压铸工艺

压铸工艺（共9篇）

压铸工艺 篇1

0 引言

压铸以产品质量高和生产效率高已成为铸造中较有发展前景的一种工艺。近年来, 我国的压铸行业迅速发展, 尤其在汽车制造业中更为突出, 汽车零件的压铸机已整个压铸份额的75%, 此比例在逐步增加。鉴于压铸的高压和高速的充填成型特点, 常用于生产形状复杂和薄壁深腔的铸件。由于金属熔体在型腔内的流动与冷却凝固过程十分复杂, 在实际压铸生产中, 因金属模具的不透明性, 无法对压铸的整体过程作出视觉评估, 导致废品率的上升。运用数值模拟技术对铸件充型及凝固过程进行仿真分析, 预测成形缺陷, 结合工艺参数优化设计, 实现高品质铸件研制, 且缩短开发周期, 降低生产成本[1]。

本文运用Anycasting铸造软件, 分析模拟了换向塔压铸过程中, 压铸速度、充填时间、凝固时间工艺参数对成形质量的影响, 最后设计了一组合理优化的工艺参数, 为实际生产提供借鉴。

1 压铸分析数学模型

压铸件的充型过程数值模拟就是采用一定的数值计算方法, 在一定的铸造工艺条件下, 根据金属液充型流动的特点来模拟分析金属液充型过程中各因素对铸件成型的影响, 从而预测缺陷的种类、位置等, 为进一步优化提供合理的依据[2]。

由于金属液在充型过程的流动方式为紊流, 因此在压铸成型模拟过程中多采用k-ε双方程紊流模型, 对于近壁粘性层, 采用壁面函数法对近壁的网格点的动能和紊动耗散率进行修正。在直角坐标系下, 可将压铸充型过程中紊流对流换热的控制方程、k-ε紊流模型中的动能k和耗散率ε以及处理自由表面的体积函数方程用统一的传输方程表示如下:

式中, Xi为坐标分量 (i=1, 2, 3) ;Ui为向上的速度分量;ρ为金属液密度;为通量;Γϕ为传输系数;Sϕ为源项;t为时间。

在凝固过程模拟计算中, 金属与模具之间的导热、金属与模具间隙中气体的导热、表面间的热辐射等都同时存在着, 主要通过金属铸型界面换热系数hi来处理这种换热条件, 表达式为:

式中, T为温度;λ1为铸件的导热系数;w1为铸件表面;w2为铸型表面;Tw1为铸件表面温度;Tw2为铸型表面温度;n为表面的法线方向。

目前在压铸件的缩孔缩松预测中主要采用经验性公式和判据。较为广泛应用的是Niyama判据:

式中, G为临界状态下的温度梯度;R为临界状态下的冷却速度;K为常数。

2 初始工艺方案

2.1 工艺特点分析

汽车换向塔是整个汽车变速器的骨架, 对内安装各种零部件, 提供相应的运动空间及冷却剂和润滑油所需的通道;对外则封装变速器的传动机换挡机构并与整机联接, 是汽车动统的关键部件;压铸得到的成型件需保证其组织致密性、满足气密性且有一定的强度。换向塔铸件的质量为1.2kg, 外形尺寸为218mm×155mm×85mm, 铸件的最大厚度为18mm, 最小厚度为5mm, 平均厚度为9.5mm, 属于中厚壁复杂件。鉴于铸件壁厚不均, 推断出在成形过程中易形成缩松缩孔、冷隔等压铸缺陷。铸件的材料为ADC12, 其性能参数如表1所示, 模具的材料为SKD61, 在DC1600D (三基1600T) 压铸机上生产。

2.2 铸件及工艺问题分析

影响压铸件质量的因素包括浇注系统的设计、溢流系统的设计和工艺参数的选取。浇注系统是引导金属液进入型腔的通道, 对金属液的流动方向、溢流排气条件、压力的传递、充填速度等各个方面起着重要的控制与调节作用;排溢系统是容纳最先进入型腔的冷无金属液和混入其中的气体与氧化夹杂, 防止压铸件产生冷隔、气孔和夹渣;主要的工艺影响因素是充型速度、浇注温度、模具温度等。充型速度过高易包卷气体形成气孔和加速模具磨损;充型速度低导致铸件致密性降低。浇注温度过高, 会使得铸件收缩大, 晶粒粗大, 还会粘模;过低时, 易产生冷隔、浇不足等缺陷。模具温度过高, 会使液态金属粘模, 铸件冷却缓慢;模温过低会产生欠铸等缺陷。

图1所示为原工艺压铸出的零件直观看到的缺陷, 图2为通过切削加工端面处发现的气孔缺陷, 除此之外还有少许的硬点、拉伤、欠铸缺陷。经过理论分析得知缺陷有下列原因导致:1) 浇注系统设计不合理, 不能使得金属液在较短的时间内, 快速充型, 也是产生欠铸及冷隔的原因。2) 模具的预热温度低, 使得金属液收缩大, 出现冷隔裂纹缺陷。3) 充型速度过高, 金属液以紊流方式充型, 高速的金属液产生涡旋, 裹住空气产生气孔。4) 溢流槽设计位置不当和体积偏小, 不能有效地排出冷污金属, 产生欠铸缺陷。

