鎂合金輪轂鑄件常見(jiàn)缺陷的分析與改進(jìn)

鎂合金輪轂鑄件常見(jiàn)缺陷的分析與改進(jìn)

鎂合金壓鑄件的鑄造缺陷包括外部缺陷和內(nèi)部缺陷。外部缺陷包括樹(shù)冠斷裂、腐蝕痕跡、鑄造變形、磨損、飛皮、褶皺、水流、層壓、內(nèi)缺陷等。鎂合金輪轂鑄件成型加工成標(biāo)準(zhǔn)件后,需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)1鑄件特點(diǎn)及工藝分析國(guó)內(nèi)汽摩車輛輪轂配置均為鋁合金輪轂,鋁合金輪轂易鑄造成型和機(jī)械加工,不易氧化,比鋼輪轂使用效果好,逐漸成為汽摩車輛行業(yè)的標(biāo)配,但隨著社會(huì)的進(jìn)步以及全球能量危機(jī),如何節(jié)約能源消耗成為汽摩行業(yè)研究的主要問(wèn)題,而汽摩減重是一個(gè)研究方向,汽摩輕量化研究越來(lái)越多鎂合金輪轂鑄件小批量生產(chǎn)選用材質(zhì)為AM60B鎂合金,合金密度為1.8g/cm圖1為輪轂鑄件造型設(shè)計(jì)與鑄造毛坯。該輪轂是廠家委托設(shè)計(jì)的新品種,外觀簡(jiǎn)潔,壁厚均勻,其外觀最大輪廓尺寸大致為準(zhǔn)459mm×90mm,鑄件質(zhì)量1.23kg,輪緣壁厚5.4mm,輪輻部位厚10.2mm,輪轂部位最厚22.3mm。原鋁合金輪轂件為2.24kg,減少了1.01kg,由于鎂合金原材料比鋁合金價(jià)格優(yōu)惠近1倍,成本更低,更具有競(jìng)爭(zhēng)力。除軸承孔、打氣孔以及裝胎面需要加工外,其余均為鑄造自然表面。鑄件設(shè)計(jì)完畢后,設(shè)計(jì)了擠壓鑄造用的模具。首先要進(jìn)行鑄件的三維建模,利用Pro/E軟件輔助設(shè)計(jì)出擠壓鑄造模具,計(jì)算出鑄件投影面積為0.166m在整個(gè)小批量生產(chǎn)過(guò)程中,出現(xiàn)了很嚴(yán)重的鑄件缺陷,分析了缺陷形成的原因,根據(jù)機(jī)械設(shè)備問(wèn)題和熱加工工藝問(wèn)題不同,總結(jié)出各種缺陷形成的原因,并把它們與具體的設(shè)備及工藝過(guò)程相聯(lián)系。圖2為鑄件缺陷與工藝設(shè)備影響關(guān)系圖?？梢钥闯?缺陷形成原因錯(cuò)綜復(fù)雜,一個(gè)缺陷往往有多種因素造成,應(yīng)具體問(wèn)題具體分析。圖2是一個(gè)綜合用于分析鑄造缺陷和原因的系統(tǒng)圖,實(shí)際生產(chǎn)中,在圖2的引導(dǎo)下,通過(guò)設(shè)備及工藝參數(shù)的調(diào)整,成功試制出完整合格的鑄件。從圖1可以看出輪轂毛坯充型完整(見(jiàn)經(jīng)表面噴丸處理后,外觀完好,表面無(wú)較大缺陷,機(jī)加工后的輪轂表面光滑)。經(jīng)嚴(yán)格的力學(xué)性能檢測(cè),其結(jié)果為σ2外部缺陷的影響鎂合金輪轂鑄件有些外部缺陷,如推桿痕跡、腐蝕痕跡、擦傷、飛皮過(guò)多、表面起皺、粘模、紊流、分層等,基本上通過(guò)表面噴丸處理進(jìn)行改善,幾乎不影響鑄件的使用,而內(nèi)部缺陷以及較大的外部缺陷則盡量想辦法避免,或者盡量減少,否則,會(huì)影響鑄件的使用,這類缺陷主要有充型不良、氣孔、疏松、冷隔、裂紋、分層等,如圖3所示。特別是充型不良、氣孔和裂紋,對(duì)鑄件力學(xué)性能影響加大,是造成鑄件廢品率的關(guān)鍵,對(duì)輪轂鑄件沿軸線進(jìn)行剖分,在鑄件的剖面上,在可以觀察到基體上有氣孔的存在(圖3c)。發(fā)現(xiàn)孔壁光滑,具有氣孔類缺陷的特征。下面重點(diǎn)就有充型不良、冷隔、氣孔、熱裂紋、分層等常見(jiàn)缺陷進(jìn)行分析,并提出改進(jìn)措施。