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    汽车铝合金轮毅重力加压铸造的探讨和气孔形成

    发布日期:2020-08-18 发布者:润恒压铸

    <一>、汽车铝合金轮毅重力加压铸造的探讨

    汽车铝合金轮毅的铸造较早可追溯至20世纪20年代,当时欧洲的一些赛车手为了减轻车重,用砂型铸造的方法生产铝合金轮毅,用于运动赛车上。经过几十年的发展,铝合金轮毅已得到广泛应用。其铸造方法也有多种,就铸造铝合金轮毅而言,国外报到过的制造方法有:重力铸造、低压铸造、液态挤压、反压铸造、离心铸造、真空压铸、半固态铸造等。其中应用较为普遍的主要有金属型重力铸造、低压铸造、差压铸造以及挤压铸造。重力铸造的约占40%;低压铸造的约占40%;其他方法占20%;我国汽车铝合金轮毅的研究开发始于20世纪80年代末、90年代初期。当时,开始生产汽车铝合金轮毅。我国的汽车铝合金轮毅铸造方法大都是结合企业自身人力、财力来决定的,汽车铝合金国货中60%用低压铸造,特殊场合也有用反压铸造(但比例极少),38%用重力铸造,也有少数企业用高比压(约100MPa的液态挤压铸造法。当前汽车铝合金轮毅成型技术主要采用低压铸造工艺,低压铸造汽车铝轮毅占总量的80%以上。由上可见,目前铝合金轮毅铸造国内外较为普遍的是低压铸造和金属型重力铸造。

    低压铸造一般不单独设冒口,浇注系统小,铝液金属利用率高,铸铝件力学性能好。但以前国内铝合金生产厂使用的低压铸造机以进口为主,由于低压铸造设备结构复杂,需用自动控制技术对加压过程进行控制,价格较为昂贵。结合多年低压铸造实践丰富经验,自行设计制造了新型低压铸造设备,使其造价有所降低,但相比重力铸造设备来说,其造价还是高不少。金属型重力铸造由于没有外加压力,为了获得致密的铸件,需要利用冒口来补缩。因此,与低压铸造相比,金属型重力铸造的浇冒口较重,铝液利用率低。笔者利用低压铸造和金属型重力铸造各自的优点,取其优点弃其糟粕,结合自身多年铝合金轮毅生产经验,来探讨汽车铝合金轮毅的重力加压铸造的可行性进行探讨与论述。

    <二>、铸件气孔形成

    1氢气气孔

    氢气气孔微小,形如针状,且均匀分布,零件表面加工后才能观察到。由于压铸件壁薄,金属液凝固速度快,有时氢气气孔肉眼难以观察到。

    水蒸气是氢气较主要的来源,可能来自炉气、熔炼工具、铝锭/回收件、油污染机加工屑和湿精炼剂等。

    通常铝合金压铸采用旋转除气装置。气体源一般使用氢气、氮气或氯气。在金属液中通入气体,通过转子切成大量微小气泡,由于气泡内外的浓度差,将氢气吸入气泡内,一起排出金属液外。

    除气效果受设备、气体选择、除气转子速度和除气时间等因素的影响,压铝铸件通过检测除气后金属液密度来衡量。采集一定量的铝液倒入小柑锅内,放入减压室,在减压条件下凝固,分别在空气和水中称量,再按下式求得试样相对密度。

    2.2卷气气孔

    卷气气孔呈圆形,内部干净,表面比较光滑且具有光泽,卷气有时单独存在,有时簇集在一起。分别为宏观和扫描电镜下卷气气孔特征。卷气一般发生在冲头系统、浇道系统和型腔内。

    2.2.1冲头系统卷气

    在金属液从压室或鹅颈流到内浇口的过程中,很多空气会卷入。一般压铸工艺不可能改变紊流液体流动模式,但是可以通过改进给料系统,减少金属液到达内浇口的卷气量。

    对于冷室压铸,应该考虑充满度,即浇入冷室压铸机的液态金属量占压室容量的比率。在设计过程参数时,充满度要大于5U%,以70%~80%为宜。

    在压铸机选择和模具设计过程中,选择合适的压室尺寸和充满度。在射筒尺寸确定后,要考虑从浇包到射筒的浇注速度。如果充满度小于50%,压室的上部空间大,金属液将会产生波浪,在冲头和模具之间往复运动。当冲头开始向前运动,形成冲头前面和射筒中部的反射波浪汇合,就会发生紊流和卷气。这样,使铸件气孔增加,同时还会引起压室内的液态金属激冷,对填充不利。

    较佳解决办法是在金属波反射之前,冲头已开始运动,也就是说,冲头和初始波的方向相同,这可以大大减少卷气。

    在产品开发和设计过程中,还应该考虑下面过程因素:①对于冷室压铸来讲,包括浇注速度、压射延迟时间、低压射加速、浇口速度、浇口至低速压射的切换点、低压射速度和快速压射起始点;②对于热室压铸来讲,包括低压射加速、低压射速度至快速压射的切换点。对上述参数适当调整和监控,尽量减少卷气程度。

    2.2.2浇道系统卷气与排气

    金属液在64~160km/h速度下,一旦遇到浇道形状发生变化,冲力会使金属液产生漩涡,导致产生卷气气孔缺陷。

    通过合理设计浇道形状来解决这种卷气,应金属液在整个充型过程中平稳,需要对浇道的曲线和尺寸合理选择。

    2.2.3型腔卷气

    减少型腔卷气气孔缺陷,要确保排溢系统设计合理和排气通畅。