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  • 压铸件工艺对孔洞形成的影响

    发布日期:2019-05-18 发布者:润恒压铸

    对于铝硅合金和铝硅铜合金而言,硅含量通常在6-12%之间,硅元素主要起到提高合金液流动性的作用;其中铜元素主要起到提高强度的作用,此外,铜还会降低固相线,使得凝固范围变宽,降低液态金属的流动性(增加孔隙率),增加热裂倾向。由于铜在铝中的溶解度约为4%,其含量不宜超过4%~5%;铁含量通常在0.7-1.2%之间,在此比例之内,工件的脱模效果较佳,但铁元素会形成金属间化合物并降低铸件力学性能,压铸中铁含量不宜超过2%。铝镁合金的凝固范围宽、收缩倾向大,经常产生缩松和裂纹,铸造性能差。因此,在其使用范围上有较大局限性,不宜生产结构复杂的工件。

    压铸过程中,液态金属在高压高速条件下填充型腔,液态金属流体易出现紊流现象,导致在压铸过程中铸件极易产生由气体和氧 化膜卷入形成的孔洞缺陷,而孔洞对压铸件的力学性能尤其是疲劳性能有着极大的影响。

    1压铸工艺对孔洞形成的影响

    孔洞的形成主要与金属液的流动和凝固过程相关。随着计算机数值模拟技术的发展,模拟压铸过程中的金属液充型流动和凝固行为可有效预测其产生的缺陷,结合数值模拟技术、实验和生产结果,进行压铸件的工艺参数和产品设计优化。在压铸过程中,金属液的流动主要与浇注系统、溢流槽和排气道的设置、压射压力和压射速度等工艺参数有关。AI-Si-Cu压铸过程中影响孔洞缺陷形成的因素,发现较低的压射速度可以减少孔洞的数量,而内腔气体背压越大,孔洞的数量越多;压射速度、保压压力和浇注温度对AM50镁合金压铸件孔洞分布的影响规律;在考虑背压情况下,进行了铝合金的砂型铸造和压铸充型过程中内腔气体流动和排出、气体卷入和孔洞预测的模拟和验证。压铸件进行了液体充型和气体卷入的数值模拟,指出压铸件的孔洞与充型过程中的气体卷入和凝固过程中的压力传递有关。增压压力对ADC12Z压铸件孔洞及力学性能的影响,指出随着增压压力增大,压铸件的孔隙率和枝晶尺寸逐渐减小。故在确定压铸件的工艺方案时,需要考虑浇注系统和压铸参数对型腔内的金属液流动的影响,以减少孔洞的形成。

    2压铸孔洞与力学性能的关系

    国内外对压铸孔洞与力学性能之间的关系进行了许多研究。由气体卷入引起的孔洞对铸件拉伸性能的影响,提出所研究的ADC12压铸件满足性能要求的孔隙率与较大孔洞尺寸;孔洞形状、尺寸、位置及孔洞之间的距离对AZ91D镁合金压铸件应力集中的影响,指出孔洞的尺寸越大,形状越复杂,其引起的应力集中愈大;随着壁厚增加压铸镁合金的孔隙率减少,晶粒变大,强度降低但伸长率升高;含孔洞压铸件断裂的主要影响因素是断面处的孔洞百分比,进一步说,具有较低孔隙率的试样也可能由于孔洞偏聚造成薄弱部位首先断裂。结合铸造孔洞预测与力学有限元分析,模拟了考虑孔洞的试样拉伸行为并计算出其伸长率,与实验较为吻合,提供了一种铸件从设计到生产的优化方法。

    压铸中的高压射速度会导致充型过程中金属液卷入大量气体,从而形成气孔缺陷,难于进行热处理,制约了压铸合金的力学性能。近年来,针对压铸件内部存在的孔洞问题,发展了多种压铸新技术,如真空压铸技术、半固态压铸和挤压铸造,从而生产出具有高强度、可热处理、可焊接、高致密度等特点的高性能压铸件。虽然真空压铸、充氧压铸等压铸技术可以有效减少孔洞的形成,但由于生产成本等原因,距离广泛应用仍有较长的时间,压铸件中孔洞缺陷问题还将长期在实际生产中存在,现今国内外有相当的科研工作者致力于铸件孔洞的研究。

    铸铝件浸渗剂是由无机或有机物配制而成的液态物质,用以密封微孔缺陷的渗漏铸件。浸渗剂的性能要求是对铸造缺陷有的渗透性和粘附性,当浸渗剂固化后,应与铸件形成坚实的整体,固化物具有的耐介质性以及与基体较接近的力学性能。同时,浸渗剂还应具有、、不燃、稳定性好、可靠、易贮存及成本低等特点。浸渗剂可分为无机与有机两大类。无机浸渗剂以硅酸盐型为主,主要成分为硅酸钠(俗称水玻璃),添加适量无机金属盐、稳定剂、固化促进剂、金属氧 化物及增韧剂等,是早使用的浸渗剂。大特点能耐的高温,为任何有机浸渗剂不可比拟,并且材料来源广泛,成本低。缺点是粘度高、浸润性差、浸渗效率不高,有时需多效浸渗才能成功。这种浸渗剂对有较大孔隙缺陷的铝铸件浸渗效果比较好。但是对于孔隙微小、孔隙密度较大的铸件密封效果不好,表面仍可能发生泄漏。在自然温度下它的固化时间较长,浸渗后铸件需室温放置;后方可压力检验,不适合大批量处理汽车铝铸件。