大,铸件型腔内的气体来不及排出,容易出现气孔等缺陷;速度太小,将导致铸件轮廓不清晰,甚至使得浇注液在充型过程中降温比较明显而开始凝固,导致不能成形。当液态金属浇注温度为670℃时,随着充型速度的增加,铸件中气体含量和大小都发生了显著改变。当充型速度达到2 m/s时,铸件薄壁区域开始出现部分气孔,但其厚大部位气孔相对于更高的充型速度下的厚大部位的气孔要小。由此说明,本铸件随着充型速度的增加,其铸件内部缩孔缩松的含量显著增加。

    浇注温度与铸件质量有着紧密的联系,浇注温度高,合金的流动性能好,铸件的表面质量好。铸件在1 m /s的充型速度下,700℃进行浇注的压铸件溢流槽部位虽然起到了一定的排气功能,但铸件内部还是存在大量的缩孔缩松,其缩孔缩松的含量要高于其它温度浇注条件下铸件缩孔缩松的含量。其主要原因可能是铸件温度较高,合金的流动性能好,充型速度快,型腔中的气体无法及时排除,因此充型过程中容易产生卷气,凝固后以缩孔缩松的形式存在于铸件内部。另外,液态金属温度高增加了吸收气体的能力,在充填过程中铸件越容易产生气孔和缩孔。当浇注温度降低到670℃时,铸件内部的缩孔含量明显下降。继续降低浇注温度(640℃),铸件内的气体含量显著减少,但铸件中厚大区域A和B处依然存在少量的缩孔缺陷。主要是因为铝合金的热胀冷缩所引起,液态金属冷却时产生体积收缩,厚大部位收缩程度更加明显,因此需要在此处设置型芯或冷却装置,以改变其凝固顺序。