擠壓鑄造原理及缺陷分析

1、擠壓鑄造原理及缺陷分析 擠壓鑄造技術(shù)與傳統(tǒng)金屬型重力鑄造相比區(qū)別較大，關(guān)于某些鑄件的生產(chǎn)有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，然而實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的一些鑄造缺陷，成因也不同于傳統(tǒng)鑄造，本文試圖從原理和生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，分析擠壓鑄造的原理和流程參數(shù)，及其鑄造常見缺陷，利用技術(shù)上的經(jīng)驗(yàn)和施行提出改善方法，已達(dá)到推動(dòng)該項(xiàng)鑄造技術(shù)的推廣，減少損失。擠壓鑄造原理及特點(diǎn)擠壓鑄造又可稱為液態(tài)模鍛，是將金屬或合金升溫至熔融態(tài)，不加處理注入到敞口模具中，馬上閉合模具，讓液態(tài)金屬充分流動(dòng)以充填模具，初步到達(dá)制件外部形狀，隨后施以高壓，使溫度下降已凝固的外部金屬產(chǎn)生塑性變形，而內(nèi)部的未凝固金屬承受等靜壓，同步發(fā)生高壓凝固，最后獲得制件或毛坯的方法

2、。由于高壓凝固和塑性變形同時(shí)存在，制件無(wú)縮孔、縮松等缺陷，組織細(xì)密，力學(xué)性能高于鑄造方法，接近或相當(dāng)鍛造方法；無(wú)需冒口補(bǔ)縮和最后清理，因而液態(tài)金屬或合金利用率高，工序簡(jiǎn)化，為一具有潛在應(yīng)用前景的新型金屬加工工藝。擠壓鑄造的工藝對(duì)鑄造設(shè)備有特別的要求，并且目前只對(duì)部分鑄件有較好的效果。首先，擠壓鑄造設(shè)備，需要提供低速但流量較大的液態(tài)金屬填充能力，速度約為0.53m/s，流量可達(dá)15kg/s，這樣熔融態(tài)金屬才能平穩(wěn)地將鑄型內(nèi)氣體排出，并填充鑄型，隨后鑄型填滿的瞬間50ms150ms，應(yīng)能將鑄型內(nèi)鑄造比壓提升到60100MPa，這樣合金便能在高壓下凝固成型。由于前述的低速大流量，且擠壓鑄造內(nèi)澆道有冒

3、口補(bǔ)縮的作用，內(nèi)澆道口徑較大，且位于鑄件最肥厚的部位。由于上述特點(diǎn)，擠壓鑄造合適厚壁鑄件1050mm，但鑄件尺寸不宜太大小于200mm。與壓鑄相同，擠壓鑄造只可使用脫模劑，不適用保溫涂料，故而金屬凝固速度極快，達(dá)到300400攝氏度/s，與金屬型重力鑄造冷卻速度相比，達(dá)到了其35倍，伸長(zhǎng)率高于其他鑄造方法約23倍。擠壓鑄造的生產(chǎn)工藝流程以直徑190系列的鋁活塞為例，介紹擠壓鑄造的工藝流程，擠壓鑄造借鑒于壓力鑄造和模鍛工藝，其大體工藝流程為把液態(tài)金屬直接澆入金屬模內(nèi)。然后在一定時(shí)間內(nèi)以一定的壓力作用于熔融的金屬液體使之成形。并在此壓力下結(jié)晶和塑性流動(dòng)。從而獲得鑄件。在315t的液壓機(jī)上生產(chǎn)鋁活塞

4、的具體流程是：首先將鋁加熱到700720攝氏度，形成鋁液，倒入凹模中，進(jìn)行扒渣得到相對(duì)純凈的鋁液，液壓機(jī)上缸下行，上壓頭對(duì)鋁液加壓，主缸的峰值加壓壓力達(dá)到280t，上壓力加壓至最大表壓力22MPa起，到上壓頭起模止，維持保壓時(shí)間在350秒，保壓結(jié)束后開模，用底缸將鑄件頂出即可。整體上可分為四個(gè)步驟，模具準(zhǔn)備，澆注，合模加壓，開模出件。具體的鑄造過程，注意的參數(shù)如下：頂缸上升速度和金屬流速；對(duì)鑄造機(jī)而言，頂缸上升速度應(yīng)該是豐富可調(diào)的，而金屬流速須由鑄件壁厚和尺寸決定，以不產(chǎn)生湍流，平穩(wěn)填充鑄型為原則，鑄件的壁厚越大，尺寸越小，則流速較小，壁厚越小，尺寸越大，則流速較大。擠壓機(jī)頂缸上升頂力和瞬間及

