消除铝合金压铸件气孔缺陷的工艺改进

李宝存

青海盐湖特立镁有限公司 青海 西宁 810000

摘要：铝合金压铸件因优异的材料性能、成型方便和轻量化等,成为了首选。随着汽车等工业的发展,铝合金压铸件产量年增近13%,占有色合金压铸件产量的75%以上。现铝合金压铸件正向着大型、复杂、薄壁和高精度、集成化方向发展,推动了铝合金压铸技术的进步。铝合金压铸件在汽车上的应用主要集中在壳体件、发动机部件和其他非发动机部件。

关键词：铝合金；压铸件；气孔；净化除气

引言

在铝合金压铸生产过程中，随着新工艺技术的导入、模流技术的发展、工艺结构设计的完善、产品质量标准的提高，压铸产品的内部质量得到了明显的改善。但是，在实际生产过程中，随着一些重要工艺条件的变化，铸件内部气孔洞缺陷变得极不稳定。这种情况一方面给现场技术管理人员带来一定的困扰，另一方面增加了企业的生产成本。近年来,随着轻量化及节能减排的需要,铝合金在航空航天、汽车及船舶等交通运输领域的应用越来越多。汽车降低能耗的主要途径有改进系统和减轻汽车重量,而使用轻质材料制造汽车零部件是减轻汽车重量的有效途径。

1影响铝合金压铸件制造质量的相关因素

1.1压铸件的制造设计

根据铝合金压铸件的使用场景不同，对铝合金压铸件的整体质量和使用性能要求也具有较大的差异。因此，设计者在前期的设计环节中，必须提前与客户沟通，充分了解客户对铝合金压铸件使用性能的相关要求，根据压铸件的工作环境和相关的参数要求选择合适的应用材料。在前期的压铸件设计过程，不仅要尽可能地满足铝合金压铸件的应用场景和应用性能要求，还需要在此基础上尽可能地保障结构设计的简洁性，不能设计过度复杂的结构，便于后续的制造。此外，在设计环节中还需要留出必要的拨模斜度，否则，在后续制造过程中，会导致压铸件上出现凹陷、气孔、裂纹以及变形等缺陷。铝合金压铸件的尺寸规格具有极为精确的要求，必须在了解客户应用场景的需求下提前规划和测量，避免后续制造过程中产出大批量不合格产品。

1.2材料收缩率

在铝合金压铸件制造过程中，需要提前确认材料在受热或特殊工作环境下的收缩率。通常情况下，可以选择原材料的平均收缩率作为衡量原材料收缩性能的重要指标。尤其是对一些精密度要求较为严格的铝合金压铸件来说，在模具的前期设计过程中，必须考虑到材料收缩率的选择和控制，在必要的情况下，甚至可以先制作一批用于实验的模具，在多次测量实验模具之后确认所需要的数值结果，然后再根据数值结果着手制造铝合金压铸件模具。

2消除铝合金压铸件气孔缺陷的工艺改进措施

2.1净化除气技术

铝合金熔体净化效果对疏松、气孔、夹杂等形成有重要影响,并直接影响铝合金压铸件的物理性能、力学性能及其他使用性能。没有高品质的铝合金熔液,即使后续的晶粒细化处理再有效、加工成形控制再先进、采取的铸造工艺手段再合理,缺陷一旦从开始就产生,它将顽固地存在而且难以弥补,高质量的铸件也就很难得到。因此,在复杂压铸件的制造过程中必须重视铸造铝合金熔体中的气体问题。目前,最有效的降低压铸件内部气孔风险的途径就是严格控制熔体的含气量,采用针对性除气手段降低熔体含气量。一般铝合金熔体中的气体主要是氢气(约占80%~90%),其次是氮气、氧气、一氧化碳等。铝在熔化过程中不可避免地会发生铝液反应而离解出氢。一般氢几乎不溶于固态铝,但在液态铝中的溶解度却很大,并随温度的升高而增加。氢在铝合金固相线上、下的溶解度分别为每100g铝液的氢含量0.65mL和0.034mL,即氢在固液两相的溶解度相差约19.1倍。通过多轮对比试验验证,确定了生产高品质复杂压铸件时铝合金熔体含气量应控制在0.10~0.14mL/100g,并相应地采取铝合金熔体二次除气处理技术,即在使用环保精炼剂一次除气精炼处理工艺后,再加上吹氮气旋转除气SNIF法,除气时间可缩短为4~5min,以防止长时间搅动紊流造成的合金吸气,从而获得高质量铝合金熔体。

