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压铸模具局部被覆工艺对压铸件品质的影响
发布时间:2023年02月27日 09:47


文:山东裕隆金和精密机械有限公司王龙生、燕国同、曲道进、 邢洪营、 曹海旺

      浙江辉旺机械科技股份有限公司 张灿


摘 要 压铸过程中由于模具局部温度过高,在模具局部高温热节部位会出现烧结粘铝,不但影响铸件外观,而且因烧结粘铝破坏了铸件表面的致密层,导致铸件气密检测泄漏或者存在泄漏风险。在压铸充填过程中,模具近浇口端,由于受到铝液的直接冲刷,经常出现拉模,甚至出现拉裂现象;部分铸件受其结构的影响,后续对铸件进行抛丸处理后,铸件表面出现起皮。针对铸件外观问题,对压铸模具局部做被覆处理,经验证,可解决外观缺陷,而且操作简单。

关键词 烧结;致密层;拉模;起皮;被覆


随着技术的发展,对压铸件品质的要求越来越高,不但对其力学性能、内部组织有严格的要求,对外观缺陷也提出了更严格的要求。如铝合金压铸件在铸造过程中,经常出现烧结粘铝、拉伤及铸件抛丸后起皮现象,无法满足客户对铸件的外观品质要求,不仅降低铸件合格率和生产效率,而且增加了生产成本。


针对压铸件的烧附、粘铝、拉伤、拉裂等铸造缺陷,通过对压铸模具局部采用被覆工艺,可降低铸件外观不良率和泄漏率,为类似问题的解决提供参考。


1、压铸模具被覆工艺介绍

模具被覆工艺是在模具表面被覆一层高硬度合金,利用冷焊把超硬合金在短时间內,迅速被覆在模具表面,及渗透到模具组织内部,被覆后可增加被覆模具的耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性、脱模性及耐热性。


1.1 压铸模具被覆后的微观组织

图1为压铸模具被覆层的显微组织。可以看出,被覆后的模具,在基体外表层形成一层合金层,堆焊及强化层厚度为0.02~0.03mm,经过局部被覆的模具,被覆的部位厚度增加。在保证铸件公差范围内,为了增加被覆的效果,模具被覆区域可多层被覆,被覆层厚度可控制在0.01~0.1mm。




1.2 模具被覆材料及物理特性

模具用被覆材料为 WTC-90,是在WC的基础上加入了少量的Ti,可降低其脆性。在模具被覆过程中,无需对被覆的模具进行加热,常温被覆,不会产生热变形,被覆区无应力集中现象,被涂覆部位不会因应力导致龟裂,而且 WC被覆层显示出了超高硬度,在抗冲刷方面表现突出。


2、模具被覆工艺对铸件品质的影响

在实际生产过程中,模具设计受铸件结构影响,以及受浇、排系统设计的限制,工艺窗口比较狭窄,铸件缺陷并行存在。工艺设置原则上,首先要保证铸件内部品质,但是铸件的外观往往满足不了客户要求,如随着浇口冲刷导致铸件浇口部位拉伤、拉裂;模具尖角位置无法设置冷却水,导致温度过高,烧附粘铝;模具沟槽比较多,铝液填充过程中受到的阻力较大,铸件表面产生流痕,对铸件抛丸处理后,外观起皮等。在模具前期设计和生产中导入被覆工艺,能有效解决以上缺陷。


2.1 模具被覆工艺对铸件拉伤、拉裂的改善

图2为机油冷却器盖浇注系统设计及拉模位置。



可以看出,拉模位置位于内浇口端,通过对压铸工艺的反复验证发现,降低浇注速度可减少对拉模部位的冲刷,但拉模位置无法消除,而且会导致铸件外观不良。拉模深度超过0.5mm(见图3),会出现裂纹,特别是隐藏裂纹。




对模具采取被覆工艺处理,被覆涂层层数为2层,被覆层厚度为0.05mm。经过验证,拉模部位缺陷得到解决,对压铸工艺的调整,特别是对速度的要求得以放宽。图4为模具被覆后,铸件抛丸处理前后的对比,完全达到技术要求。




2.2 模具被覆工艺对铸件烧结、粘铝的改善

铝液高速冲击型腔或型芯时,受冲击的模具部位温度上升,因而不能形成激冷层,就会发生铝液腐蚀(侵蚀)模具的现象(烧结)。毛坯上为粗粒层(见图5)。



一般在压铸生产过程中,对于烧结部位通过设置冷却水,降低局部模具温度,可减少烧结。但是往往受模具结构和产品结构的影响,部分位置无法设置冷却水。如果通过增加脱模剂喷涂量,会影响到生产节拍。经验证,对局部烧结部位做被覆处理,可有效解决局部烧结(见图6)。




2.3 压铸模具被覆工艺对铸件抛丸起皮的改善

铸件喷丸后表面会出现一层薄皮翘起,甚至脱落,其大小、面积和位置不固定,这种现象被称为抛丸后起皮(见图7)。




铸件起皮的主要原因多为部分铸件设计特殊,沟槽多,铝液在充填过程中波动大,高速充型时,铝液流动到主流填充不到的地方(死角),熔液飞溅,其温度下降比较快,在主流到达、增压开始前,就已经凝固。因此在铸件表面形成冷疤、流痕或者麻面,这是抛丸起皮的主要原因(见图8)。




铝液在型腔内流动过程中,由于模具表面非常光滑,如果在铸件易产生冷疤、流痕和麻面的位置,对模具做被覆处理,模具表面会形成凸凹不平的状态,形成高低凹槽,能分散铝液在型腔内的流动方向,并且在凹槽之间形成一层空气膜,提高该位置铝液流动性,避免或者减少冷疤、流痕或者麻面的产生。经验证,模具被覆处理,有效解决了铸件表面的冷疤、流痕及麻面,抛丸后外观没有起皮现象(见图9)。




3、结 语

模具局部被覆工艺能有效解决模具内浇口部位的拉伤及拉裂,能有效解决模具局部热节部位的粘铝、烧结,能有效解决铸件因抛丸导致的起皮问题。通过对模具的被覆,解决了生产中出现的铸件外观品质问题,提高了生产效率。