中国压铸杂志
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压铸件缩孔的解决方法

作者:admin 来源:原创 发表时间:2018-11-15
 
 
文:苏州优尼昂精密金属制造有限公司 刘遵建
 
                           上海三菱电机•上菱空调机电器有限公司技术部  刘姝迪
 
摘要  针对压铸件缩孔、缩松、缩凹等缺陷,从铸件结构、压铸模结构、压铸工艺、压铸操作、强制补缩等方面,提出了解决缺陷问题的具体措施。
关键词  缩孔;缩松;压铸模具;压铸涂料
 
压铸件在凝固过程中会发生体积收缩,形成缩孔、缩松;因铸件内部收缩,铸件表面上会出现缩凹缺陷(见图1)。





 
对于压铸件来说,特别是厚大的压铸件,缩孔、缩松是普遍问题。本课题从如何对合金液的收缩进行补缩,如何阻碍合金液形成集中缩孔以及如何防止产生气体、包卷气体,如何排气等几个方面进行分析研究,以消除或减少缩孔、缩凹缺陷,从而提高压铸件的良品率。
 
1、铸件结构改进
铸件的壁厚越厚或热节越大,体积的收缩量越大,就越难以把气体排出,因此容易形成大的缩孔。这就要求尽量消除或减小铸件的热节,把铸件热节部位尖角改为圆角;铸件的壁厚要均匀,在铸件壁厚相差较大的连接处,要逐步平缓过渡;如果铸件设计不可避免热节、凸耳、凸台等,则可采用空心结构、筋条结构等来消除热节和减轻铸件质量。
铸件上较大的热节部位、宽大的平面部位容易产生涡流,因而容易包卷气体;金属液难以充填到模具深腔,铸件的盲孔、死角部位难以排气、容易包卷气体,易出现缩孔、缩凹缺陷。设计该类铸件时,就要考虑设置内浇口和溢流排气口的位置。
 
2、压铸模结构改进
如果内浇口截面积过小,会导致金属液充填速度过快而产生喷射,促使金属液包卷大量的气体。因此要适当加大内浇口的截面积,防止内浇口的金属液过早 凝固,从而堵塞增压补缩通道。要增强内浇口补缩能力和延长补缩时间。如果内浇口的位置距离出现缩孔、缩凹的热节位置比较远,需适当改变合金液导入内浇口的位置、内浇口的数量和内浇口进入型腔的方向,以便合金液在型腔内有序充填、压力有效传递、型腔气体有效排除,达到对热节进行有效补缩的目的。
合理设计内浇口与型腔连接的结构形式,达到理想的内浇口导流方向。要使合金液首先充填深腔、薄壁、需要较多合金液的位置、大平面的中间位置、铸件表面质量要求较高的位置、以及难以成形的位置等,使金属液在型腔内有序充填,
防止金属液产生涡流和卷气。消除或减轻金属液对型壁的正面冲击,可以降低冲击部位的模具温度。注意改变内浇口的流向或位置时,要防止金属液过早凝固以致堵住分型面或排气道。
比较小的热节和非厚壁部位,可以设置在距离内浇口较远的位置,让这些位置由一些较低温度的合金液充填,这样不会导致该部位的模具温度过高。如在模具较深的型腔、死角、型腔中部等部位无法排气或排气不畅,
可以采用排气塞、顶杆、模块镶拼结构排气;用点冷却加速厚壁部位合金液凝固速度;用点加热提高薄壁部位模具温度,使压力有效传递;用改变充填流向消除涡流卷气,以减小甚至消除铸件缩孔。合理设置溢流槽、排气槽位置、数目及尺寸,可以消除排气不良的现象。
尽量减小机械加工余量;要使用型芯、抽芯铸造出螺纹孔的底孔。如果压室具有较小的充满度,使用较低的压射速度和足够的压射比压,可以减轻压铸件的缩孔和缩凹。要选用合适的压射室直径,控制压射室充满度在30%~55%之间。
压铸件表面出现的轻度缩凹、粘模脱皮、小气泡等缺陷,可以通过对模具表面进行喷丸、放电或打磨处理,使模具的表面变得粗糙,这样有助于气体排出,还可以增大模具的导热效率,提高模具对合金液的冷却速度。
如果模具的冷却水管道距离内浇口太近,由于内浇口处的模具温度过低,会导致内浇口过早凝固。要使用冷却水和模温机,合理调节模具各部位的温度。
如果模具温度过高,虽然有利于补缩压力传递,但会减缓合金液的凝固结晶速度,使热节处形成较大缩孔。这就要在模具的横浇道、内浇口附近的型腔位置、型芯的高温部位,以及铸件的热节部位,给模具内部设计管道通冷却水进行强制冷却。压铸时对模具表面要多喷涂料及多吹气冷却,以降低模具过热部位的温度,提高模具对合金液的冷却效率,使合金液内部和外部接近于同时凝固,让合金液达到快速冷却的效果,从而防止出现集中缩孔。
如果模具温度过低,虽然能加快合金液的凝固速度,能消除或减小热节处的凝固缩孔,但会过早地封闭补缩压力的传递通道,影响补缩效果;也不利于涂料中水分快速去除,增加了合金液包卷气体的几率。这时在远离内浇口的热节处不仅容易形成较大的缩孔,而且在铸件内部也会存在大量的气孔。因此,要求在设计模具时,要提高远离内浇口处、铸件薄壁处、型腔深腔处、非主杆充填型腔处模具的温度。一般是采用增加溢流槽
的数量或增大其体积,电加热管加热,或模温机通热油等方法加热模具。
为了消除热节设计的铸件空心结构,在模具上设置凸台。起模斜度不能过大,否则会减小消除热节的效果。另外,如果模具使用中变形,产生了凸起部分,导致铸件表面凹陷的,只要检修模具、消除模具缺陷即可。
 
