压铸件缩孔缩松的原因及解决办法

1.压铸件缩孔缩松现象存在的原因

压铸件缩孔缩松现象产生的原因只有一个,那就是由于金属熔体充型后,由液相转变成固相时必然存在的相变收缩.由于压铸件的凝固特点是从外向内冷却,当铸件壁厚较大时, 内部必然产生缩孔缩松问题。

所以,就压铸件来说,特别是就厚大的压铸件来说,存在缩孔缩松问题是必然的,是不可以解决的。

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2.解决压铸件缩孔缩松缺陷的唯一途径

压铸件缩孔缩松问题,不能从压铸工艺本身得到彻底解决,要彻底解决这个问题,只能超越该工艺,或者说是从系统外寻求解决的办法。这个办法又是什么呢?

从工艺原理上说,解决铸件缩孔缩松缺陷,只能按照通过补缩的工艺思想进行.铸件凝固过程的相变收缩,是一种自然的物理的现象,我们不能逆这种自然现象的规律,而只能遵循它的规律,解决这个问题。

3.补缩的两种途径

对铸件的补缩,有两种途径,一是自然的补缩,一是强制的补缩. 要实现自然的补缩,我们的铸造工艺系统中,就要有能实现“顺序凝固”的工艺措施.很多人直觉地以为,采用低压铸造方法就能解决铸件的缩孔缩松缺陷,但事实并不是这么回事.运用低压铸造工艺,并不等于就能解决铸件的缩孔缩松缺陷,如果低压铸造工艺系统没有设有补缩的工艺措施,那么,这种低压铸造手段生产出来的毛坯,也是可能百分之一百存在缩孔缩松缺陷的。

由于压铸工艺本身的特点,要设立自然的“顺序凝固”的工艺措施是比较困难的,也是比较复杂的.最根本的原因还可能是, ”顺序凝固”的工艺措施,总要求铸件有比较长的凝固时间,这一点,与压铸工艺本身有点矛盾。

强制凝固补缩的最大特点是凝固时间短,一般只及”顺序凝固”的四分之一或更短,所以,在压铸工艺系统的基础上,增设强制的补缩工艺措施,是与压铸工艺特点相适应的,能很好解决压铸件的缩孔缩松问题。

4.强制补缩的两种程度

挤压补缩和锻压补缩

实现铸件的强制补缩可以达到有两种程度.一种是基本的可以消除铸件缩孔缩松缺陷的程度,一种是能使毛坯内部达到破碎晶粒或锻态组织的程度.如果要用不同的词来表述这两种不同

程度话,那么,前者我们可以用“挤压补缩”来表达,后者,我们可以用“锻压补缩”来表达。

要充分注意的一个认识,分清的一个概念是,补缩都是一种直接的手段,它不能间接完成.工艺上,我们可以有一个工艺参数来表达,这就是”补缩压强”。

物理原理上,压强这个概念有两种情况可出现,一种是在液体场合,即“阿基米德定律”的场合,为分清楚,我们定义它为“液态压强”,而另一种出现在固态场合,我们定义它为”固态压强”.要注意的是,这两种不同状态下出现的压强概念的适用条件.我们如果混淆了,就会出现大问题。

“液态压强”,它只适用于液体系统,它的压强方向是可以传递的,可以转弯的,但在固相系统完全不适用。

压铸件的补缩,是在半固态与固态之间出现的,它的压强值,是有方向的,是一种矢量压强,它的方向与施加的补缩力方向相同。

所以,那种以为通过提高压铸机压射缸的压力,通过提高压射充型比压来解决压铸件的缩孔缩松,以为这个压射比压可以传递到铸件凝固阶段的全过程,实现铸件补缩思想,是完全错误的。

5.采用“先压铸充型,后模锻补缩”的工艺,是解决铸件缩孔缩松缺陷的有效途径,也是一种终极手段。

“先压铸充型,后模锻补缩”的工艺,我们可简称为“压铸模锻”工艺.它的本质,是一种连铸连锻工艺,就是将压铸工艺与液态模锻工艺相结合,将这两种设备的最有效功能组合在一起,完成整个工艺过程。

这种连铸连锻的“压铸模锻”设备,外型与普通立式或卧式的压铸机很相似,其实就是在压铸机上,增加了液压的锻压头.可以加上的最大锻压补缩力,能等于压铸机的最大锁模力。

要注意的是,这种压铸模锻机最重要的公称参数,并不是锁模力,而是模锻补缩力,相当于四柱油压机的锻压力意义,这是我们在设备选择时必须充分留意的.不然,买了一台锁模力很大,但模锻补缩力很小的压铸模锻设备,其使用价值就大打折扣了。

运用这种压铸模锻机生产的毛坯,尺寸精度很高,表面光洁度也极高,可以相当于6级以上机加工手段所能达到的精度与表面粗糙度水平.它已能归属于“极限成形”----的工艺手段,比“无切削少余量成形”工艺更进了一步。

研究对既定条件下压铸模具的压铸工艺参数进行快速择定。新模具调试生产前, 预选经计算得出其压铸工艺参数, 实际调试生产中以此为基础, 在工艺参数设置上少走弯路, 快速完成模具调试, 生产出合格产品。

压铸模具费用在压铸件成本中占较大比重, 而且压铸模具费用又是分摊到每个压铸件的成本中去的, 这就需要我们尽量减少不必要的模具生产次数, 以提高压铸模具的总体寿命, 尽可能降低压铸模具费用在每个压铸件成本中的分摊, 创造更大的效益。

