■ 王飞,郭兆坤,陈朝辉
摘要:冷隔是压铸生产中的常见缺陷,严重影响产品的力学性能,故而从工艺上改善产品冷隔缺陷意义重大。以我公司的15410-YDC压铸离合器壳体为例,通过改善模具温度场、高速区间和高速速度,消除了冷隔缺陷,为类似产品压铸质量提升提供借鉴。
关键词:冷隔;温度场;高速区间;高速速度
随着轻量化的要求日益提高,汽车中的部分关键零部件开始逐渐转向采用压铸生产,控制压铸件质量、提高成品率是各压铸厂的工作重点。本文以我公司的15410-YDC压铸离合器壳体冷隔缺陷为例,研究模具温度、高速区间和高速速度等参数对冷隔缺陷的影响,以满足零件的质量要求。
随着汽车轻量化步伐加快,我公司生产的15410-Y D C离合器壳体(外形尺寸φ556mm×172mm)工艺由消失模铸铁转为铝合金压铸,工艺流程为:模具预热、喷涂→合型(合模)→合金熔炼→浇注压射→保压→开模取件→质量检查→铸件后处理。
由于产品远离浇口端设置两处观察窗口,结构复杂,在665℃浇注条件下,压铸生产过程中冷隔缺陷严重(见图1),成品率较低,质量成本高,无法满足不断增长的产能需求,急需优化改进压铸工艺。
金属液充型后,在金属液的交接处融合不好,且在铸件中产生穿透的或不穿透的缝隙称为冷隔。这种情况多出现在远离流道的铸件表面和薄壁处,主要原因是两股金属液在交汇融合时已成半固态,不能完全融合。
压铸工艺中影响冷隔缺陷的因素有以下几点:
(1)浇注温度 离合器壳体铸件采用ADC12铝合金,该合金凝固温度约为577℃,因内浇道处模具棱角较多,温度太高时冲刷模具严重,根据产品壁厚情况一般选择浇注温度为650~675℃。浇注温度调整区间较小,对冷隔缺陷影响也就较小。
(2)模具温度 铝液充型后与金属模具接触,热损失受模具影响较大,且模具局部温差大对铝液温差有影响,对远端冷隔影响较大。压铸生产中对模具温度比较重视,一般将模具温度控制在180~300℃。
(3)压射速度 压铸工艺区别于其他铸造工艺的主要特点是高速充填、高压凝固,合金液通过内浇道速度可达70m/s,速度的快慢及变化区间对远端冷隔影响大,是冷隔缺陷产生的主要原因之一。
图1 冷隔缺陷
针对15410-YDC离合器壳体远端冷隔问题,我们从人、机、料、法、环等方面入手,对压铸过程可能影响冷隔的原因逐一分析。通过讨论,制订了优化模具温度和工艺参数的方案。
(1)对喷涂、模温进行改善 根据模温的分布情况,增加浇口附近冷却水的流量,减少浇口远端冷却水的流量;对喷涂机器人进行重新编程,减少浇口远端喷雾量,增加模腔及模具上方吹气,确保模腔内无脱模剂残余、模具上方无脱模剂流下(模具尺寸1300mm×1300mm×1100mm,模具上方会产生脱模剂倒流),从而达到增加浇口远端温度、平衡温度场的目的。通过红外热成像仪检测,模具远端温度约260℃,达到预期目的。
(2)改善高速区间 常规压铸中,压铸的高速充填起始点设置在产品的近浇口附近(如图2虚线所示),使产品的充填时间更短,产品的外观品质更好。现对于产品冷隔判断,合金进入型腔后,由于速度过快造成产品冷料不能按既定充填方向挤出溢流,故将高速充填的位置向后推迟(如图2实线所示),改变铝液流向,使产品型腔内的冷料能够按既定方式排至产品渣包内。
图3上半部分为常规压铸曲线,在压铸过程中,合金在进入浇口时(450mm位置)开始高速充填,优点是浇口附近位置充填比较好,缺点是由于内浇口速度过快,造成铝液进入型腔后巻气较多,不易排出冷料,造成产品离浇口较远位置易出现缺陷。图3下半部分是根据以上分析进行更改后的压射曲线,将高速充填位置向后推移,使浇口附近有部分铝料停留,对后续充入的铝液进行缓冲,并使高的速度得到保证,且不会造成卷气、紊流等现象的发生,极大地改善了产品冷料排不出的现象。
(3)提升高速压射速度 高速压射速度一般根据铸件结构复杂程度、铸件壁厚等来确定,铸件结构复杂、壁厚薄会选择较高速度,铸件结构简单、壁厚厚会选择较低速度。高速压射速度选择会在模具开发初期通过模流分析软件模拟,确定初步理论值。
图2 离合器浇排系统
图3 压射曲线
我们将高速压射速度理论值由3.5m/s提高至4.2m/s,内浇口速度提高至48m/s,保证铝液以较高速度充填至远端。提高速度后压射过程用时较之前有明显缩短,铝液流动过程中热损失减少,有助于远端铝液的融合。
经过模温调控、高速速度和区间优化后,产品远端冷隔基本消除,压铸件拥有良好的表面质量,无明显缺陷。对压铸件进行X射线无损检测,未发现明显气缩孔,产品符合技术要求。
实践证明,压铸产品质量是由工艺参数、模具温度、设备精度等一系列条件共同决定的,任何参数设置不合理均会导致产品内部或外观质量缺陷,其中模具温度和压射速度对产品外观质量作用明显,低速和高速区间对产品内部质量作用明显。
参考文献
[1] 卢宏远. 压铸技术与生产[M].北京:机械工业出版社,2008.
[2] 杨裕国.铝压铸成型及质量控制[M]. 北京:化学工业出版社,2009.
[3] 吴春苗,等.压铸技术手册[M]. 广州:广东科技出版社,2007.
作者简介:王飞、郭兆坤、陈朝辉,陕西法士特集团铸造分公司。
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