大型鋁合金壓鑄模具分析與工藝改進(jìn)

大型鋁合金壓鑄件一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚變化大，內(nèi)部品質(zhì)和表面品質(zhì)、加工尺寸精度、氣密性要求高，導(dǎo)致產(chǎn)品制造困難，廢品率高，需要對(duì)壓鑄工藝進(jìn)行研究和改進(jìn)。

鋁合金壓鑄件材料一般是ADC12，最小壁厚為2mm，產(chǎn)品質(zhì)量為多為幾公斤。內(nèi)部品質(zhì)要求符合ASTME505標(biāo)準(zhǔn)，鋁合金氣（縮）孔等級(jí)１。表面品質(zhì)要求產(chǎn)品毛坯表面不允許有鑄點(diǎn)、飛邊、毛刺。加工尺寸精度要求壓鑄毛坯平面度小于0.5mm。氣密性要求產(chǎn)品內(nèi)腔在70KPA的空氣壓力下，泄漏量小于小于0.81ml/min。

壓室直徑設(shè)計(jì)為100mm，內(nèi)澆口截面積為5，43cm2充滿度為40％。澆注系統(tǒng)采用梳形設(shè)計(jì)，模流分析結(jié)果表明，梳形設(shè)計(jì)避免產(chǎn)生卷氣，形成氣孔。實(shí)現(xiàn)了水尾填充在產(chǎn)品右上側(cè)的目的，可以通過渣包及排氣槽減少鑄件缺陷。

鋁合金壓鑄模具表面拋丸處理

大型鑄件清潔度要求很高，產(chǎn)品整體雜質(zhì)顆粒質(zhì)量要求小于1.84mg，油道雜質(zhì)顆粒質(zhì)量要求小于0.34mg，為此，鑄造毛坯表面不允許有鑄點(diǎn)。而模具壓鑄一定數(shù)量后，由于反復(fù)冷熱循環(huán)、金屬液沖蝕，很容易發(fā)生龜裂，產(chǎn)生鑄點(diǎn).為此模具型腔表面采用拋丸處理，強(qiáng)化表面品質(zhì)，推遲龜裂發(fā)生的時(shí)間。

鋁合金壓鑄工藝參數(shù)

低速壓射為0.35ｍ/ｓ，高速壓射為4.5ｍ/ｓ，高速距離為500mm，增壓比壓為30M/Pa，增壓距離為640mm，澆注溫度為（665±10）℃。

暫時(shí)存在的問題

產(chǎn)品進(jìn)行批量試生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品硬度不良率為100％，其他缺陷導(dǎo)致廢品率高達(dá)30％，具體情況如下：

1產(chǎn)品壓鑄完成20h后，解剖指定位置４處，測(cè)量截面的硬度（HRB），要求大于40，實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)為25～50，不能滿足技術(shù)要求，在設(shè)備高溫運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可能會(huì)影響使用功能。

2產(chǎn)品油道１型芯針彎曲，表面粘模拉傷，導(dǎo)致產(chǎn)品孔偏，尺寸超差，不良率為20％。

3產(chǎn)品壓鑄變形嚴(yán)重，要求毛坯平面度為0.5mm，實(shí)際為0.77，導(dǎo)致產(chǎn)品黑皮殘留，不良率為5％。

4產(chǎn)品油道1和油道2交叉位置有縮孔，直徑約為3mm，導(dǎo)致產(chǎn)品泄漏，不良率為3％。

針對(duì)上述問題進(jìn)行分析，認(rèn)為：

①ADC12的Cu含量要求為1.5％～3.5％，國(guó)外同一規(guī)格產(chǎn)品的的Cu含量在2.3％左右，其截面硬度（HRB）可以保證大于40。

②零件的油道型芯針直徑為16mm，長(zhǎng)度為259mm，小端脫模斜度僅為0.38°，冷卻困難，壓鑄過程中容易受到鋁液的沖擊，產(chǎn)生過熱變形彎曲。

③由于產(chǎn)品動(dòng)模軸承孔1位置包緊力小，定模對(duì)應(yīng)位置包緊力大，導(dǎo)致產(chǎn)品脫模時(shí)，受拉而局部變形。

④由于該處屬于油道１和油道２的交叉重疊位置，局部壁厚很厚，是壓鑄過程中的熱節(jié)，最后凝固，產(chǎn)生縮孔。

壓鑄工藝改進(jìn)

增加Cu含量，提高產(chǎn)品硬度。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著Cu含量的增加，產(chǎn)品硬度也相應(yīng)增加。當(dāng)Cu含 量 為2.1％ ～3.5％ 時(shí)， 產(chǎn)品硬度 （HRB）可以滿足40以上的技術(shù)要求。

改進(jìn)型芯針的設(shè)計(jì)，防止彎曲變形

為了避免該缺陷，型芯針內(nèi)部設(shè)計(jì)6mm的冷卻水道，加強(qiáng)型芯針的冷卻；設(shè)計(jì)型芯針和滑塊配合段直徑為16mm，長(zhǎng)度為40mm，防止鋁屑進(jìn)入型芯針套導(dǎo)致斷針；設(shè)計(jì)型芯針和滑塊配合段后部直徑為15mm，針套有單邊0.5mm的間隙，長(zhǎng)度為285mm，在型芯針受力變形時(shí)，有間隙可以隨動(dòng)，防止型芯針卡死后彎曲變形。采用該工藝后，型芯針沒有發(fā)生彎曲變形，鑄孔表面品質(zhì)良好，沒有粘鋁拉傷缺陷。因彎曲變形導(dǎo)致的廢品率由20％降低到0。采用模具局部倒扣結(jié)構(gòu)，防止受拉變形

在產(chǎn)品動(dòng)模軸承孔采用寬2mm、深0.3mm的倒扣，增加動(dòng)模局部的包緊力，使產(chǎn)品脫模時(shí)不會(huì)受拉變形。該工藝實(shí)施后，產(chǎn)品受拉變形降到0.5mm以下，因產(chǎn)品受拉變形導(dǎo)致的廢品率由5％降低到0.5％。

點(diǎn)冷改為直冷，減小縮孔直徑

原產(chǎn)生縮孔的位置設(shè)計(jì)有點(diǎn)冷，但是冷卻強(qiáng)度不足，通過修模，把點(diǎn)冷改為直冷，有效地減少了縮孔缺陷， 使縮孔直徑由3mm降 到1mm以 下， 產(chǎn)品泄漏比例由3％ 降低到0.5％ 。

總結(jié)

通過上述工藝改進(jìn)，成功地解決了產(chǎn)品的硬度不足、型芯針彎曲、產(chǎn)品受拉變形和縮孔問題， 使鋁合金壓鑄件的合格率達(dá)到95％ 以上。