3、压铸工艺和合金熔炼改进
提高压铸机的压射充填压力和增压补缩压力,加大增压阀的开度(缩短增压的升压时间),这样可以及时进行增压补缩,可以增加合金液的流动补缩能力,提高铸件组织的致密度。可以通过降低低速、高速的压射速度,推迟高速的开始位置来减少金属液包卷气体的含量。还可以采用很高的高速速度,使内浇口速度达到60~120 m/s,让金属液呈雾状喷射充填型腔,这样虽然增加了铸件中气体的总含量,但不会包卷较大的气泡,能明显减小缩孔和缩凹尺寸,达到孔穴尺寸不超标的目的。试验得知,充填速度低会出现大气孔,但数量少,总量也少;充填速度高,出现气孔的数量多,总量也多,但尺寸小。
较高的低速速度,不平稳的低速速度,以及过早开始启动高速速度,都会使金属液在压射室及横浇道里出现紊流而产生卷气。
压铸合金熔化或浇注温度越高,引起合金内部吸气越多,铸件结晶的晶粒越大,合金液凝固后的收缩率越大。在合金液的熔化和保温过程中需控制合金液的温度不要过热,并要使合金液处于高温的时间不要过长。如果合金液需要超过2h的停产保温,ADC12铝合金的保温温度要降至620~630℃。在保证铸件不产生冷隔、浇不足的前提下,要尽量降低合金液的浇注温度,这样可以减少合金液的收缩量和含气量。
空气中的水分、炉料中的水分和油污里的有机物等,在高温时会分解出氢原子。Al、Zn、Mg等合金液,随着温度的升高,会吸附溶解更多的氢原子。同时在合金液的氧化夹渣和夹杂物团粒中,也容易吸附氢原子,在合金液凝固的过程中,会使附着的氢原子自动脱离凝固体而进入到液体之中。当液体之中的氢原子聚集富余之后,由于温度降低,氢原子相互结合形成氢气。富集的氢气产生膨胀压力,又促进了液体的补缩流动,同时也促使合金液中形成较大的气缩孔。因氢原子会附着在氧化夹渣和杂质上,仅靠除气精炼解决不了,还要仔细地对合金液进行彻底的除渣精炼操作,这样才能较好地降低合金液的含气量和杂质含量。
合金液中某些化学成分如果超差,会增大合金的体积收缩率。如铝合金中的 Zn含量增加就会增大合金的体积收缩率,因此要对合金液进行常规检查,控制、调整好化学成分,并适当地控制回炉料的用量比例。
用密度检测仪检测样块,并观察样块的凝固凹陷程度,观察合金液的收缩量和含气量。一般结晶温度范围大的合金容易出现集中缩孔,其铸件容易出现漏气,而一般结晶温度范围小的合金,则容易出现分散的缩孔,其铸件不容易出现漏气。为了提高铸件的密度,可以对合金液进行变质处理,在铝合金液中添加0.15%~0.20%的 Ti、Sr等晶粒细化剂,能减轻合金的缩孔倾向。必要时就需要改用体收缩率、线收缩率小的合金品种。
如果铸件的内浇口断面出现缩孔,影响因素较多,解决的方法有:为使压力更好地传递,适当改进浇注系统,加大内浇口截面积,加大内浇口厚度,防止因内浇口过早凝固而影响压力的传递;如果横浇道比内浇口冷却收缩快,会使内浇口处金属液倒流到横浇道,结果使铸件在内浇口处形成缩孔,这时就要减小内浇口厚度。给内浇口部位进行充分冷却;提高增压压力;消除金属液在压射时产生的飞料和飞边毛刺;加大增压上升速度阀的开度;延长增压持压时间到浇口完全凝固为止;对金属液精炼处理减少含气量,降低金属液的浇注温度,减少金属液的收缩等,这些都可以减小或消除内浇口处的缩孔。
采用半固态压铸工艺,该工艺是将具有固相率3%~50%的合金浆料,压射充填到型腔内,虽然在合金浆料内部已经有固相颗粒存在,能够加速合金凝固,消除大的缩孔,但因为还有部分处于液态的合金,在结晶时存在体积收缩,最终还会出现小的缩孔或缩松,不过,半固态压铸比液态压铸出现的缩孔、缩松尺寸小,数量要少很多。
 