3 优化方案

3.1 优化工艺

经过多次理论分析和大量的正交模拟实验, 确定了解决上述缺陷的最佳浇注系统、排溢系统设计和优化的压铸工艺参数。在浇注系统方面, 为保证压铸件表面质量要求、提高组织致密性和保证最终静压力的传递作用[3], 采用较厚的内浇口, 其次横浇道的截面形状改为扁梯形, 金属液在浇道内得到稳定的流动, 金属液的热量损失少;排溢系统方面, 增加溢流槽的数目且开设排气槽, 有利于调节模具的温度场分布、改善模具的热平衡状态[4];以金属液进入型腔体积的5%开始进行高低速切换。

运用三维实体造型软件Solid Works对换向塔、浇注系统、排溢系统进行建模而后导入到Anycasting软件中的ANYPRE模块装配在一起, 定义装配的各部分的属性和位置, 如图3所示。由于铸件的不规则性, 对其进行可变网格划分, 总的网格数量为1968120。

3.2 优化结果分析

3.2.1 充型过程

充填模拟计算完成后, 利用后处理模块读取针对充填过程模拟的计算结果, 并通过动画形式直观的再现充型时金属液进入型腔的整个过程, 可观察是否存在液体飞溅和气体卷入的现象。为能够准确观测出各个时间段的充型状态, 用色谱进行云图设置, 如图4、图5所示。

换挡塔的充型过程包括两部分:低速充型阶段和高速充型阶段, 充型过程模拟如图4、图5所示, 整个充型过程持续时间为0.1854s。图4为低速刚结束时的充型状态, 随即转换为高速充型状态, 金属液沿着铸件散开;图5为充型过程即将结束时刻的充型状态, 只有与内浇口相对应的型腔末端尚未充型。从两图中可看出, 金属液的充型过程为顺序充填, 型腔内的气体被顺序的排出, 降低了金属液包裹气体的倾向性和出现液体飞溅现象, 几乎没有气孔, 充填效果比较理想, 也符合全壁厚充填理论, 充填过程与实际情况比较相符。

3.2.2 凝固过程

数值模拟凝固过程时能动态的显示其过程, 以便预测铸造缺陷可能出现的位置和大小, 此铸件的凝固状态如图6、图7所示。

从图中可以看出, 铸件的凝固时间为13s左右, 能够满足工厂所要求的15s冷却时间, 但是整体凝固时间约为30s, 实际生产中在浇注系统附近增加了水管冷却装置解决了凝固时间长的问题;另从7可看出在红圈位置出现孤立液相区, 在此位置我们采取了“点冷”工艺措施来提高冷却速度, 此缺陷也得到解决。

3.2.3 缺陷预测

本文采用Anycasting软件中的probabilistic Defect parameter (概率缺陷参数) 缺陷预测的分析模块, 由残余熔体模数 (Retained Melt Modulus) 控制的缺陷预测判据, 可得与实际比较吻合的结果。

在残余熔体模块中, 设置补缩率为0.9, 潜在缺陷参数为0.005, 而后得出概率缺陷参数如图8所示, 显示铸件产生缩松缩孔的概率在0.5以下, 出现的可能性极小。在实际压铸中得到的铸件也未发现明显缺陷如图9所示, 与预测的结果相吻合。

4 结论

运用数值模拟软件Anycasting能动态的分析压铸过程中充型、冷却凝固预现象, 有效地预测出铸件成形时产生的缩松缩孔等缺陷及位置, 为改善浇注、排溢系统和优化工艺参数提供了理论依据, 有助于加快产品生产周期和降低开发试制成本。

摘要：运用三维制图软件UG8.0建立换向塔的型腔、浇注系统、排溢系统导入到铸造模拟仿真软件Anycasting中, 对其进行充型过程、凝固过程进行数值模拟, 预测出缺陷的类型并分析其原因;进而对原工艺方案进行了优化, 获得了一组可靠的优化工艺参数, 进而指导工厂的实际生产。

关键词：换向塔,压铸,Anycasting,优化

参考文献

[1]吴菲.铝合金壳型件压铸过程表面缺陷数值模拟[J].热加工工艺, 2010, 39 (11) :82-84.

[2]蒋永, 张云鹏.铸件充型数值模拟的研究进展[J].热加工工艺.2006, 35 (1) :70-72.

[3]许琳.金属压铸工艺与模具设计[M].清华大学出版社.2011, 88-94.

[4]赖华清.压铸工艺及模具[M].机械工艺出版社.2005, 88-89.

压铸工艺 篇2

在试验用金属型上，进行了铝合金的局部加压试验，测量了加压过程中的铸件／金属型／加压杆的温度变化。采取变网格技术即根据加压深度适时修改网格文件跟踪铸件形状的改变，由此适时修改计算所需的初始及边界条件，模拟了铝合金局部加压过程中的凝固变化。并与试验结果进行了对比分析，可得出以下结论。

(1)局部加压可改变铸件的凝固过程即金属液在加压数s后温度开始下降，其凝固时间比不加压时缩短许多；以此相对加压杆温度则快速上升；而金属型温度曲线在加压前后无明显差异。

(2)模拟计算的金属液温度变化曲线在不加压和持续加压条件下与试验结果大体一致；在中途停止条件下二者有一定的差异。金属型温度的计算结果与试验数据在3种条件下均非常吻合。

