鎂合金輪轂鑄件常見缺陷的分析與改進

鎂合金輪轂鑄件常見缺陷的分析與改進

鎂合金壓鑄件的鑄造缺陷包括外部缺陷和內部缺陷。外部缺陷包括樹冠斷裂、腐蝕痕跡、鑄造變形、磨損、飛皮、褶皺、水流、層壓、內缺陷等。鎂合金輪轂鑄件成型加工成標準件后,需要進行扭轉疲勞試驗1鑄件特點及工藝分析國內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)的標配,但隨著社會的進步以及全球能量危機,如何節(jié)約能源消耗成為汽摩行業(yè)研究的主要問題,而汽摩減重是一個研究方向,汽摩輕量化研究越來越多鎂合金輪轂鑄件小批量生產(chǎn)選用材質為AM60B鎂合金,合金密度為1.8g/cm圖1為輪轂鑄件造型設計與鑄造毛坯。該輪轂是廠家委托設計的新品種,外觀簡潔,壁厚均勻,其外觀最大輪廓尺寸大致為準459mm×90mm,鑄件質量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格優(yōu)惠近1倍,成本更低,更具有競爭力。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。鑄件設計完畢后,設計了擠壓鑄造用的模具。首先要進行鑄件的三維建模,利用Pro/E軟件輔助設計出擠壓鑄造模具,計算出鑄件投影面積為0.166m在整個小批量生產(chǎn)過程中,出現(xiàn)了很嚴重的鑄件缺陷,分析了缺陷形成的原因,根據(jù)機械設備問題和熱加工工藝問題不同,總結出各種缺陷形成的原因,并把它們與具體的設備及工藝過程相聯(lián)系。圖2為鑄件缺陷與工藝設備影響關系圖?？梢钥闯?缺陷形成原因錯綜復雜,一個缺陷往往有多種因素造成,應具體問題具體分析。圖2是一個綜合用于分析鑄造缺陷和原因的系統(tǒng)圖,實際生產(chǎn)中,在圖2的引導下,通過設備及工藝參數(shù)的調整,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(見經(jīng)表面噴丸處理后,外觀完好,表面無較大缺陷,機加工后的輪轂表面光滑)。經(jīng)嚴格的力學性能檢測,其結果為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、飛皮過多、表面起皺、粘模、紊流、分層等,基本上通過表面噴丸處理進行改善,幾乎不影響鑄件的使用,而內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,對鑄件力學性能影響加大,是造成鑄件廢品率的關鍵,對輪轂鑄件沿軸線進行剖分,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。下面重點就有充型不良、冷隔、氣孔、熱裂紋、分層等常見缺陷進行分析,并提出改進措施。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題引起,主要有澆注溫度,模具溫度、充型時間、壓射速度以及模具潤滑這幾個因素影響(見圖2)。由于液壓機下缸壓射速度較慢,澆注金屬后夾緊鎖緊時間較晚,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,在凝固時無法得到瞬時壓力,因而造成冷凝,往往會出現(xiàn)充型不良與冷隔缺陷。如果澆注溫度過低或模具溫度過低,即使合模后充型時間過長,也會出現(xiàn)冷隔或充型不良缺陷。改進措施:要避免充型不良與冷隔缺陷,只需要調整鑄造成型工藝參數(shù)即可,生產(chǎn)結果表明,澆注溫度為690～720℃,模具溫度為200～250℃,充型時間20s,壓射速度不低于1.1m/s,模具適當?shù)臐櫥?即可大大減少缺陷產(chǎn)生。合金液澆注溫度過低,結晶潛熱低,易凝固,所需充型壓力高;合金液澆注溫度過高,易產(chǎn)生收縮,形成縮孔缺陷。一般來說,由于調整液壓機壓力及壓射速度,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。