1.壓鑄件縮孔縮松現(xiàn)象存在的原因
壓鑄件縮孔縮松現(xiàn)象產(chǎn)生的原因只有一個,那就是由于金屬熔體充型后,由液相轉(zhuǎn)變成固相時必然存在的相變收縮.由于壓鑄件的凝固特點是從外向內(nèi)冷卻,當鑄件壁厚較大時, 內(nèi)部必然產(chǎn)生縮孔縮松問題.
所以,就壓鑄件來說,特別是就厚大的壓鑄件來說,存在縮孔縮松問題是必然的,是不可以解決的.
2.解決壓鑄件縮孔縮松缺陷的唯一途徑
壓鑄件縮孔縮松問題,不能從壓鑄工藝本身得到徹底解決,要徹底解決這個問題,只能超越該工藝,或者說是從系統(tǒng)外尋求解決的辦法. 這個辦法又是什么呢?
從工藝原理上說,解決鑄件縮孔縮松缺陷,只能按照通過補縮的工藝思想進行.鑄件凝固過程的相變收縮,是一種自然的物理的現(xiàn)象,我們不能逆這種自然現(xiàn)象的規(guī)律,而只能遵循它的規(guī)律,解決這個問題. 3.補縮的兩種途徑
對鑄件的補縮,有兩種途徑,一是自然的補縮,一是強制的補縮.
要實現(xiàn)自然的補縮,我們的鑄造工藝系統(tǒng)中,就要有能實現(xiàn)“順序凝固”的工藝措施.很多人直覺地以為,采用低壓鑄造方法就能解決鑄件的縮孔縮松缺陷,但事實并不是這么回事.運用低壓鑄造工藝,并不等于就能解決鑄件的縮孔縮松缺陷,如果低壓鑄造工藝系統(tǒng)沒有設(shè)有補縮的工藝措施,那么,這種低壓鑄造手段生產(chǎn)出來的毛坯,也是可能百分之一百存在縮孔縮松缺陷的.
由于壓鑄工藝本身的特點,要設(shè)立自然的“順序凝固”的工藝措施是比較困難的,也是比較復(fù)雜的.最根本的原因還可能是, ”順序凝固”的工藝措施,總要求鑄件有比較長的凝固時間,這一點,與壓鑄工藝本身有點矛盾.
強制凝固補縮的最大特點是凝固時間短,一般只及”順序凝固”的四分之一或更短,所以,在壓鑄工藝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增設(shè)強制的補縮工藝措施,是與壓鑄工藝特點相適應(yīng)的,能很好解決壓鑄件的縮孔縮松問題.
4.強制補縮的兩種程度:擠壓補縮和鍛壓補縮
實現(xiàn)鑄件的強制補縮可以達到有兩種程度.一種是基本的可以消除鑄件縮孔縮松缺陷的程度,一種是能使毛坯內(nèi)部達到破碎晶粒或鍛態(tài)組織的程度.如果要用不同的詞來表述這兩種不同程度話,那么,前者我們可以用“擠壓補縮”來表達,后者,我們可以用“鍛壓補縮”來表達.
要充分注意的一個認識,分清的一個概念是,補縮都是一種直接的手段,它不能間接完成.工藝上,我們可以有一個工藝參數(shù)來表達,這就是”補縮壓強”.
物理原理上,壓強這個概念有兩種情況可出現(xiàn),一種是在液體場合,即“阿基米德定律”的場合,為分清楚,我們定義它為“液態(tài)壓強”,而另一種出現(xiàn)在固態(tài)場合,我們定義它為”固態(tài)壓強”.要注意的是,這兩種不同狀態(tài)下出現(xiàn)的壓強概念的適用條件.我們?nèi)绻煜?就會出現(xiàn)大問題.
“液態(tài)壓強”,它只適用于液體系統(tǒng),它的壓強方向是可以傳遞的,可以轉(zhuǎn)彎的,但在固相系統(tǒng)完全不適用.
壓鑄件的補縮,是在半固態(tài)與固態(tài)之間出現(xiàn)的,它的壓強值,是有方向的,是一種矢量壓強,它的方向與施加的補縮力方向相同.
所以,那種以為通過提高壓鑄機壓射缸的壓力,通過提高壓射充型比壓來解決壓鑄件的縮孔縮松,以為這個壓射比壓可以傳遞到鑄件凝固階段的全過程,實現(xiàn)鑄件補縮思想,是完全錯誤的.
5.采用“先壓鑄充型,后模鍛補縮”的工藝,是解決鑄件縮孔縮松缺陷的有效途徑,也是一種終極手段.