汽车空调压缩机壳体压铸工艺设计 篇3

关键词：汽车空调压缩机,压铸机,壳体压铸,工艺设计

1 模具设计和压铸机的选型

在进行模具设计和压铸机的选型工作时, 首先要进行的是分型面和浇排系统位置的确定工作。

图1是一种新型的汽车涡旋式空调压缩机壳体, 其形状为薄壁桶状, 平均壁厚2.5mm左右, 从整个铸件的结构上看, 其呈现出细长形的总体形状, 为便于铸件成型, 通常在圆形的铸件端面上采用环形浇注系统。浇注系统的主浇道为环形浇道, 在浇注系统内部设有三个内浇道, 通过分析零件体积和材质大致估算出每个内浇道的长度和宽度, 然后进行摸流的分析工作, 以此做出适当的调整, 并在填充末端设置5个集渣包, 图2所示为浇注系统和集渣包的位置。

在进行模具镶块的设计时, 通常将模具镶块分为定模方芯、动模方芯、滑块1、滑块2四部分, 如图3所示。

在实际生产中, 考虑到件壁厚较薄、产品型腔较深等因素, 通常以图3的方式进行铸件分模。使用动定模芯对产品外形加以成形, 将抱紧力最大的型芯部分放在滑块上, 从而最大程度地减小后续的铸件顶出力, 而在开模时, 使用块抽芯机构进行铸件型芯的脱模工作, 打开动定模后, 由于铸件在动模芯上基本没有多大的抱紧力, 这样就可以很方便地通过动模上的4根顶杆取出铸件。

在压铸机的选型上, 应将外廓尺寸设定为160mm×95mm×131m m;铸件净重1.10k g;平均壁厚为2.5mm, 最大和最小壁厚分别为10mm和1.8mm, 需要抽芯的个数为2个。在测算选型时, 投影面积数据分别为铸件:21 450mm2;排溢系统:3 003mm2;浇注系统:3 861mm2;料饼 (按冲头直径70mm计算) 3 848mm2。总投影面积为32 162mm2。其锁模力数据如下, 初步选用压射比压 (增压后) 为80MPa。计算胀型力 (投影面积×增压压射比压) :32 162×80=2 737k N核算胀型力 (计算胀型力÷安全系数, 安全系数平均取0.85) :2 737÷0.85=3 220k N。根据以上数据可以得出, 在进行压铸工作时, 采用400t压铸机即可, 由于其对铸件尺寸以及相关方面有较高的质量要求, 实际操作时应选用大于400t的压铸机进行压铸, 这样可以有效保证设计模具的强度, 避免产品件发生变形。

2 压铸工艺参数的调整工作

在进行压铸工艺参数调整时, 应遵循以下原则:尽量降低铝液温度、各级压射速度、压力等参数, 降低对模具和机器的损害。与铸件质量关系密切且可调整的参数主要有:金属液的浇注温度的调整。应明确浇注温度过高会造成铸件晶粒增大, 收缩量增大, 进而引起裂纹的产生, 产生冷隔、表面花纹和浇不足等缺陷, 所以在设置浇注温度时, 应考虑到压力、铸型温度、填充速度、生产频率等因素, 一般设定为 (650±20) ℃。在模具温度的设定上, 应明确模具温度是压铸工艺中的一个重要因素, 如模具温度设置不对, 铸件尺寸、亮度、收缩、流纹及欠铸都会受到影响, 因此, 需严格控制生产节奏、浇入温度以及喷涂时间。在慢压射速度的调整上, 需明确慢压射速度指的是冲头起始动作直至冲头将室内的合金液送入内浇道之前的运动速度, 由于此阶段的速度通常较低, 保持在0.3m/s, 合理的速度不会过多地降低合金液温度, 同时也会较为容易地排除压室中的气体。在快压射速度及压射比压的调整上, 应确定不同合金和铸件的结构特性, 据此选择相适应的压射比压, 对于厚壁或内部质量要求较高的铸件, 通常选择较低的充填速度和较高的增压压力。在快压起始点位置的选择上, 首先应明确二快启动位置。二快启动位置是指快压转换位置为压射慢速到压射快速的转换点, 其对于铸型内的排气量和铸件表面质量都有较大的影响。若二快启动位置较早, 在快压射时容易使内浇道口所喷射的金属液卷气造成铸件内部含气量过高的情况。若快压起始点位置启动过晚, 就会使得金属液充型温度过低, 使铸件表面发生冷隔, 甚至会导致熔接痕过深, 损毁铸件。压射结束点的位置与余料的多少密切相关, 余料过多会造成压力过多的损失, 影响增压效果, 余料过少则会造成铸件凝固时补缩余量的不足, 以至于影响铸件的质量。增压触发压力及增压比压的调整通常采用压力触发方式以启动增压, 因此合适的触发压力对于压铸来讲是十分重要的。启动过早会使增压与快压基本同时启动, 不能有效保证铸件质量, 对模具也较为不利。启动太晚会使压力无法传递到铸型内部, 不能起到增压的效果。

