汽車用鋁合金半固態(tài)零件觸變壓鑄工藝研究

1、汽車用鋁合金半固態(tài)零件觸變壓鑄工藝研鑄造技術f0undrytechn0i()gyvo1.26no.9sep.20059有色合金及特種鑄造工藝non.ferrousalloyandltsmelting&technologyandequipmentforspecialcastingpocess?汽車用鋁合金半固態(tài)零件觸變壓鑄工藝研究張志峰，田戰(zhàn)峰,楊必成，徐駿，石力開(北京有色金屬研究總院復合材料工程技術研究中心，北京100088)摘要:針對半固態(tài)觸變壓鑄工藝特點,對國產j1128臥式冷室普通液態(tài)壓鑄機的壓 射系統(tǒng)和模具系統(tǒng)進行了結構改進，對壓鑄工藝參數進行了優(yōu)化選擇，并采用半固態(tài)

2、專用鋁合金aisimg:和商用鋁合金a357 開展了半固態(tài)觸變壓鑄試驗研究結果表明:半間態(tài)觸變壓鑄工藝與普通液態(tài)壓鑄有很大的不同，在壓射室和模具預熱溫 度分剛為100°c和250°c,低壓壓力為4.0mpa,射料二速工作壓力為12mpa,增壓壓力為20mpa,快壓射速度為1.4m/s每 件下可獲得充型完好的汽車用鋁合金半固態(tài)零件.關鍵詞:鋁合金;半同態(tài);觸變壓鑄中圖分類號:tg146.22;tg379文獻標識碼:a文章編號:10008365(2005)09077004investigationonsemi一 solidthixo-diecastingprocessingof

3、automobilealuminumalloypartzhangzhifeng,tianzhanfeng,yangbicheng,xujun,shi 1 .ikai (generalresearchlnstitutefornonferrousmetals.beijing 100088,china)abstract: accordingtothecharacteristicofthesemisolidthixo一diecastingprocessing.theextrusionsystemand diesystemofj1128horizontaldiemachinemadeathomewere

4、improved.andtheparameterso fdiecasting processingwereoptimized.andmuchexperimentalinvestigationonsemi 一 solidthixo 一 diecastingprocessingwasmadebyusingbothsemi一solidalloyalsi6mg2andcommercialalloya357.resultsshowthat,theparametersof semi solidthixo diecastingprocessingaredifferentfromtheonesoftradit

5、ionaldie casting,andsound automobilealuminumalloypartcanbeobtainedwhenthetemperatureofcontaineranddieare 100 °c and 250oc,respectivelyjowpressureis4.0mpa,secondextrusionpressureisl2mpa.andfastext rusionvelocityisl.4m/s.key words: aluminumalloy;semi一solid;thixo一diecasting鋁合金半固態(tài)觸變成形技術因工藝可控性強，過程較穩(wěn)

6、定且易操作,因而較快地進入了工業(yè)化生產11.口前，歐美，口本等工業(yè)發(fā)達國家的研究處于領先水平，已進入工業(yè)應用階段,商業(yè)化生產鋁合金半固態(tài)成形零件的發(fā)展勢頭在逐年增加國內從20世紀90年代開始此技術的研究與開發(fā).經過十多年的發(fā)展，在半i古i態(tài)金屈觸變成形技術的理論研究和工業(yè)應用方面取得了很大進展，已經具備了向產業(yè)化轉化的技術基礎本文介紹了在國家”863”計劃的支持下，在鋁合金半固態(tài)觸變壓鑄技術工業(yè)化應用方面所做的研究工作.收稿口期:20050809;修訂口期:20050819基金項目:國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目 (2002aa336080)作者簡介:張志峰(1970),內蒙古土

7、右旗人，博士，高工主要從事金 屬半固態(tài)加工技術研究email:zhangzfgrinm,corni普通液態(tài)壓鑄機的改進目前，瑞士布勒，德國富來,日木東洋等國際著名 壓鑄機制造商已開發(fā)出專門的半固態(tài)壓鑄機，國內 目前尚沒有供半固態(tài)成形專用的壓鑄機半固態(tài)壓鑄 機與普通壓鑄機主要不同z處在于:半固態(tài)壓鑄機壓 射比壓大，壓射室直徑大,對模具溫度和壓鑄參數的控 制要求高因此需要在傳統(tǒng)液態(tài)壓鑄機的基礎上進行 改進，以適應半固態(tài)觸變成形的需要，這里改進主要涉 及到壓射系統(tǒng)和模具系統(tǒng).1.1壓射系統(tǒng)的改進圖1(a)是液態(tài)壓鑄所用的壓射室實物圖,壓射室 肓徑為060mm.液態(tài)壓鑄時在保證金屬液可順利澆 入的情況

