中国压铸杂志

盐芯开发及其在高压铸造中的应用

作者:admin 来源:原创 发表时间:2017-09-04

 
文: 一汽铸造有限公司压铸厂  张文光   
 
摘要:具有空腔结构的铸件可以进一步提高铸件的结构刚度和降低部件重量,满足车辆轻量化的使用要求。通过应用盐芯技术,可以使目前广泛使用的高压铸造生产技术满足空腔结构铸件的铸造要求。本文综合论述了目前应用于高压铸造过程中的盐芯制备技术,测试方法,相关研究进展以及典型的应用案例,并对可能的应用前景进行了讨论。
关键词:盐芯;高压铸造;制备技术;应用
 
随着汽车轻量化技术的发展,越来越多的轻合金铸件已经在乘用车的车身和底盘部件上获得了广泛的应用。采用空腔结构铸件可以显著提高部件的结构刚度,并进一步降低部件重量。配备有真空系统的高压铸造工艺是目前汽车轻合金铸件广泛采用的铸造成形方法,可以实现基准壁厚为2.5 mm,具有复杂几何结构的轻合金铸件的铸造成形,并通过抽芯机构形成侧面孔,加强筋和肋板等结构,但是无法形成具有空腔结构的铸件。
通过在高压铸造过程中应用水溶性盐芯可以形成具有复杂内腔结构的铸件,盐芯可以通过水溶的方式去除。水溶性盐芯是指利用水溶性碱金属盐制成的型芯,待铸件铸造完成后用高温高压水流冲洗型芯完成铸件清理。与目前在砂型和低压铸造中广泛应用的砂芯相比,水溶性盐芯具有强度高,表面质量好,无发气等诸多优点,铸件表面质量好,而且水溶性盐芯容易清除,对环境污染较小,清理时不损伤铸件。另外,无机盐还可以循环利用,降低资源消耗。因此,随着汽车轻量化铸件的发展需求日益提高,水溶性盐芯技术已经在高压铸造工艺过程中获得了部分应用,如发动机水套芯,电动汽车铸件和涡轮增压器部件等。
1 水溶性盐芯的性能及其评价
在高压铸造条件 下 ,型 芯 要 承 担 高 温(680~720 ℃) 熔体的高速冲击 (20~50 m/s),与在重力铸造中已经广泛应用的砂芯相比,对水溶性盐芯的耐冲击强度提出了更为苛刻的要求:盐芯制备过程中成形性好,能够满足低压铸造和高压铸造等多种成形工艺的要求;表面质量好,无裂纹和缩松等明显的铸造缺陷;生产效率能够与高压铸造生产节拍相匹配;具有高的抗弯强度,通常应该大于20 MPa,能够承受高压铸造过程中高温熔体的高速冲击,并避免在盐芯表面产生微裂纹,甚至在高压作用下碎裂;具有良好的可溶解性,可以通过采用高温高压水完成清理,其清理效率与高压铸造生产效率相匹配;具有稳定性,在高温合金熔液冲刷下不会熔解,不与合金发生反应,可循环利用。
1.1 盐芯的性能指标
抗弯强度:开发盐芯的首要目的是能够置于高压铸造模具内,承受高压铸造过程中高温和高速流动的熔体的冲击,最后形成铸件的空腔结构,因而其强度是关键指标。考虑到盐芯在工作状态主要承受高温熔体的冲击,对其性能检测的主要指标为抗弯强度。
盐芯的抗弯强度测试可参考国家标准GB/T 2684-2009铸造用砂及混合料测试方法,首先制备标准的长条抗弯试样 (图1),然后在型砂强度试验机上压断,并读取抗弯强度值。
 

 
盐芯收缩率:采用浇注法制备盐芯面临的一个重要问题就是盐芯在凝固过程中的收缩率比较大,而且不易控制,这给盐芯的铸造工艺和模具设计都提出了很大的挑战,如何评价不同成分盐熔体在凝固过程中的收缩倾向就成为盐芯性能评价的一个重要指标。
通常条件下,以测试样品模具的长度作为初始长度,通过在不同部位多次测量的盐芯长度的平均值作为收缩后的长度从而计算出线收缩率,作为设计依据。另一种方式是采用Tatur模具的方式测试盐置于熔体的收缩倾向,塔脱模型如图2所示。
 

 
将熔融的盐溶体通过上部注入孔浇入模具中,待熔体完全冷却后,打开模具,取出已经完全凝固的样品。通过CT扫描确认缩松体积与总体积的比例,以此评价不同成分盐熔体凝固时的收缩倾向,并为后续的设计和开发提供基础数据。在缺乏CT检测设备时,也可以将样品纵向剖开,通过测量缩松面积的方式来确认样品的缩松倾向。
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