4、压铸操作改进
压铸的余料料饼厚度过薄,会影响增压压力的传递,使压射最终的增压起不到有效的补缩作用,所以要采用定量浇注,确保压铸的料饼厚度。给型腔喷涂脱
模剂的量过多,涂料发气量大,涂料浓度高,涂料的水分在浇注前未蒸发干净,
都会促使产生大量气体卷入金属液。如果气体被压缩在型腔表面与金属液界面之间,在铸件皮下出现大的气孔,在铸件表面就会出现缩凹。受到涂料的氧化、污染的气缩孔,空穴的内壁表面多呈暗灰色。这就要求涂料的浓度低、用量少、喷涂均匀;喷涂料后要用压缩空气把型腔表面的水分吹干,让水分挥发干净后再合模;提高模具温度,使涂料水分能够快速地蒸发掉;必要时,还可以改用发气量小的涂料。
无论是油剂、水剂或固体颗粒状的冲头润滑涂料,如果使用量过多,都会在遇到高温合金液时产生大量气体,部分气体进入金属液后不能及时排出;未燃烧尽的涂料微粒进入合金液后,还会继续燃烧产生气泡微粒,气泡微粒与合金液混合,更难以排出。所以一定要定时点检,控制好冲头润滑剂的用量。
如果内浇口的断面有气孔或有灰黑色、黄黑色的夹渣,是冲头涂料、模具涂料、冲头漏水等遇到金属液后,在压射室产生大量的气体和氧化夹渣进入合金液,污染了压射室里的合金液,使金属液含有大量的气体,特别明显的表现是在压铸件内浇口的断面会呈现气孔和氧化夹渣,在整个铸件的内部断面,也会呈现这些缺陷。
其关键的原因:一是冲头涂料太多,二是冲头漏水到压射室,三是模具涂料水喷进了压射室里。所以一定要定时点检,不让压射室里进入水分。
如果铸件表面上呈现松散不紧实的宏观组织,这时在热节处出现缩凹。这是因为模具的温度太低,
需要适当提高模具温度和合金液的浇注温度,减少涂料的用量,提高压射比压。
或是因为型腔喷涂涂料后,多余的涂料水分没有吹干,型腔中产生了大量的气体所致,同时铸件表面还会发黑。
对出现缩孔、缩凹部位的模具表面,可以用多喷涂涂料来降低模具局部的温度;也可以用冷却水管,定点定时地对模具的局部表面喷洒冷却水,来降低模具的温度,但容易引起模具寿命缩短。
如果模具表面或型芯表面,受到合金液的冲击而过热,或在铸件的热节部位而过热,模具表面会粘一层压铸合金,这层压铸合金会阻碍金属液在结晶凝固时热量的快速散发和传递,增加了铸件出现缩孔、缩松的几率。这时除了清理、抛光模具表面粘结的合金、对模具进行氮化处理之外,关键是要在模具过热部位设置冷却水管道,用通水冷却来降低过热部位的模具温度。
 
5、强制补缩法
强制补缩是使用外力推动液态、半固态及固态的金属移动进行补缩。外力实现铸件的强制补缩有两种方法:一种是局部挤压,另一种是锻压补缩。采用先压铸充型,后挤压补缩或模锻补缩的工艺,是解决铸件缩孔、缩松缺陷的有效途径。
在压铸工艺的基础上,增设强制的局部挤压补缩,是能够与压铸工艺特点相适应的,能很好地解决压铸件局部的缩孔、缩松问题。
 
6、结 语
缩孔、缩松缺陷,主要是由于合金液结晶时的体积收缩,合金液中包卷的气体,和合金液溶解的氢原子析出后的气体形成的。主要的措施是要设计出没有热节的、易于充填的铸件;设法加快合金的收缩,降低热节部位的模具温度;精炼合金液,减少合金液充填型腔时包卷气体的机会等。总之,要从各个方面全面控制,才能真正防止缩孔、缩松缺陷的产生。
 
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