“先壓鑄充型,后模鍛補縮”的工藝,我們可簡稱為“壓鑄模鍛”工藝.它的本質(zhì),是一種連鑄連鍛工藝,就是將壓鑄工藝與液態(tài)模鍛工藝相結(jié)合,將這兩種設(shè)備的最有效功能組合在一起,完成整個工藝過程.
這種連鑄連鍛的“壓鑄模鍛”設(shè)備,外型與普通立式或臥式的壓鑄機很相似,其實就是在壓鑄機上,增加了液壓的鍛壓頭.可以加上的最大鍛壓補縮力,能等于壓鑄機的最大鎖模力.
要注意的是,這種壓鑄模鍛機最重要的公稱參數(shù),并不是鎖模力,而是模鍛補縮力,相當于四柱油壓機的鍛壓力意義,這是我們在設(shè)備選擇時必須充分留意的.不然,買了一臺鎖模力很大,但模鍛補縮力很小的壓鑄模鍛設(shè)備,其使用價值就大打折扣了.
運用這種壓鑄模鍛機生產(chǎn)的毛坯,尺寸精度很高,表面光潔度也極高,可以相當于6級以上機加工手段所能達到的精度與表面粗糙度水平.它已能歸屬于“極限成形”----的工藝手段,比“無切削少余量成形”工藝更進了一步
研究對既定條件下壓鑄模具的壓鑄工藝參數(shù)進行快速擇定。新模具調(diào)試生產(chǎn)前, 預(yù)選經(jīng)計算得出其壓鑄工藝參數(shù), 實際調(diào)試生產(chǎn)中以此為基礎(chǔ), 在工藝參數(shù)設(shè)置上少走彎路, 快速完成模具調(diào)試, 生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。
壓鑄模具費用在壓鑄件成本中占較大比重, 而且壓鑄模具費用又是分攤到每個壓鑄件的成本中去的, 這就需要我們盡量減少不必要的模具生產(chǎn)次數(shù), 以提高壓鑄模具的總體壽命, 盡可能降低壓鑄模具費用在每個壓鑄件成本中的分攤, 創(chuàng)造更大的效益。
對于如何提高模具壽命, 我們最常想到的可能有模具采用模具溫度控制系統(tǒng), 模具成型部分定期消應(yīng)力處理和表面強化, 合理的澆注排溢系統(tǒng), 以及在滿足產(chǎn)品要求的同時采用較低的壓力、速度和溫度等工藝參數(shù)等。但卻往往忽略了新模具的調(diào)試生產(chǎn)過程, 若不對該過程進行控制, 甚至有可能模具的生產(chǎn)次數(shù)已經(jīng)達到首次消應(yīng)力的模次, 卻還未調(diào)試完成, 沒有生產(chǎn)出符合客戶要求的產(chǎn)品, 這就無形中增加了單個壓鑄件的成本。為了盡量避免這樣的情況發(fā)生, 給以后的生產(chǎn)打好基礎(chǔ), 本文對既定條件下新壓鑄模具壓鑄工藝參數(shù)的預(yù)先快速擇定進行研究。 一、壓鑄機的選定
模具制造之前, 模具的設(shè)計師應(yīng)同模具的壓鑄工藝師一起確定好所要使用的壓鑄機并確定好壓室直徑。
二、快速先定壓鑄工藝參數(shù)
以冷室壓鑄機進行鋁合金壓鑄為例。根據(jù)模具的三維模型，可以得到該產(chǎn)品的每模金屬重G0 (kg) ,產(chǎn)品凈重G1 (kg)，集渣槽總重量G2 (kg)，分型面總投影面積S(m2)，連同已經(jīng)先好的壓鑄機額定鎖模力T(N)，壓室直徑D1，經(jīng)下面的各工藝參數(shù)確定做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 1、 壓射比壓Po的確定 壓射時的極限比壓：P極限=T/S 式中T-壓鑄機額定鎖模力； S-分型面總投影面積；
Po就小于P極限避免生產(chǎn)中發(fā)生漲模，并根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、外觀及內(nèi)部質(zhì)量要求。同時參照表2確定一個相對較低值，以降低模具的維修保養(yǎng)頻次，提高模具的壽命。
2、 壓鑄機的壓射缸增壓后壓強P1的確定壓射過程完成后，作用在沖頭和壓射缸活塞上的力相同，即：
因此，有實時控制的壓鑄機可以直接在其控制電腦內(nèi)設(shè)置P1；普通的壓鑄機基本上為手動調(diào)節(jié)增壓閥開啟程，配合調(diào)整增壓蓄能器的氮氣充填壓強來完成設(shè)定。 3．壓射速度的確定
(1)第一階段低速壓射V1。一般由兩部分構(gòu)成，首先為沖頭由靜止到剛過澆料，這時需要慢速，主要是為避免合金液從澆料口溢出，有利于氣體排出；其次為金屬液繼續(xù)充填到內(nèi)澆道之前(這時的速度要大于前一部分)，主要是為了避免合金液內(nèi)卷氣，同時要盡量避免合金液提前進入型腔。
