壓鑄件在凝固過程中會發(fā)生體積收縮, 形成縮孔、縮松;因鑄件內(nèi)部收縮, 鑄件表面上會出現(xiàn)縮凹缺陷 (見圖1) 。對于壓鑄件來說, 特別是厚大的壓鑄件, 縮孔、縮松是普遍問題。本課題從如何對合金液的收縮進行補縮, 如何阻礙合金液形成集中縮孔以及如何防止產(chǎn)生氣體、包卷氣體, 如何排氣等幾個方面進行分析研究, 以消除或減少縮孔、縮凹缺陷, 從而提高壓鑄件的良品率。
圖文結(jié)果
1、鑄件結(jié)構(gòu)改進
鑄件的壁厚越厚或熱節(jié)越大，體積的收縮量越大，就越難以把氣體排出，因此容易形成大的縮孔。這就要求盡量消除或減小鑄件的熱節(jié)，把鑄件熱節(jié)部位尖角改為圓角；鑄件的壁厚要均勻，在鑄件壁厚相差較大的連接處，要逐步平緩過渡；如果鑄件設(shè)計不可避免熱節(jié)、凸耳、凸臺等，則可采用空心結(jié)構(gòu)、筋條結(jié)構(gòu)等來消除熱節(jié)和減輕鑄件質(zhì)量。
鑄件上較大的熱節(jié)部位、寬大的平面部位容易產(chǎn)生渦流，因而容易包卷氣體；金屬液難以充填到模具深腔，鑄件的盲孔、死角部位難以排氣、容易包卷氣體，易出現(xiàn)縮孔、縮凹缺陷。設(shè)計該類鑄件時，就要考慮設(shè)置內(nèi)澆口和溢流排氣口的位置。
2、壓鑄模結(jié)構(gòu)改進
如果內(nèi)澆口截面積過小，會導(dǎo)致金屬液充填速度過快而產(chǎn)生噴射，促使金屬液包卷大量的氣體。因此要適當加大內(nèi)澆口的截面積，防止內(nèi)澆口的金屬液過早凝固，從而堵塞增壓補縮通道。要增強內(nèi)澆口補縮能力和延長補縮時間。如果內(nèi)澆口的位置距離出現(xiàn)縮孔、縮凹的熱節(jié)位置比較遠，需適當改變合金液導(dǎo)入內(nèi)澆口的位置、內(nèi)澆口的數(shù)量和內(nèi)澆口進入型腔的方向，以便合金液在型腔內(nèi)有序充填、壓力有效傳遞、型腔氣體有效排除，達到對熱節(jié)進行有效補縮的目的。合理設(shè)計內(nèi)澆口與型腔連接的結(jié)構(gòu)形式，達到理想的內(nèi)澆口導(dǎo)流方向。要使合金液首先充填深腔、薄壁、需要較多合金液的位置、大平面的中間位置、鑄件表面質(zhì)量要求較高的位置、以及難以成形的位置等，使金屬液在型腔內(nèi)有序充填，防止金屬液產(chǎn)生渦流和卷氣。消除或減輕金屬液對型壁的正面沖擊，可以降低沖擊部位的模具溫度。注意改變內(nèi)澆口的流向或位置時，要防止金屬液過早凝固以致堵住分型面或排氣道。
3、壓鑄工藝和合金熔煉改進
提高壓鑄機的壓射充填壓力和增壓補縮壓力，加大增壓閥的開度（縮短增壓的升壓時間），這樣可以及時進行增壓補縮，可以增加合金液的流動補縮能力，提高鑄件組織的致密度。可以通過降低低速、高速的壓射速度，推遲高速的開始位置來減少金屬液包卷氣體的含量。還可以采用很高的高速速度，使內(nèi)澆口速度達到60~120m/s，讓金屬液呈霧狀噴射充填型腔，這樣雖然增加了鑄件中氣體的總含量，但不會包卷較大的氣泡，能明顯減小縮孔和縮凹尺寸，達到孔穴尺寸不超標的目的。試驗得知，充填速度低會出現(xiàn)大氣孔，但數(shù)量少，總量也少；充填速度高，出現(xiàn)氣孔的數(shù)量多，總量也多，但尺寸小。壓鑄合金熔化或澆注溫度越高，引起合金內(nèi)部吸氣越多，鑄件結(jié)晶的晶粒越大，合金液凝固后的收縮率越大。在合金液的熔化和保溫過程中需控制合金液的溫度不要過熱，并要使合金液處于高溫的時間不要過長。如果合金液需要超過2h的停產(chǎn)保溫，ADC12鋁合金的保溫溫度要降至620~630℃。在保證鑄件不產(chǎn)生冷隔、澆不足的前提下，要盡量降低合金液的澆注溫度，這樣可以減少合金液的收縮量和含氣量。
4、壓鑄操作改進
壓鑄的余料料餅厚度過薄，會影響增壓壓力的傳遞，使壓射最終的增壓起不到有效的補縮作用，所以要采用定量澆注，確保壓鑄的料餅厚度。給型腔噴涂脫模劑的量過多，涂料發(fā)氣量大，涂料濃度高，涂料的水分在澆注前未蒸發(fā)干凈，都會促使產(chǎn)生大量氣體卷入金屬液。如果氣體被壓縮在型腔表面與金屬液界面之間，在鑄件皮下出現(xiàn)大的氣孔，在鑄件表面就會出現(xiàn)縮凹。受到涂料的氧化、污染的氣縮孔，空穴的內(nèi)壁表面多呈暗灰色。這就要求涂料的濃度低、用量少、噴涂均勻；噴涂料后要用壓縮空氣把型腔表面的水分吹干，讓水分揮發(fā)干凈后再合模；提高模具溫度，使涂料水分能夠快速地蒸發(fā)掉；必要時，還可以改用發(fā)氣量小的涂料。
5、強制補縮法
強制補縮是使用外力推動液態(tài)、半固態(tài)及固態(tài)的金屬移動進行補縮。外力實現(xiàn)鑄件的強制補縮有兩種方法：一種是局部擠壓，另一種是鍛壓補縮。采用先壓鑄充型，后擠壓補縮或模鍛補縮的工藝，是解決鑄件縮孔、縮松缺陷的有效途徑。在壓鑄工藝的基礎(chǔ)上，增設(shè)強制的局部擠壓補縮，是能夠與壓鑄工藝特點相適應(yīng)的，能很好地解決壓鑄件局部的縮孔、縮松問題。
結(jié)論
縮孔、縮松缺陷，主要是由于合金液結(jié)晶時的體積收縮，合金液中包卷的氣體，和合金液溶解的氫原子析出后的氣體形成的。主要的措施是要設(shè)計出沒有熱節(jié)的、易于充填的鑄件；設(shè)法加快合金的收縮，降低熱節(jié)部位的模具溫度；精煉合金液，減少合金液充填型腔時包卷氣體的機會等。總之，要從各個方面全面控制，才能真正防止縮孔、縮松缺陷的產(chǎn)生。
本文作者：
劉遵建
蘇州優(yōu)尼昂精密金屬制造有限公司
劉姝迪
上海三菱電機·上菱空調(diào)機電器有限公司技術(shù)部
本文來源：《特種鑄造及有色合金》雜志
