中国压铸杂志

铝合金上箱体铸件裂纹形成原因及其预防

作者:admin 来源:原创 发表时间:2018-03-22

文:重庆长安汽车股份有限公司江北发动机工厂 代正强、 冉平
 
摘  要:本文针对压铸铝合金缸体裂纹形成原因进行分析,就影响裂纹产生的各种因素(如铸件结构、工艺参数、模具温度等)进行研究和探讨。通过合理控制和调整这些因素,达到消除裂纹的目的,提高上箱体铸件质量和经济效益。
 关键词:压铸;裂纹;原因分析;产生因素;预防措施
  1.  压铸铝合金上箱体现状
    压铸铝合金上箱体具有许多钢质上箱体无法比拟的特性,因此铝合金上箱体在轿车、摩托车等车辆上已开始广泛应用;到 2002 年我国轿车铝合金上箱体的装车率已接近 45%。由于汽车上箱体质量要求较高,本身结构又适合于压铸;且需求量大。因此,极大地推动了压铸技术的发展。目前,压铸已成为铝合金上箱体生产的主要工艺方法;国内的铝合金上箱体制造企业多数采用此工艺生产。
    压铸可实现高度机械化、自动化,既提高生产率(20~25 型/h);又可减少众多的不利于生产工艺的人为因素。提高成品率,且可大大减轻工人的劳动强度。然而压铸件的质量受到诸如工艺方案、工艺参数、模具结构及人工操作等因素,
以及它们之间的相互影响;任何一个环节设计不合理或操作不当都有可能导致压铸毛坯件产生缺陷。其中,铝合金上箱体主油道裂纹的产生是影响企业生产成本、生产效率的重要因素,且上箱体主油道裂纹是汽车安全性的重大隐患。因此,
对压铸铝合金上箱体主油道裂纹成因的探讨就显得尤为重要。
 2.  形成原因
     压铸铝合金上箱体主油道裂纹主要产生在模具温差大的部位,或模具型芯粘铝水严重的部位;裂纹一般分为拉裂和热裂两种。热裂通常认为是在合金凝固过程中产生的,由于型壁的传热作用;铸件总是从表面开始凝固的。当铸件表面出现大量的枝品并搭接成完整的骨架时,铸件就会出现固态收缩(常以线收缩表
示)。但此时枝晶之间还存在一层尚未凝固的液体金属薄膜(液膜),如果铸件的收缩不受任何阻碍;那么枝晶层不受力的作用。可以自由收缩,也就不会出现应力。当枝晶层的收缩受到阻碍时,不能自由收缩或受到拉力的作用,就会出现拉应力,这时枝晶间的液膜将受到拉伸的作用而变形。当拉应力超过液膜的强度极限时,枝晶间就会被拉开。但是被拉裂部分的周围还存在一些液体金属,如果液膜被拉开的速度很慢;且周围有足够的液体并及时流入拉裂处。那么拉裂处将得到填补和愈合,铸件不会出现热裂纹。如果拉裂处不能重新愈合,铸件就会出现热裂纹。热裂断口处表面被强烈氧化,呈现无金属光泽的暗色或黑色。比如某系列上箱体右悬挂面机油滤清器和主油道结合处出现主油道贯穿的裂纹就属于热裂纹。
3.  影响裂纹产生的主要因素
    对于同一种合金,上箱体是否产生裂纹;往往取决于上箱体结构、工艺参数和模具温度等因素。 
1)上箱体结构设计不当对上箱体裂纹的影响。
(1)内圆角大小不当,是上箱体产生热裂纹最普遍的原因,因为上箱体在冷却时尖角处会产生很大的应力。在内圆角小的部位,即使补缩良好不出现缩裂,也会产生热裂。
(2)上箱体截面骤然改变,会导致冷却速度快慢不一。即使补缩良好也会产生较大应力,使凝固后出现裂口或裂纹。例如:某系列上箱体大端深腔部位出现与斜油孔贯穿的裂纹,就是铸造圆角设计不合理,铸造圆角太小而出现热裂纹。
 2)模具温度对上箱体裂纹的影响。压铸的模具温度决定合金液的凝固方式,并直接影响铸件的内部和表面状况,是铸件产生尺寸偏差及变形等诸多缺陷的主要原因之一。同时对生产率也有很大的影响,模具温度随着铸件重量、压铸周期、压铸温度及模具冷却方式等的变化而改变。从传热学角度来看,提高模具温度可降低金属与模具之间的换热强度;延长了流动时间。也有研究表明:提高模具温度还略能降低金属液与铸型之间的界面张力。随着模具温度的增加,充型时间略减少;即充填能力随着模具温度的升高而增加。因此模具温度的适当升高有利于应力的减小,如果模具温度过低,铸件在金属型中冷却过快;铸件各部分之间的凝固速度不同。会使铸模内铸件的冷却不均匀,产生热应力和变形;结果导致在铸件成品上产生热裂及较大的残余应力和残余变形。但较高的模具温度不利于得到结晶细小的组织,液态金属容易吸气和收缩;使铸件产生气孔、缩松和缩孔等缺陷的机会增加。为将这一矛盾统一化,可在不出现铸造缺陷的情况下,适当提高模具温度。
3)铸件热处理硬度过高也会容易产生裂纹。
由于硬度太高,铸件塑性降低,脆性增加,从而诱发裂纹。
4.  改进预防措施
 1.设计合理的上箱体结构。在进行上箱体结构设计时,应避免尖角结构和截面的骤然改变;宜采用圆角或厚度均匀的结构。比如:针对某系列上箱体大端深腔部位出现与斜油孔贯穿的裂纹,我们就把铸造圆角增大了 3mm,从而有效杜绝了该处出现的热裂纹。
   2.合理控制模具温度场。在压铸生产过程中,控制压铸模具每一个滑块的温度,达到整个模具型腔温度均匀,并且不会使模具温度太低造成靶模。可以调整每一个滑块的循环水流量以及点冷水通断时间进行控制滑块温度,并且可以调整喷涂角度和时间达到模具温度均匀的效果。比如:对某系列上箱体右悬挂面机油滤清器位置和主油道之间由于模具温差过大,导致主油道出现裂纹,我们就把右滑块的冷却水调高到刻度 9 并且将喷涂该位置的时间增加 3s,同时将定模型腔的冷却水流量降低,提高定模型腔温度,从而有效地杜绝了在连续生产中该处出现缩裂的情况。
5.  结束语
    铸造缺陷裂纹对铸件质量和铸造生产中有很大危害,要迅速有效地消除铸件裂纹;必须系统地调整研究,准确地判断铸件的种类,查明产生的原因,经综合分析和实践验证方可采取相应的防止措施加以解决,从而提高上箱体铸件质量和经济效益。
 
 
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