2.2双通道高真空技术

采用双系统高真空压铸工艺,快速抽除模具型腔内的气体,使金属液在负压下填充型腔,真空度≤80mbar的型腔处于接近真空状态,可以大幅度降低因紊流的金属液卷入气体而形成气孔的可能性,基本可以消除铸件内部气孔的成因,铸件含气量得到有效降低,内部气孔率下降,从而提高致密度,使铸件的综合力学性能在满足标准的基础上大幅提升。

双通道高真空压铸技术是指同时从型腔、压室处抽真空。从型腔抽真空的目的是为了降低型腔中的气体含量,减少气孔缺陷;从压室抽真空的目的在于提高抽气速率,减少烟气、水蒸气对铸件的影响,从而提高型腔中的真空度,确保高真空压铸的可靠性。高真空压铸技术的难点是真空截止阀的结构与真空系统的设计。目前真空阀的结构形式多种多样,按工作原理可以分为三类:第一类结构是改变通道的截面积,使金属液的流动性逐步降低,从而在进入真空管道之前使金属液的自然流动停止,如锯齿型的真空阀;第二类结构是利用金属液的惯性冲力使真空阀的排气通道关闭,如GF阀,这两种结构的真空阀由于抽气速度的局限性,常用于普通真空压铸;第三类结构是通过型腔中金属液的充填位置,利用液压或气压使真空阀阀芯关闭,这种结构的真空阀适用于高真空压铸。

真空系统的设计采用双独立真空系统排气,与单系统真空排气方式的不同在于熔杯与型腔的排气是由两个独立系统分别完成的,最大程度上保证了在型腔接力排气时,熔杯系统的真空罐压力为最低,已达到最终的排气最佳效果。液压阀结合排气板的双系统高真空排气是提高结构件真空压铸效率的有效手段。

双独立真空系统排气抽真空开始和结束点的设置很关键。抽真空开始位置设置过早,则压室和型腔与外界相通,起不到密闭空间作用,抽真空失效;抽真空开始位置设置过晚,则导致抽真空时间过短而抽真空的效果比较差;抽真空结束位置设置过晚容易把合金抽到真空阀里,导致阀体堵塞而抽真空失效。通常在冲头刚过压室铝液注射口时,压室和型腔同时开始抽真空,在高速开始前型腔结束抽真空。

2.3压铸工艺参数优化

铸件气孔中的气体来源于合金液、模具型腔、压射室及涂料,但在正常规范的生产中,铸件气孔中的气体主要来源于模具型腔和压射室。模具型腔主要靠合理的浇注系统和溢流排气系统来最大程度地减少气体进入铸件并使之排出模外,而压射室中的气体是靠调整压射行程来控制压射冲头快速填充位移的起点,也就是慢压射行程的终点,使合金液以慢速充满压室前端堆积于内浇口前沿,从而最大程度地减少气体被合金液卷入而带入模具型腔,达到最大程度地减少铸件中的气孔、提高铸件内部质量的目的。所以,在压铸过程中对压射行程的控制是非常必要的。

结束语

(1)通过双通道高真空新技术的应用,降低模具型腔和压室内部气体的含量,使其接近真空状态,同时增加净化除气技术的应用,降低熔体含气量,从而降低铸件内部气孔的产生。(2)优化喷涂工艺,通过缩短喷涂时间、改善喷嘴方向、延长吹气时间,来降低脱模剂残留含量,可有效避免铝液和水分接触瞬间气化产生的密集型针孔缺陷。(3)合理的高速切换点选择对铸件内部质量有较大影响,同时根据产品的内部质量要求对模具浇注系统进行改进,对压铸件品质的提升有积极意义。

参考文献

[1]汪学,吴锶,刘冉等.浅谈铝合金压铸件收缩率设置[C]//重庆铸造行业协会,重庆市机械工程学会铸造分会.2022重庆市铸造年会论文集.[出版者不详],2022:281-283.

[2]姚士琦.分析铝合金压铸件中产生气孔的原因[J].科技创新与应用,2020(24):125-126.

[3]况文浩,汪学,马燕.铝合金收缩率对压铸件孔位置度影响的研究[C]//重庆铸造行业协会,重庆市机械工程学会铸造分会.2022重庆市铸造年会论文集.[出版者不详],2022:277-280.