8、下壓射室開口應盡可能小，以防壓射時速度 過快造成金展液的飛濺而半i古i態(tài)壓鑄時，應根據零 件大小及模具設計情況計算所需合金質量，在保證一 定壓余的情況下確定半固態(tài)坯料的合理尺寸.坯料直 徑應略小于壓射室直徑,保證坯料二次加熱后能順利 壓入壓射室，壓射室開口除了要加長至大于坯料長度鑄造技術9/2oo5張志峰等:汽車用鋁合金半固態(tài)零件觸變壓鑄工藝研究:! 11_: 外(圖lc),開口深度應加深至壓射室直徑處,從而保 證可放入最大直徑的半固態(tài)坯料此外，為了增加壓射比壓，將壓射室直徑增加到070mitl 隨著壓射室開口的加長，整個壓射室長度隨z 加長，為與之配合，壓射沖頭和壓射桿的長度響應縮 短,保證

9、沖頭前沿處于壓射室開口外側但是半固 態(tài)壓鑄時壓射室開口最好不要開至壓射室頂端（見 圖 lb）.圖1普通液態(tài)壓鑄與半固態(tài)壓鑄所用壓射室結構比較fig. 1 coniparisononcontainerusedbytraditionalandsemi一soliddie-casting 1.2模具系統(tǒng)的改進 鋁合金半固態(tài)觸變壓鑄用模具的橫澆道和內澆道 設計與常規(guī)鋁合金壓力鑄造完全不同,它們必須大到 足以充填型腔.基于半固態(tài)壓鑄模具設計的特殊性要求,本實驗 中半固態(tài)壓鑄模具設計主要體現在以下幾個方面:澆 道流程盡可能縮短;內澆道尺寸比液態(tài)壓鑄更寬更厚， 但過寬過厚對薄壁件的充型和鑄件表面質量不利;多

10、開集渣包,防止半固態(tài)坯料表面形成的氧化膜對成形 件性能造成不利影響圖2為本實驗所用壓鑄模具外 觀圖根據前期半固態(tài)壓鑄實驗情況,對半固態(tài)模具 進行了如下改進:內澆道尺寸由原來的31ti1ti增厚到 4.5mltl;橫澆道由原來的7mm增厚到15mitt;多增 加了 2個溢流槽和排氣槽.此外，新增加了 6個擋渣 包用來減少鑄件內的氧化皮，其尺寸為30mltlx 30mmx12mill.圖3為模具修改后壓鑄零件外觀圖.圖2本實驗所用修改后壓鑄模外觀圖fig.2appearanceofmodifieddieintheexperiment2壓射參數的優(yōu)化選擇2.1壓射速度 半固態(tài)壓鑄的慢壓射行程可以明顯

11、縮短，而且較快的慢壓射速度也不會出現卷氣現彖快壓射速度的 大小則直接影響金屬液的填充速度，其速度大小與型 圖3模具修改后壓鑄零件外觀圖fig.3appearanceofmodifieddie-castingpart腔容積，型腔數,壓射頭直徑和填充時間有關填充速 度可以用內澆道速度來表示.在這里,內澆道速度的 調整主要通過調整壓射頭速度,改變壓射室直徑和壓 射頭直徑，改變內澆道截面積來實現.圖4為不同快 壓射速度條件下獲得的壓鑄零件外觀寫真，圖4(a) (c)分別為快壓射速度1.0,1.4,1.8m/s時所獲得的 零件外觀圖.從圖中可以看出,隨著快壓射速度的增 加，零件的充型性能逐漸變好但是并不

12、是越快越好， 實驗中發(fā)現，當快壓射速度過快(見圖4c),導致半固 態(tài)漿料的充型前沿不平穩(wěn),充填順序會發(fā)牛改變，零件 的外觀質量反而變差因此快壓射速度在1.4m/s 左右較好.2.2壓射壓力半固態(tài)壓鑄吋所需的壓射力(包括壓射壓射力和 增壓壓射力)和比壓(包括壓射比壓和增壓比壓)都要 大于普通液態(tài)壓鑄圖5是在低壓壓力4.0mpa,改 變二速壓射壓力時零件的外觀寫真.圖5(a)圖5(c) 分別為射料二速工作壓力為& 10,12mpa時所獲得 的零件外觀圖由圖5可以看岀，當二速壓射比壓較 小時，充型效果不佳,漿料未填充完畢就凝固完成，表 明充填時間太長;隨著二速壓射比壓的增加，零件的外?772