2.1澆注溫度與模具溫度充型不良與冷隔缺陷多有熱成型工藝問(wèn)題引起,主要有澆注溫度,模具溫度、充型時(shí)間、壓射速度以及模具潤(rùn)滑這幾個(gè)因素影響(見(jiàn)圖2)。由于液壓機(jī)下缸壓射速度較慢,澆注金屬后夾緊鎖緊時(shí)間較晚,擠壓后的液態(tài)金屬在較低壓力下充填鑄件,澆注溫度及模具溫度較低,在凝固時(shí)無(wú)法得到瞬時(shí)壓力,因而造成冷凝,往往會(huì)出現(xiàn)充型不良與冷隔缺陷。如果澆注溫度過(guò)低或模具溫度過(guò)低,即使合模后充型時(shí)間過(guò)長(zhǎng),也會(huì)出現(xiàn)冷隔或充型不良缺陷。改進(jìn)措施:要避免充型不良與冷隔缺陷,只需要調(diào)整鑄造成型工藝參數(shù)即可,生產(chǎn)結(jié)果表明,澆注溫度為690～720℃,模具溫度為200～250℃,充型時(shí)間20s,壓射速度不低于1.1m/s,模具適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑,即可大大減少缺陷產(chǎn)生。合金液澆注溫度過(guò)低,結(jié)晶潛熱低,易凝固,所需充型壓力高;合金液澆注溫度過(guò)高,易產(chǎn)生收縮,形成縮孔缺陷。一般來(lái)說(shuō),由于調(diào)整液壓機(jī)壓力及壓射速度,保持較低的澆注溫度、合適的模具溫度以及模具潤(rùn)滑,即可以消除氣孔、收縮和疏松,也可以避免免充型不良與冷隔缺陷。當(dāng)澆注溫度較低時(shí),氣體容易從合金熔體中逸出,很少殘留在合金液中,因此容易消除氣孔,合模后壓力越大越好。2.2流道壓射速度過(guò)大,金屬液沖擊型芯,模具溫度低,不能排氣縮孔缺陷的影響因素包括機(jī)械設(shè)備問(wèn)題和熱加工工藝問(wèn)題,主要有合金純度、模具潤(rùn)滑、模具溫度、壓射速度、壓射力、厚截面或熱節(jié)處、循環(huán)時(shí)間等。縮孔的位置相對(duì)固定,大多分布在鑄件內(nèi)澆口附近,或沿內(nèi)澆口的軸線分布,遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的縮孔尺寸逐漸減小?？s孔形成的原因:(1)金屬液在內(nèi)流道中的壓射速度太高,引起湍流和夾氣;(2)鑄型設(shè)計(jì)不合理,金屬液沖擊型芯,包裹空氣;(3)模具溫度過(guò)低,使用噴涂在每個(gè)模具上的脫模劑因來(lái)不及蒸發(fā),產(chǎn)生水汽;(4)排氣不良,溢流排氣過(guò)小;(5)合金液不純凈,有氧化夾渣;(6)模具潤(rùn)滑液進(jìn)入模具型腔,與合金液發(fā)生燃燒,產(chǎn)生氣體和夾渣;(7)鑄件有較厚截面或者熱節(jié),不易排氣;(8)壓鑄循環(huán)時(shí)間過(guò)短,模具內(nèi)的空氣來(lái)不及排出。改進(jìn)措施是:增加內(nèi)流道和溢流槽的面積,將內(nèi)流道液態(tài)金屬流動(dòng)的壓射速度降低到0.15m/s,增加內(nèi)流道與鑄件之間的過(guò)渡角,在型芯上增加排氣槽;提高模具的溫度,調(diào)整鑄件結(jié)構(gòu),在厚截面或者熱節(jié)處設(shè)置中空結(jié)構(gòu),盡量保證鑄件壁厚均勻,適當(dāng)延長(zhǎng)鑄造循環(huán)時(shí)間,盡量減少合金污染,定期檢查模具潤(rùn)滑液是否泄漏等。2.3缺陷產(chǎn)生的原因及改進(jìn)措施裂紋缺陷一般都是由熱成型工藝引起,又稱熱裂紋。主要影響因素有厚截面或熱節(jié)處、澆注溫度、循環(huán)時(shí)間、模具溫度、合金種類以及充型時(shí)間等。一般發(fā)生在型芯的過(guò)渡角,有時(shí)發(fā)生在鑄件表面。