3 结语

压铸车间考核细则 篇4

一、制定目的：

1、为充分调动员工的生产积极性，努力降低成本，提高员工的经济效益，实现公司及员工双赢目标。特制定压铸车间如下定额绩效考核制度。

2、确定生产员工的工资计算方法、月度工作奖金、季度奖金、年度奖金。

二、适用范围：

适用于压铸车间员工的工资考核及分配月度工作奖金、季度度、年度奖金

三、考核原则

1、坚持公开、公平、公正的原则。

2、坚持以岗位职责为主要依据，定量与定性相结合的原则。

3、坚持以促进工作改善，创建优质、高效、团结的生产环境为宗旨的原则。

4、坚持考核管理工作的连续性、整体性与完善性原则。

四、考核时间：

于每月26日至30日内完成上月月度考核工作。

五、考核内容：

以具《制定班产量》、《产品质量合格率》、《5S现场》为依据、其它规章制度为参考。

六、考核办法：

1、车间生产主管及技术部负责每台机，班产量及规定每班冷模数量，每班班次记录好有班长签字确认，有生产部负责统计，待月终时汇总评价。

2、品质部及技术部负责编制，每个产品质量目标，品质部对于每个操作工单独建账，核算出每个操作工每天产品合格率及每月产品合格率，待月终时汇总评价。

3、车间现场5S进行监控，每台机制定5S 检查表，有班长每班根据5S点检表进行点检，待月终时汇总评价。

4、根据员工每月出勤情况总经办进行统计，结果待月终时汇总评价。

七、员工工资计算方式：

1、因生产试模换模等没有生产产品产量，根据员工《新品试模工时》结算。

2、根据压铸吨位规定员工工资，拿出40%工资×员工本月考核分÷28天×实际出勤天数，加上60%的基本工资等于员工本月工资。如：（1600T压铸机8小时/班28天为满勤规定工资为4000元，（（4000×0.4）×0.8）÷28×30+（4000×0.6）=3771.6元）

3、员工月度奖计算方式：（本月高出规定产量的百分比×压铸吨位固定工资）+（本月高出产品质量合格率的百分比×压铸吨位固定工资）=员工月度奖金，如：2000T压铸机规定本月规定产量是5000只实际完成5400只，产品合格率规定90%实际完成95%。（（400÷5000）+（5%÷90%））×4000=560元。

4、员工季度工资结算方式：员工三个月度奖累加在起来等于月度奖。

八、考核程序：

生产车间在每月26—28日内组织由车间或总经办列席监督、全车间生产员工参加的月度工作考核专题会议：

1、生产部首先就上次考核过程作出评价，针对其中暴露出来的各种问题作出点评并提出改进措施。

2、由总经办就上月车间全体员工对于《人事管理制度》和《员工考勤制度》的遵守和执行情况作出说明。

3、车间主管结合上月产量与质量、安全与效率等情况对车间整体管理情况作出通报。

4、车间主管公布本次工作评价将产生的受奖人数和奖金额度。

5、总经办负责收集数据填写好，《生产员工工作评价排列表》，并汇总各生产员工的综合名次，将评价后的总体结果抄送生产部，车间主任组成的评审领导组，由评审领导组对最终结果进行审核，所得名次与实际情况严重不符者有权作出适当调整。

6、考核结果应在考核结束后2日内，存入综合管理部员工考核档案中。

九、考核结果及效力

1、考核名次直接与月度奖金挂钩。

2、对于连续三个月考评受奖者，享受季度奖；年度优秀员工的评比亦以平时考核受奖情况核定。

3、考评名次连续三个月位居后一名者，转入次类岗位工资待遇处理；考评名次连续六个月，作劝退处理。

压铸工艺 篇5

如今, H13钢的常规热处理工艺在国内的使用情况来说, 已经很成熟了, 但是, 若要继续提高H13钢的使用寿命, 可以从表面处理方面来考虑, 可用氮化或软氮化来提高模具表面的硬度和耐磨性。

1 压铸模具钢H13的原材料分析

(1) H13钢的化学成分及临界点 (如表1, 表2)

众所周之, 钢材在出厂前, 都会进行退火处理, 以消除钢材内应力, 同时改善钢材的切削加工性能。由GB/T 1299-2000的球状珠光体评级标准可知, 2~4级为合格组织, 1级、5级和6级为不合格组织。H13钢的原材料的金相组织如图1所示。

由图1可以看出, 原材料的金相组织为球状珠光体+少量点状珠光体。硬度HRC为3.1~3.3, 球化效果较好。由于钢材退火后, 成批堆在一起冷却, 冷却速度非常缓慢, 以至球状珠光体聚集长大, 得到较好的球化效果。按照GB/T1299-2000的球状珠光体标准评级, 图1中的组织可评为3级, 金相组织合格。

2 压铸模具钢H13的工艺试验

(1) H13钢表面氮化的工艺图 (图2) 及金相组织图 (图3) 。

(2) H13钢的渗氮处理。

本次试验对H13钢表面渗氮处理, 分三段渗氮, 第一阶段温度为540℃, 第二阶段和第三阶段的温度为560℃, 每个阶段各保温12h, 一共保温36h, 同时, 第一阶段的氨分解率为20%~30%, 第二阶段的氨分解率为40%~50%, 第三阶段的氨分解率为85%~90%。工艺过程如图2, 金相组织如图3。

由硬度计检测可知, 经渗氮处理的H13钢的表面硬度为950~1100/HV1, 渗层深度为0.31~0.33mm, 按照GB/T11354-2005中渗氮层中氮化物检验规定, 在显微镜下放大500倍进行检验, 取其组织最差的部位图3中的组织可评为1级, 属于合格。