对于如何提高模具寿命, 我们最常想到的可能有模具采用模具温度控制系统, 模具成型部分定期消应力处理和表面强化, 合理的浇注排溢系统, 以及在满足产品要求的同时采用较低的压力、速度和温度等工艺参数等。但却往往忽略了新模具的调试生产过程, 若不对该过程进行控制, 甚至有可能模具的生产次数已经达到首次消应力的模次, 却还未调试完成, 没有生产出符合客户要求的产品, 这就无形中增加了单个压铸件的成本。为了尽量避免这样的情况发生, 给以后的生产打好基础, 本文对既定条件下新压铸模具压铸工艺参数的预先快速择定进行研究。

压铸机的选定

模具制造之前, 模具的设计师应同模具的压铸工艺师一起确定好所要使用的压铸机并确定好压室直径。

快速先定压铸工艺参数

以冷室压铸机进行铝合金压铸为例。根据模具的三维模型，可以得到该产品的每模金属重G0 (kg) ,产品净重G1 (kg)，集渣槽总重量G2 (kg)，分型面总投影面积S(m2)，连同已经先好的压铸机额定锁模力T(N)，压室直径D1，经下面的各工艺参数确定做基础数据。

1．压射比压Po的确定

Po就小于P极限避免生产中发生涨模，并根据产品结构、外观及内部质量要求。同时参照表2确定一个相对较低值，以降低模具的维修保养频次，提高模具的寿命。

2．压铸机的压射缸增压后压强P1的确定

压射过程完成后，作用在冲头和压射缸活塞上的力相同，即：

因此，有实时控制的压铸机可以直接在其控制电脑内设置P1；普通的压铸机基本上为手动调节增压阀开启程，配合调整增压蓄能器的氮气充填压强来完成设定。

3．压射速度的确定

(1)第一阶段低速压射V1。一般由两部分构成，首先为冲头由静止到刚过浇料，这时需要慢速，主要是为避免合金液从浇料口溢出，有利于气体排出；其次为金属液继续充填到内浇道之前(这时的速度要大于前一部分)，主要是为了避免合金液内卷气，同时要尽量避免合金液提前进入型腔。

参考数据：一般可以设为0.1～0.5m／s；薄壁件、外表装饰件为0.25-0.35m／s；高耐压强度件为0．15-0.25m／s。

(2)第二阶段高速压射V2 。当合金液到达内浇道时，可以进行高速切换，使得合金液在高压高速下充填。经验数据：高速压射速度：达2～4．5m／s以上，高速射出加速时间t1

为0．01 s，增压时间t2 为0．Ols。

(3)第三阶段金属液充型结束前减速。在充型结束前增加减速动作，可以减轻合金液在充型结束时的冲击，保护压铸模具，减少飞边的产生；但要注意减速点设置不宜过早，否则会影响充型效果。

４．重要压射速度切换位置的选择

(1)通常高速压射起点的位置在Ⅱ(正常速度切换位置)，即合金液到达内浇道时。

(2)若是表面质量要求高的压铸件，可以将切换位置提前在I、Ⅱ之间。

(3)若是希望减少压铸件的局部气孔，可以将切换位置滞后到压铸件的重要部位之上，即Ⅲ处，以减少重要部位的气孔，增加致密性。但要十分注意防止充型速度过慢导致压铸件的冷缺陷。当压铸件的重要部位在末端时，则不应使用该方法。

(4)对于大型压铸件和大型压铸机，可以将切换位置设在合金液进入型腔30％左右，以减少气孔的产生。

(5)切换位置在I以下时卷气量大，不推荐。

下面的数据计算是根据正常速度切换位置为研究对象进行的。

L0为低速压射行程，即合金液到达高速压射切换位置处的冲头行程L1为高速压射行程，即产品净重G1 与排溢系统总重G2 之和的合金液在压室内所占的长度，因此L1可以通过计算得到：

上式中合金液的密度ρ，铝合金液可以按2．65 XlO3kg／m3 计算。L2为料柄厚度(经验数据为30～50mm)。

L=L。+ L1+ L2：，可以通过浇料烫压室后经测量得到。

根据测量得到的L，计算得出的，以及自行确定的，可以得到的值，即确定了高速压射的切换位置。

５．增压压力的相关设定

冷室压铸中，建压时间表示增压压力的响应速度，普通的压铸机通过调节增压速度调节手轮来实现。先进的压铸机可以在控制面板上直接设定增压压力和时间的曲线。增压过程的起点可以通过位置、压力和速度来触发。

一般来讲，通过设置位置来触发增压，易于设置并便于调节，该位置设置的经验数据为：冲头压铸行程终点前10～30mm。

６．浇注温度和压铸模具温度的设定

(1)浇注温度可根据合金牌号、压铸件的质量要求等进行没定。

(2)压铸模具温度可以控制在浇注温度的1／3左右，薄壁、结构复杂的压铸件可适当提高，但应当注意的是，在开始生产前应对模具进行预热，预热温度控制在150～180℃。

７．持压时间和留模时间的设定

铝合金压铸件基于壁厚的持压时间和留模时间推荐值。若经过上述工艺参数设定并根据压铸件进行凋整后，没有达到产品的质量要求，则需要对模具上的浇注排溢系统进行修改调整。

结语

生产出合格压铸件的条件很多，上述的压铸工艺参数选择仅为其中的一个方面，如压铸模具的浇注排溢系统设计，模具的制造精度，压铸机的状态，压铸操作者的技术水平，以及压铸用涂料的选择等都会对产品质量产生影响，出现问题时还应从多角度、全方面去考虑，不要局限于某一方面，这样才能快速解决问题。