13、?f0undrytechn0i0gyvoi.26no.9sep.2005觀質量明顯改善.但是當二速壓射壓力增加到一定值 后,零件的外觀質量變化不明顯，澆不足缺陷仍然存 在.而此時合理的增壓比壓至關重要.圖6為改變增 壓比力時零件的外觀寫真圖6(a)圖6(c)分別為 增壓比壓為10,20,30mpa時所獲得的零件外觀圖. 研究發(fā)現,高的增壓比壓會使鑄件的外觀輪廓更為清 晰.與液態(tài)壓鑄不同的是，半固態(tài)壓鑄所用漿料溫度 不高,充填過程中漿料凝固補縮小，如果一味 提高增壓比壓則改善效果并不明顯圖6(b),圖6(c)的 零件外觀兒乎沒有什么差別.(a) 1 .om/s(b) 1.4m/s(c) 18m/

14、s圖4不同快壓射速度對改善壓鑄零件表面質量的影響 fig.4effectoffastextrusionvelocityonsurfacequalityofdie一castingpart (a)4mpa(b)8mpa(c) 12mpa圖5不同二速壓射比壓對改善壓鑄零件表面質量的影響 fig.5effectofsecondextrusionpressureonsurfacequalityofdie-castingpart 圖6不同增壓比壓對改善壓鑄零件表面質量的影響fig.6effectofsupplementextrusionpressureonsurfacequalityofdie-casti

15、ngpart 2.3模具和壓射室溫度考慮到半固態(tài)金屬的凝固熱量比液態(tài)金屬小得多， 所以模具冷卻強度(包括追加冷卻，自然散熱，噴涂等) 要比液態(tài)壓鑄小.半固態(tài)壓鑄過程屮的溫度參數主要 是壓鑄型的溫度和壓射室的溫度模具溫度的控制是 保證半固態(tài)壓鑄過程充型良好和質量合格的關鍵參數 之一.半固態(tài)壓鑄時，需要對壓射室和壓射頭進行預 熱，主要目的是要防止半固態(tài)坯料在壓射室中的溫降過 大由于壓射頭和壓射室間隙過大而造成的卡住現彖 的可能性在半固態(tài)壓鑄過程中大大減小本實驗中采 用遠紅外線預熱模具，使用液態(tài)金屬預熱壓射室和壓射 頭.液態(tài)壓鑄鋁合金時，模具工作溫度一般為150 180°c,而半固態(tài)壓鑄模

16、具溫度一般要比液態(tài)壓鑄所需 的模具溫度高，同時要求模具各個部位溫度均勻穩(wěn)定.圖7考察了不同模具預熱溫度對零件外觀質量的影響， 圖7(a)圖7(c)分別為模具溫度為50,150,250所獲得鑄造技術9/2oo5張志峰等:汽車用鋁合金半固態(tài)零件觸變壓鑄工藝究?773? 的零件外觀圖圖7可以看出.模溫較低時，冷隔澆不 足缺陷突出;隨著模具預熱溫度的增加,零件外觀質量 明顯改善;當模具預熱溫度在250oc時能夠獲得輪廓清 晰,表而充填優(yōu)良的零件但是同時也發(fā)現，模具溫度 并非越高越好，當模具溫度太高時，一方面零件容易粘 模,另一方面零件在頂岀是容易開裂.在水泵蓋的半固態(tài)壓鑄工藝穩(wěn)定后，進行了小批 量壓鑄

17、生產.將半固態(tài)壓鑄的水泵蓋毛坯按常規(guī)工序 加工成產品零件后抽樣進行了水密性試驗，合格率達 到90以上，比原工藝提高了 15.圖8是對常規(guī)壓 鑄和半固態(tài)壓鑄的泵蓋的剖面進行了比較，可明顯看 出半固態(tài)壓鑄有效地避免了氣孔等缺陷.(a)50oc(b)150°c(c)250°c圖7不同模具預熱溫度對改善壓鑄零件表面質量的影響f 誼.7effectofpreheateddietemperatureonsurfacequalityofdie-castingpart(al液態(tài)壓鑄件(bl半固態(tài)壓鑄件圖8常規(guī)壓鑄和半固態(tài)壓鑄泵蓋的剖面質量比較fig.8comparisononsection

18、qualityofpumplidwithconventionaldie-castingandsemisoli ddie-casting3 結論 proc.ofthe4thint.conf.onsemi一solidprocessingof通過對國產 j1128 臥式冷室壓鑄機的壓射系 alloy sandcompositesec.sheffield,england, 1996-統(tǒng)，模具系統(tǒng)的結構改進和壓射參數的優(yōu)化選擇，可以229-233?滿足半固態(tài)觸變壓鑄的需要.2mertonc?fiemings?ssm:soreethoughtsonpast采用半固態(tài)專用鋁合金 aisi.m&和商用鋁 inilestonesand.thephaheada?proc.ofthe6th合金a357進行的大量半i占1態(tài)觸變壓鑄試驗顯示，在lint.c/,?.,sm.p.i,g.a.y，d 壓室和模具預熱溫度分別為1jc和