有文献曾对H13钢渗氮40h (500℃、550℃两阶段渗氮) 的化合物层做过仔细的电镜管观察, 外层是块状和针状ε+γ′两相区 (平行于表面制样) 。原调质组织中的合金碳化物呈球形或椭球形, 它的界面上析出较多的氮化物, 有些碳化物界面模糊已被微细的氮化物所“吞食”。其动力学过程可描述为通过氮在碳化物中的溶解, 氮原子逐步置换碳原子而形成合金氮化物此外还有密集的尺寸在1~20nm之间的CrN、Mo2N和VN分布在ε相和γ′相基体上。

3 H13钢的表面软氮化处理

3.1 H13钢表面软氮化的金相组织图 (图4) 和工艺图 (图5)

3.2 H13钢的软氮化处理

本次实验对H13钢表面进行软氮化处理, 在600℃下保温5h, 氨气的流量为0.2 m3/h, 煤油为2 5滴/m i n。金相组织如图4所示。

由硬度计检测可知, 经软氮化处理的H13钢的表面硬度为680~720HV0.1, 渗层深度为0.05~0.06mm, ε相为0.005mm, 按照GB/T11354-2005中渗层疏松检验规定, 在显微镜下放大500倍检验, 取其疏松最严重的部位, 图4中的组织可评为1级, 属于合格。按照GB11354-89《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验标准》规定, 图4中的组织可评为1级, 属于合格。

经氮碳共渗后的化合物层, 分为明显的两层:表面白亮层为ε相, 其中合金氮化物和合金碳化物较弥散, 因其耐蚀性高, 故呈白色, 它没有微孔, 并沿晶界楔入基体中。内层为扩散层, 未见有脉状组织出现。

3.3 氮碳共渗与渗氮结果的比较

一般来说, 在化合物层脆性不大时, 渗氮可使工件表面耐磨性提高一倍以上。氮碳共渗工件的耐磨性随着渗层含碳量的增加而提高, 但渗层脆性也随之上升。

各种渗氮和氮碳共渗工艺都能提高工件的弯曲疲劳性能, 增量都在40%以上。渗氮对工件疲劳性能的提高优于氮碳共渗, 但氮碳共渗工件的抗咬合性能较好, 而缺口敏感性低于渗氮工件。随着氮碳共渗层含碳量的增加, 疲劳强度的增量逐步下降, 疲劳源 (鱼眼) 一般位于扩散层与基体交界处。

为了提高压铸模表面抗液体金属的热浸蚀性能, 多采用氮碳共渗表面强化工艺, 但是最好要控制氮碳共渗层的深度, 只在金属冲刷最激烈处允许有较深的渗层, 其余部位可进行薄层氮碳共渗, 或在薄层氮碳共渗的基础上再进行500~550℃的氧化处理, 在氮碳共渗层外面再形成一层氧化膜, 实践指出, 这样处理后的压铸模具使用寿命可提高4~5倍。

氮碳共渗由于使表面多了一层白亮层, 以至于有很高的耐蚀性和耐磨性, 高于渗氮处理, 但是白亮层比较薄, 因此在使用过程中, 易受冲击而脱落。气体氮化处理不应该出现白亮层, 否则会由于脆性大而使模具表面硬度降低。

综上所述, 无论是渗氮还是软氮化, 都能够很大程度上提高H13钢的耐蚀性, 耐磨性, 抗热疲劳强度, 抗咬合性, 提高H13钢的使用寿命。

4 结语

压铸工艺 篇6

介绍了实验室自行研制的半固态浆料制备及流变成形设备,并且利用该设备研究了A357铝合金半固态流变成形的组织与工艺关系,同时探讨了半固态A357铝合金浆料制备及流变成形过程中的凝固行为。

1 实验设备与方法

1.1 实验设备

图1为实验室自行研制开发的半固态浆料制备及流变成形设备,主要由调速电机、升降机构、传动心轴、上通气管、加热元件、冷却元件、内锥桶、外锥桶、下通气管、保温层、熔化炉、压铸系统等构成。调速电机可进行无极变速,转速范围:0~900r/min;内桶转速通过调速电机带动传动锥齿轮来实现;内桶与外桶之间的缝隙可以调整升降机构来实现,调整范围:3~6mm;加热及冷却元件装在外桶外壁,通过温度控制装置(图中未标出)的控制来保证外桶保持恒定的温度;连接装置与法兰盘和压室相连,且外壁装有加热元件。设备整体结构呈垂直布置,通过上部熔化炉将熔融的液态金属注入半固态浆料制备设备内外桶之间缝隙,进行半固态金属浆料的制备,然后将制备的浆料由底部法兰盘通过连接装置输送到压铸机压室,完成压铸成形。

1.2 实验材料与方法

试验材料选用商用高纯A357铝合金,其化学成分见表1,合金液相线和固相线温度分别为615℃和560℃。

实验时,先把A357铝合金熔化至680℃,保温10min,然后将熔融合金液降温至650℃,经导流管注入到事先设定好工艺参数的剪切制浆系统中。合金液在通过剪切制浆系统内外桶之间的缝隙时,由于内桶与外桶的相对高速转动形成的剪切应力场使其在固液相区间发生强烈的剪切变形,剪切时间大约5~8s,然后将制备的半固态金属浆料通过连接装置输送到J1126F型冷室压铸机。压铸模具使用实验室自行设计的一套力学性能模具,试验模温控制在150~200℃。在整个半固态浆料制备及流变压铸成形过程中,从半固态设备顶部进气口以及保温盖通气管通入氩气对合金熔体进行保护,防止金属熔体的氧化。切割试样并进行粗磨、精磨和抛光,通过0.5%的HF水溶液侵蚀后采用6XB-PC金相显微镜对组织进行观察和分析。不同工艺下初生α-Al晶粒尺寸通过线截点法进行测量,平均晶粒等效直径(d)使用如下公式来计算[4]:

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式中:AN为第N个初生α-Al晶粒面积;N为晶粒数量。

2 实验结果与分析

2.1 工艺参数对微观组织的影响

图2为剪切速率740s-1,剪切温度600℃及剪切时间8s下,半固态流变压铸A357铝合金试样横截面处的微观组织,从图中可以看出,初生α1-Al晶粒呈球形或椭球形,且较均匀的分布在基体上,平均晶粒尺寸为41~46μm。另外,在初生α1-Al晶粒周围存在有大量细小、圆整,平均晶粒尺寸约为6~8μm,且均匀分布的α2-Al晶粒,这是因为制备的半固态A357铝合金浆料在输送到压铸机模腔时,浆料内部液相中形成的晶核在随后的快速冷却过程中来不及长大成形,最终变为细小的α2-Al晶粒[5]。

在相同固相率(fS=0.52)和剪切时间(t=8s)下,半固态流变压铸A357铝合金剪切速率和平均晶粒尺寸之间的关系如图3所示。图3a中初生α1-Al晶粒形貌以近球状或球状为主,并可以观察到少量的蔷薇花瓣,平均晶粒尺寸约为60μm,剪切速率315s-1;图3b剪切速率为472s-1,可以看出初生α1-Al主要由球状或近球状晶粒组成,且分布较均匀,晶粒大小约为48μm;图3c,d α1-Al晶粒更加细小圆整,分布更均匀,平均晶粒尺寸分别为45μm和43μm,剪切速率为630s-1和772s-1。

由图3可以看出,半固态浆料制备装置剪切速率对A357铝合金初生α1-Al晶粒的形貌及分布有着显著的影响。剪切速率的增加有利于初生α1-Al晶粒的球化、圆整,平均晶粒尺寸更加细小且分布更为均匀。在A357铝合金半固态浆料制备过程中,合金熔体流过内外桶之间缝隙时凝固方式发生了变化,由于内外桶之间形成强烈的剪切应力场使得初生α1-Al枝晶二次臂根部熔断的可能性增大,形成越来越多的球状初生相,另外,合金熔体在较强的对流下使得熔体内部温度及浓度的分布更加均匀,初生α1-Al晶粒在随后的长大过程中变得更加圆整[6,7]。从图3试验结果来看,增大制浆装置剪切速率,能获得较好的半固态A357铝合金浆料组织。

2.2 半固态流变压铸过程中的凝固行为

在半固态浆料制备过程中,由于合金熔体受到强烈的剪切应力场作用而使得内部具有较均匀的温度分布和浓度分布,在固液相区间初生α1-Al晶粒的形成将发生在整个合金熔体内部,此外,合金熔体由于受到强烈的剪切扰动,破坏了初生α1-Al晶粒长大过程中的团聚,使得初生相变得更加细小、圆整。与普通的金属凝固相比,实际的形核数量并没有增多,但具有更多的形核机会[8]。此外,半固态浆料制备时先生成的树枝晶由于受到强烈的剪切扰动而破碎,从枝晶臂上断开并游离在合金熔体当中,随着剪切扰动时间的增加,这些游离的枝晶碎片逐渐的球化圆整,最终形成球状或近球状的α1-Al晶粒。

在随后的压铸过程中,半固态浆料中残存的液相在压铸机模腔内部将会发生快速的凝固,然而这种制备的半固态浆料是经过强烈剪切应力场的作用,残余液相内部具有均匀的温度和浓度分布,晶核会在整个残余液相内部形成长大。与半固态浆料制备所不同的是残余液相在压铸机模腔中的形核具有较高的冷却速率,在这种条件下,晶核将没有更多的机会长大成形,最终制备出均匀细小的半固态组织,平均晶粒尺寸约为8μm。与制浆装置中合金熔体的凝固相比,半固态浆料中残余液相在压铸模腔的凝固被称为二次凝固[9]。

3 结论

(1)利用实验室自行研制开发的半固态浆料制备设备并结合了现有的压铸机开发了一套从半固态浆料制备到流变压铸成形一体化设备。试验结果表明该半固态浆料制备及流变成形设备能制备出初生α1-Al晶粒呈球状或近球状,且均匀细小的半固态浆料。

(2)制浆设备剪切速率对半固态A357铝合金初生α1-Al晶粒形貌及分布有着显著的影响。剪切速率的适当增大有助于合金熔体内部温度及浓度分布更均匀,有利于半固态α1-Al晶粒的形成及圆整化。

(3)探讨了半固态流变压铸过程中的凝固行为,在半固态浆料制备过程中,主要为初生α1-Al晶粒的形成;在随后的压铸过程中,以较为细小的二次凝固α2-Al晶粒的形成为主。

参考文献

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[2]谢水生.半固态金属加工:21世纪的新一代金属成形技术[J].锻造与冲压,2006,(1):32-36.