5、時(shí)增壓速度；當(dāng)前我國(guó)普遍裝備的油頂機(jī)頂缸頂力足夠滿足擠壓鑄造的需求。瞬間及時(shí)增壓速度是較為重要的參數(shù)，在合金液剛剛充滿鑄型之初，鑄造比壓極小，在50ms150ms內(nèi)，下頂缸頂力上升到額定頂力，以保證高比壓下合金液凝固成型。擠壓鑄造缺陷分析以鋁活塞為例，介紹常見的擠壓鑄造的缺陷分析和解決措施。氣孔的出現(xiàn)一般是由于最初的鋁液中氣體含量較高，或者澆注過程中侵入了氣體，因此氣孔可分為析出性氣孔和侵入性氣孔。具體的應(yīng)對(duì)措施由其形成原因入手。析出性氣孔的減少，主要需要對(duì)鋁液的精煉處理進(jìn)行強(qiáng)化，得到含氣量低的鋁液。侵入性氣孔則涉及更多的流程，首先熔融態(tài)合金注入模具的速度要平穩(wěn)，不超過0.08m/s，避免產(chǎn)生

6、渦流卷入氣體，并且充分排出鑄模中的氣體，速度太低也可能造成金屬凝固而沒有充滿鑄模，這需要由上壓頭加壓速度來(lái)控制，一般厚壁鑄件需控制住0.030.06m/s，而壁薄的鑄件則速度稍高，控制在0.050.08m/s?？s松和縮孔會(huì)伴隨著氣孔產(chǎn)生，通常會(huì)出現(xiàn)在活塞最后凝固的區(qū)域，上壓頭下行至型腔封閉時(shí)，鋁液存在向上的反向流動(dòng)，而擠壓鑄造不能設(shè)置冒口補(bǔ)縮，故只能將未凝固的鋁液擠入活塞銷座和頭部熱節(jié)處，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮，這有賴于上壓頭的壓力對(duì)鑄件進(jìn)行壓縮，而壓力不夠會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)縮效果不顯然，活塞稍座和頭部可能出現(xiàn)縮孔和縮松。關(guān)于該問題，首先是對(duì)上壓頭的壓力進(jìn)行合理選取，依據(jù)合金類型和鑄件外形因素設(shè)置壓力。上壓頭的最低壓

7、力值需在80MPa以上，而最高不宜超過120MPa，在該范圍內(nèi)逐步提升壓力值以減少縮松和縮孔，其次，一定的保壓時(shí)間也是消除縮松和縮孔所需條件，繼續(xù)的保壓中，保證金屬能夠全部冷卻凝固，不發(fā)生卸壓后仍有液態(tài)金屬繼續(xù)凝固產(chǎn)生縮孔縮松，同時(shí)，過長(zhǎng)的保壓時(shí)間會(huì)導(dǎo)致模具溫度升高，且脫模困難，不利于模具的壽命，經(jīng)過驗(yàn)證，保壓時(shí)間在150s350s內(nèi)，鑄件質(zhì)量較好，該時(shí)間由鑄件最大壁厚來(lái)大致估計(jì)。擠壓鑄造中，不設(shè)置澆冒口，也很少設(shè)置集渣包，排渣系統(tǒng)不夠，但鋁液在熔煉和澆注中，不斷產(chǎn)生氧化夾雜，在形成鑄件后，氧化夾雜融入其中，導(dǎo)致外圓氧化夾雜的缺陷。關(guān)于氧化夾雜問題，首先鋁合金的融化過程，溫度準(zhǔn)確控制在700720攝氏度，使渣浮起，除盡鋁液內(nèi)氧化渣，并且坩堝和澆勺也清理干凈，澆注之時(shí)，避免直接通過漏斗直澆道，可使用孔眼直徑在1mm左右的過濾網(wǎng)以便濾去氧化渣和溶劑渣。加壓之前，進(jìn)行一個(gè)快速的扒渣，由模壁向中心，從中心剔除殘?jiān)趬褐浦?，不得有冷隔金屬參加擠壓鑄造過程。 擠壓鑄造是一項(xiàng)優(yōu)質(zhì)高