參考數(shù)據(jù)：一般可以設(shè)為0.1～0.5m／s；薄壁件、外表裝飾件為0.25-0.35m／s；高耐壓強度件為0．15-0.25m／s。
(2)第二階段 高速壓射V2 。當合金液到達內(nèi)澆道時，可以進行高速切換，使得合金液在高壓高速下充填。經(jīng)驗數(shù)據(jù)：高速壓射速度：達2～4．5m／s以上，高速射出加速時間t1為0．01 s，增壓時間t2 為0．Ols。
(3)第三階段 金屬液充型結(jié)束前減速。在充型結(jié)束前增加減速動作，可以減輕合金液在充型結(jié)束時的沖擊，保護壓鑄模具，減少飛邊的產(chǎn)生；但要注意減速點設(shè)置不宜過早，否則會影響充型效果。
4．重要壓射速度切換位置的選擇
(1)通常高速壓射起點的位置在Ⅱ (正常速度切換位置)，即合金液到達內(nèi)澆道時。 (2)若是表面質(zhì)量要求高的壓鑄件，可以將切換位置提前在I、Ⅱ之間。
(3)若是希望減少壓鑄件的局部氣孔，可以將切換位置滯后到壓鑄件的重要部位之上，即Ⅲ處，以減少重要部位的氣孔，增加致密性。但要十分注意防止充型速度過慢導(dǎo)致壓鑄件的冷缺陷。當壓鑄件的重要部位在末端時，則不應(yīng)使用該方法。
(4)對于大型壓鑄件和大型壓鑄機，可以將切換位置設(shè)在合金液進入型腔30％左右，以減少氣孔的產(chǎn)生。
(5)切換位置在I以下時卷氣量大，不推薦。
下面的數(shù)據(jù)計算是根據(jù)正常速度切換位置為研究對象進行的。
L0為低速壓射行程，即合金液到達高速壓射切換位置處的沖頭行程L1為高速壓射行程，即產(chǎn)品凈重G1 與排溢系統(tǒng)總重G2 之和的合金液在壓室內(nèi)所占的長度，因此 L1可以通過計算得到：
上式中合金液的密度ρ，鋁合金液可以按2．65 XlO3kg／m3 計算。 L2為料柄厚度(經(jīng)驗數(shù)據(jù)為30～50mm)。
L=L。+ L1+ L2：，可以通過澆料燙壓室后經(jīng)測量得到。
根據(jù)測量得到的L，計算得出的，以及自行確定的，可以得到的值，即確定了高速壓射的切換位置。
5．增壓壓力的相關(guān)設(shè)定
冷室壓鑄中，建壓時間表示增壓壓力的響應(yīng)速度，普通的壓鑄機通過調(diào)節(jié)增壓速度調(diào)節(jié)手輪來實現(xiàn)。先進的壓鑄機可以在控制面板上直接設(shè)定增壓壓力和時間的曲線。增壓過程的起點可以通過位置、壓力和速度來觸發(fā)。
一般來講，通過設(shè)置位置來觸發(fā)增壓，易于設(shè)置并便于調(diào)節(jié)，該位置設(shè)置的經(jīng)驗數(shù)據(jù)為：沖頭壓鑄行程終點前10～30mm。 6，澆注溫度和壓鑄模具溫度的設(shè)定
(1)澆注溫度可根據(jù)合金牌號、壓鑄件的質(zhì)量要求等進行沒定。
(2)壓鑄模具溫度可以控制在澆注溫度的1／3左右，薄壁、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壓鑄件可適當提高，但應(yīng)當注意的是，在開始生產(chǎn)前應(yīng)對模具進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在150～180℃。 7．持壓時間和留模時間的設(shè)定
鋁合金壓鑄件基于壁厚的持壓時間和留模時間推薦值。 若經(jīng)過上述工藝參數(shù)設(shè)定并根據(jù)壓鑄件進行凋整后， 沒有達到產(chǎn)品的質(zhì)量要求，則需要對模具上的澆注排溢 系統(tǒng)進行修改調(diào)整。
三、結(jié)語
生產(chǎn)出合格壓鑄件的條件很多，上述的壓鑄工藝參數(shù)選擇僅為其中的一個方面，如壓鑄模具的澆注排溢系統(tǒng)設(shè)計，模具的制造精度，壓鑄機的狀態(tài)，壓鑄操作者的技術(shù)水平，以及壓鑄用涂料的選擇等都會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，出現(xiàn)問題時還應(yīng)從多角度、全方面去考慮，不要局限于某一方面，這樣才能快速解決問題。