[3]康永林.金属材料半固态加工理论与技术[M].北京:科学出版社,2004.

[4]TZIMAS E,ZAVALIANGOS A.A comparative characterizationof near-equiaxed microstructures as produced by spray casting,magnetohy drodynamic casting and the stress induced,melt acti-vated process[J].Materials Science and Engineering A,2000,289:217-227.

[5]FAN Z,FANG X,JI S.Microstructure and mechanical proper-ties of rheo-diecast(RDC)aluminum alloys[J].Materials Sci-ence and Engineering A,2005,412:298-306.

[6]JI S,FAN Z,BEVIS M J.Semi-solid processing of engineeringalloys by a twin-screw rheomoulding process[J].Materials Sci-ence and Engineering A,2001,299:210-217.

[7]刘永峰,毛卫民,汤国兴,等.半固态A356铝合金流变浆料的制备技术研究[J].特种铸造及有色合金,2007,27(3):185-187.

[8]HITCHCOCK M,WANG Y,FAN Z.Secondary solidificationbehaviour of the Al-Si-Mg alloy prepared by the rheo-diecastingprocess[J].Acta Materialia,2007,55:1589-1598.

压铸工艺 篇7

2008年6月3日，由山东邦泰散热器有限公司研制的“GLYZ钢铝压铸复合柱翼型散热器”在北京通过了住房和城乡建设部科技发展促进中心组织的科技成果评估会。

评估会由建设部科技发展促进中心高立新处长主持，评估委员会由清华大学肖曰嵘教授、中国建筑金属结构协会宋为民高级工程师、哈尔滨工业大学董重成教授、总后建筑设计研究院周玉建高级工程师、北京市建筑设计研究院刘燕华高级工程师、中国建筑科学研究院路宾高级工程师、中国建筑标准设计研究院李军高级工程师七人组成。评估委员会听取了邦泰公司夏纪运总经理、宗涛技术厂长等对计划任务书、技术研究报告、经济效益及社会效益报告的汇报。与会专家认真审查了相关技术资料，经过认真讨论专家认为：该产品采用了2.0mm壁厚钢管结构，钢管与铝合金翼片采用胀管工艺复合，提高了产品的耐蚀年限。产品的装饰罩经一次整体压铸成型，分别将两个结构不同的罩装卡在联箱管上下两端，与铝合金翼片采用激光焊接成一体。整体结构改善了散热气流流通，加强了对流换热，提高了产品的热工性能;该产品自动化程度高，工装设备齐全，检测手段完备，生产过程符合环保要求;该产品结构设计合理、工艺先进、外型新颖美观、整体性好，在同类产品中，具有散热量大、耐蚀性好、金属热强度和性价比高的优点，可以适应建筑的供暖要求;该产品经国家空调设备质量监督检验中心检测、产品性能符合Q/GBT004-2006企业标准的要求。该企业已通过ISO14001环境管理体系认证和ISO 9001质量管理体系认证，具备批量生产条件。评估委员会结论：该产品具有创新性，符合建筑节能技术要求，综合技术性能达到国际同类产品的先进水平。

山东邦泰散热器有限公司是中国建筑金属结构协会采暖散热器委员会副主任单位、定点企业，拥有4.86万平方米的现代化标准生产厂区，生产规模已达到2亿元的生产能力，是集研发、设计、生产、销售于一体的现代化高新技术企业。多年来邦泰公司坚持以人为本，依靠科技进步，以高起点、高品质、立足在企业创新发展中。在市场竞争的大环境下，不断加大产品研发力度，产品畅销国内40多个大中型城市，以及意大利、俄罗斯、匈牙利等国家。邦泰公司生产的“密水”牌散热器先后荣获“国家免检产品”、“山东名牌”、“中国采暖散热器行业名牌”称号，及“山东省高新技术企业”、“山东省专利明星企业”、“山东省采暖散热器十强企业”等多项殊荣。GLYZ钢铝压铸复合柱翼型散热器以自主知识产权的5项国家专利技术，取得了丰硕的科研成果，对提高市场占有率、企业经营奠定了良好的技术基础，为企业的发展提供了巨大的市场空间。(关惠生)

压铸工艺 篇8

2012年10月18日, 广东省机械工程学会在高要市组织并主持召开了由广东鸿图科技股份有限公司完成的“不锈钢油管工艺技术在压铸中的研究与应用”项目的科技成果鉴定会。

该项目成功开发了不锈钢油管及油管接头的加工新工艺和油管在模具上的正确定位、避免压铸过程中油管接头内螺纹牙型变形、机器人自动安装油管等新技术, 应用于多种零件的压铸生产, 提高了产品质量, 降低了生产成本, 经济效益显著。该项目授权发明专利一件, 具有自主知识产权。

鉴定委员会一致认为, 该项目达到国内领先水平。

压铸模型芯加工技术研究 篇9

压铸模型芯模具生产的制品所表现出来的高效率、低耗能、高一致性、高精度和高复杂程度, 是其它任何加工制造方法所不及的。压铸模型芯模具作为特殊终形与近似终形最有效的、最好的成形方法, 它有较好的经济指标和制造效益, 因此这也使许多的压铸件在工业制造行业得了非常广泛的应用, 从而促使了它的快速发展。