裂縫產(chǎn)生的原因可能有以下幾個(gè)方面:(1)液態(tài)金屬凝固時(shí),芯部過(guò)渡角過(guò)小,局部應(yīng)力集中過(guò)大。(2)鑄件出型過(guò)早,澆注溫度較高,在凝固完成之前鑄件產(chǎn)生熱裂紋;或者鑄件出型過(guò)晚,循環(huán)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),鑄件與型芯之間的應(yīng)力過(guò)大,脫模時(shí)產(chǎn)生裂紋。(3)模具溫度過(guò)低,特別是芯部溫度過(guò)低,使附在型腔內(nèi)壁上的液態(tài)金屬快速凝固成薄殼。在冷卻和凝固過(guò)程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力全部由非常薄的金屬殼承擔(dān)。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)金屬外殼的極限強(qiáng)度時(shí),金屬外殼就會(huì)撕裂。(4)循環(huán)時(shí)間,特別是充型時(shí)間太短,鑄件無(wú)法補(bǔ)償。鑄件薄壁冷卻收縮受限,保溫時(shí)間長(zhǎng),容易拉出裂紋。當(dāng)推出鑄件時(shí),收縮應(yīng)力將導(dǎo)致鑄件變形、扭曲和冷裂。(5)鑄件有厚截面或熱節(jié)處,由于鎂合金冷卻速度快,收縮嚴(yán)重,在厚截面或熱節(jié)處產(chǎn)生應(yīng)力差,產(chǎn)生裂紋。(6)有些合金種類收縮率較大,在成型過(guò)程中易產(chǎn)生裂紋。根據(jù)以上分析,采取了以下改進(jìn)措施:(1)調(diào)整鑄件結(jié)構(gòu),鑄件熱節(jié)處增大過(guò)渡圓角,在厚截面處設(shè)置中空結(jié)構(gòu),可以設(shè)置加強(qiáng)筋來(lái)增強(qiáng)強(qiáng)度。(2)模具溫度應(yīng)設(shè)定在250℃,模具溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)鑄件質(zhì)量和模具壽命產(chǎn)生不利影響。粘模容易,脫模困難。同時(shí),延長(zhǎng)了保溫時(shí)間,合金液充分充型,完全冷卻。如果模具溫度過(guò)低,鑄件的質(zhì)量得不到保證,易產(chǎn)生冷隔和表面裂紋。(3)充型時(shí)間應(yīng)為30s。如果充型時(shí)間過(guò)短,鑄件容易出現(xiàn)縮孔。如果充型時(shí)間過(guò)長(zhǎng),則會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期,增加變形阻力,降低模具使用壽命,加重?zé)崃褍A向。(4)選用商用比較好的鎂合金,必要時(shí),可以調(diào)整合金成分,盡量避免裂紋缺陷。2.4除渣及鑄鋼純度分層缺陷是壓鑄常見(jiàn)缺陷的一種,往往會(huì)引起鑄件夾渣和性脆,嚴(yán)重影響鑄件的使用,其來(lái)源也是主要由熱成型工藝問(wèn)題,主要因素有澆注溫度、壓射力以及合金純度。一般是由于合金液除渣不干凈,或是因氧化生成氧化皮,沖頭加壓時(shí),因壓射力大,將氧化皮、涂料等擠入鑄件中引起的,造成分層缺陷。夾渣是分層缺陷的一種,會(huì)導(dǎo)致鑄件容易脆斷———性脆的根本原因。定時(shí)除渣,防止鎂液氧化就能解決夾渣和性脆等問(wèn)題。改進(jìn)措施:保持合金液純度,適當(dāng)降低澆注溫度,盡量不超過(guò)690℃,避免鎂合金液大量氧化,規(guī)范鑄造操作規(guī)程,保持干凈的作業(yè)場(chǎng)地,適當(dāng)降低壓射力會(huì)大大降低分層缺陷。3u2004鎂合金鑄件的鑄造整個(gè)鑄造過(guò)程中選擇合適的鑄造設(shè)備、最佳的成型工藝參數(shù)以及規(guī)