當澆注溫度較低時,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械設備問題和熱加工工藝問題,主要有合金純度、模具潤滑、模具溫度、壓射速度、壓射力、厚截面或熱節(jié)處、循環(huán)時間等。縮孔的位置相對固定,大多分布在鑄件內澆口附近,或沿內澆口的軸線分布,遠離內澆口的縮孔尺寸逐漸減小。縮孔形成的原因:(1)金屬液在內流道中的壓射速度太高,引起湍流和夾氣;(2)鑄型設計不合理,金屬液沖擊型芯,包裹空氣;(3)模具溫度過低,使用噴涂在每個模具上的脫模劑因來不及蒸發(fā),產(chǎn)生水汽;(4)排氣不良,溢流排氣過小;(5)合金液不純凈,有氧化夾渣;(6)模具潤滑液進入模具型腔,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)時間過短,模具內的空氣來不及排出。改進措施是:增加內流道和溢流槽的面積,將內流道液態(tài)金屬流動的壓射速度降低到0.15m/s,增加內流道與鑄件之間的過渡角,在型芯上增加排氣槽;提高模具的溫度,調整鑄件結構,在厚截面或者熱節(jié)處設置中空結構,盡量保證鑄件壁厚均勻,適當延長鑄造循環(huán)時間,盡量減少合金污染,定期檢查模具潤滑液是否泄漏等。2.3缺陷產(chǎn)生的原因及改進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)時間、模具溫度、合金種類以及充型時間等。一般發(fā)生在型芯的過渡角,有時發(fā)生在鑄件表面。裂縫產(chǎn)生的原因可能有以下幾個方面:(1)液態(tài)金屬凝固時,芯部過渡角過小,局部應力集中過大。(2)鑄件出型過早,澆注溫度較高,在凝固完成之前鑄件產(chǎn)生熱裂紋;或者鑄件出型過晚,循環(huán)時間過長,鑄件與型芯之間的應力過大,脫模時產(chǎn)生裂紋。(3)模具溫度過低,特別是芯部溫度過低,使附在型腔內壁上的液態(tài)金屬快速凝固成薄殼。在冷卻和凝固過程中產(chǎn)生的收縮應力全部由非常薄的金屬殼承擔。當應力超過金屬外殼的極限強度時,金屬外殼就會撕裂。(4)循環(huán)時間,特別是充型時間太短,鑄件無法補償。鑄件薄壁冷卻收縮受限,保溫時間長,容易拉出裂紋。當推出鑄件時,收縮應力將導致鑄件變形、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,收縮嚴重,在厚截面或熱節(jié)處產(chǎn)生應力差,產(chǎn)生裂紋。(6)有些合金種類收縮率較大,在成型過程中易產(chǎn)生裂紋。根據(jù)以上分析,采取了以下改進措施:(1)調整鑄件結構,鑄件熱節(jié)處增大過渡圓角,在厚截面處設置中空結構,可以設置加強筋來增強強度。(2)模具溫度應設定在250℃,模具溫度過高或過低都會對鑄件質量和模具壽命產(chǎn)生不利影響。粘模容易,脫模困難。同時,延長了保溫時間,合金液充分充型,完全冷卻。如果模具溫度過低,鑄件的質量得不到保證,易產(chǎn)生冷隔和表面裂紋。(3)充型時間應為30s。如果充型時間過短,鑄件容易出現(xiàn)縮孔。如果充型時間過長,則會延長生產(chǎn)周期,增加變形阻力,降低模具使用壽命,加重熱裂傾向。(4)選用商用比較好的鎂合金,必要時,可以調整合金成分,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缺陷的一種,往往會引起鑄件夾渣和性脆,嚴重影響鑄件的使用,其來源也是主要由熱成型工藝問題,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,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,會導致鑄件容易脆斷———性脆的根本原因。定時除渣,防止鎂液氧化就能解決夾渣和性脆等問題。改進措施:保持合金液純度,適當降低澆注溫度,盡量不超過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)場地,適當降低壓射力會大大降低分層缺陷。3u2004鎂合金鑄件的鑄造整個鑄造過程中選擇合適的鑄造設備、最佳的成型工藝參數(shù)以及規(guī)