一、当前我国压铸模型芯的发展现状

随着现代制造技术的快速发展和现代建设的需求, 工程设备、家用轿车、电子仪器、家用电器等许多产品都涉及到压铸件, 因此压铸模型芯制造质量的高低直接决定着我国工业发展的快慢程度, 目前世界各国都在不断地开发压铸模型芯模具的新型材料。通常压铸模型芯金属材料主要有:锌合金、镁合金、铜合金和钢铁等四大类, 除此之外如DIEVARADC3H13等高性能材料也正在被广泛地使用。而加工压铸模型芯的机床主要有KURA-KI、OKUMA、FIDIA, 还包括五轴立卧高速五轴钻铣等其它高级数控机床, 从而使其变得更加符合当代生产要求, 造福于人类。随着制造技术的不断发展, 材料的表面处理技术也被重视起来, 通过改进其强硬化热处理新工艺和表面强化处理新技术来改善材料的使用性能, 另外在压铸模型芯加工的机床选择和改善方面也有较明显的进步。

二、压铸模型芯加工技术要求及其影响因素

1. 压铸模型芯加工技术要求

通常所有模具的型芯以及型腔结构往往都是由各种自由的曲面和不规则的形面所组成的, 因此对于具有型芯的产品加工, 适合用数控机床上来进行各种加工。压铸模型芯作为现阶段的比较常见且有极为重要的加工产品, 自然对其加工技术有着较高的要求: (1) 型芯的尺寸精度要高; (2) 要具有较好的互换性能; (3) 要具有比较好的脱模性能; (4) 型芯的材料要耐热疲劳和导热性及其它性能。

2. 影响压铸模型芯加工质量的因素

由于压铸模型芯自身结构的独特和使用环境的特殊, 因此对其加工质量的影响因素主要有: (1) 加工材料的性能没有达到设计要求, 加工时出现问题; (2) 加工方法选择的不够合理, 最终达不到理论设计要求; (3) 加工环境对其质量有非常大方的影响, 高温时会使压铸模型芯材料的性能发生巨大的变化, 使其失去了原有的性能要求; (4) 在加工时机床的设备精度也会对其尺寸精度有着较大的影响。

三、现阶段国内压铸模型芯加工技术存在的问题

压铸模型芯模具工作时与高温的液态金属接触, 这易使压铸模型芯腔长时间受热, 同时也会承受着很高的压力, 而且还会受到压铸模型芯腔内部反复受到加热和冷却以及金属液流的高速冲刷, 进而产生磨损和腐蚀。然而在现阶段许多生产者却轻视了铸模型芯加工技术事项, 其主要表现在: (1) 压铸模型芯材料选择不够合理, 很多的压铸模设计制造研究人员未能针对各种不同的型芯进行不同的分析, 致使在选择加工材料时不能很好的满足使用性能的要求。 (2) 型芯热处理和表面处理不够恰当, 通常压铸模型芯表面的热处理和强硬化处理对其使用性能有较好的强化作用, 但是目前许多厂家为了追求个人利益却忽视了它的加工处理, 缩减了它的使用寿命。 (3) 型芯加工技术方法的选取和分析不够准确, 许多加工设计者对其加工技术总是一概而论, 缺少系统合理的总结分析, 胡乱的进行型芯加工。 (4) 型芯压铸过程所受冲击力计算不够准确, 当前许多的设计计算都只是基于理论条件下的计算, 缺少实际生产经验的参数计算, 最终达不到相应的要求。

四、改善影响加工质量的有效措施

针对这些问题必须要有合理的解决方法才可以使其变得满足加工质量要求, 目前解决这些问题的主要措施有:

(1) 在压铸模型芯加工材料方面进行准确的控制, 要合理的选择合理的、优质的、高性能的工具钢。要做到对于不同的型腔加工必须要用不同的材料。另外在选择材料时要根据型芯使用功能和材料的基本性能两方面来进行分析、比较选取。

(2) 型芯热处理和表面处理是一项非常重要的工序, 因此在进行型芯热处理的时候要准确无误地将硬度控制在46HRC左右, 不可太硬, 太硬容易脆断, 但也不可以太软, 太软难以达到使用要求。

(3) 对于型芯加工技术选取和分析要准确无误。通常在压铸模型芯的加工过程中, 前端角不能太利, 通常倒角为R0.25左右, 型芯的根部也不能有利角。另外在其比较容易折断或是应力集中易断裂的地方要有合理的改善, 可先通过绘图软件模拟后在进行加工处理。 (4) 在进行型芯压铸过程受冲击力计算时, 要充分的将理论和实践经验结合起来考虑, 以保证所得结果是符合实际生产要求的, 这样才可以保证设计的型芯能够得到高质量的型芯, 延长其使用寿命。

结束语

近些年来我国压铸模具行业结构调整取得了很大的成绩, 正在向着合理化的发展方向发展。另外由于压铸型芯特殊性能的要求, 新型压铸材料也得到了广泛的研究与发展, 也取得了显著的进步, 同时也在提高压铸型芯质量和缩压铸型芯设计加工制造周期等方面做出了贡献。更重要的是对它的完善不仅具有理论扩展意义, 逐步促使我国工业技术快速向国际化和标准化方向发展。

参考文献

[1]汪晶;压铸模型芯加工技术[J];模具制造, 2012年11期.

[2]张明;压力铸造过程数值仿真分析及应用研究[D];天津大学, 2012年.