挤压铸造原理及缺陷分析

挤压铸造原理及缺陷分析挤压铸造原理及缺陷分析 挤压铸造技术与传统金属型重力铸造相比区别较大 对于 某些铸件的生产有独特优势 然而实际生产中出现的一些铸造 缺陷 成因也不同于传统铸造 本文试图从原理和生产实际出 发 分析挤压铸造的原理和流程参数 及其铸造常见缺陷 利 用技术上的经验和实践提出改进方法 已达到推进该项铸造技 术的推广 减少损失 挤压铸造原理及特点 1 1 基本原理 挤压铸造又可称为液态模锻 是将金属或合金升温至熔融 态 不加处理注入到敞口模具中 立即闭合模具 让液态金属 充分流动以充填模具 初步到达制件外部形状 随后施以高压 使温度下降已凝固的外部金属产生塑性变形 而内部的未凝固 金属承受等静压 同步发生高压凝固 最后获得制件或毛坯的 方法 由于高压凝固和塑性变形同时存在 制件无缩孔 缩松 等缺陷 组织细密 力学性能高于铸造方法 接近或相当锻造 方法 无需冒口补缩和最后清理 因而液态金属或合金利用率 高 工序简化 为一具有潜在应用前景的新型金属加工工艺 1 2 挤压铸造的特点 挤压铸造的工艺对铸造设备有特殊的要求 并且目前只对 部分铸件有较好的效果 首先 挤压铸造设备 需要提供低速 但流量较大的液态金属填充能力 速度约为 0 5 3m s 流量可 达 1 5kg s 这样熔融态金属才能平稳地将铸型内气体排出 并 填充铸型 随后铸型填满的瞬间 50ms 150ms 应能将铸型 内铸造比压提升到 60 100mpa 这样合金便能在高压下凝固成 型 由于前述的低速大流量 且挤压铸造内浇道有冒口补缩的 作用 内浇道口径较大 且位于铸件最肥厚的部位 由于上述特点 挤压铸造适合厚壁铸件 10 50mm 但 铸件尺寸不宜太大 小于 200mm 与压铸相同 挤压铸造只 可使用脱模剂 不适用保温涂料 故而金属凝固速度极快 达 到 300 400 摄氏度 s 与金属型重力铸造冷却速度相比 达到 了其 3 5 倍 伸长率高于其他铸造方法约 2 3 倍 挤压铸造的生产工艺流程 以直径 190 系列的铝活塞为例 介绍挤压铸造的工艺流程 挤压铸造借鉴于压力铸造和模锻工艺 其大体工艺流程为把液 态金属直接浇入金属模内 然后在一定时间内以一定的压力作 用于熔融的金属液体使之成形 并在此压力下结晶和塑性流动 从而获得铸件 在 315t 的液压机上生产铝活塞的具体流程是 首先将铝加热到 700 720 摄氏度 形成铝液 倒入凹模中 进 行扒渣得到相对纯净的铝液 液压机上缸下行 上压头对铝液 加压 主缸的峰值加压压力达到 280t 上压力加压至最大表压 力 22mpa 起 到上压头起模止 维持保压时间在 350 秒 保压 结束后开模 用底缸将铸件顶出即可 整体上可分为四个步骤 模具准备 浇注 合模加压 开模出件 具体的铸造过程 注意的参数如下 顶缸上升速度和金属流速 对铸造机而言 顶缸上升速度 应该是丰富可调的 而金属流速须由铸件壁厚和尺寸决定 以 不产生湍流 平稳填充铸型为原则 铸件的壁厚越大 尺寸越 小 则流速较小 壁厚越小 尺寸越大 则流速较大 挤压机顶缸上升顶力和瞬间及时增压速度 当前我国普遍 装备的油顶机顶缸顶力足够满足挤压铸造的需求 瞬间及时增 压速度是较为重要的参数 在合金液刚刚充满铸型之初 铸造 比压极小 在 50ms 150ms 内 下顶缸顶力上升到额定顶力 以保证高比压下合金液凝固成型 挤压铸造缺陷分析 以铝活塞为例 介绍常见的挤压铸造的缺陷分析和解决措 施 3 1 气孔 气孔的出现一般是由于最初的铝液中气体含量较高 或者 浇注过程中侵入了气体 因此气孔可分为析出性气孔和侵入性 气孔 具体的应对措施由其形成原因入手 析出性气孔的减少 主要需要对铝液的精炼处理进行强化 得到含气量低的铝液 侵入性气孔则涉及更多的流程 首先熔融态合金注入模具的速 度要平稳 不超过 0 08m s 避免产生涡流卷入气体 并且充分 排出铸模中的气体 速度太低也可能造成金属凝固而没有充满 铸模 这需要由上压头加压速度来控制 一般厚壁铸件需控制 住 0 03 0 06m s 而壁薄的铸件则速度稍高 控制在 0 05 0 08m s 3 2 缩松和缩孔 缩松和缩孔会伴随着气孔产生 通常会出现在活塞最后凝 固的区域 上压头下行至型腔封闭时 铝液存在向上的反向流 动 而挤压铸造不能设置冒口补缩 故只能将未凝固的铝液挤 入活塞销座和头部热节处 实现补缩 这有赖于上压头的压力 对铸件进行压缩 而压力不足会导致补缩效果不明显 活塞稍 座和头部可能出现缩孔和缩松 对于该问题 首先是对上压头的压力进行合理选取 依据 合金类型和铸件外形因素设置压力 上压头的最低压力值需在 80mpa 以上 而最高不宜超过 120mpa 在该范围内逐步提高 压力值以减少缩松和缩孔 其次 一定的保压时间也是消除缩 松和缩孔所需条件 持续的保压中 确保金属能够全部冷却凝 固 不发生卸压后仍有液态金属继续凝固产生缩孔缩松 同时 过长的保压时间会导致模具温度升高 且脱模困难 不利于模 具的寿命 经过验证 保压时间在 150s 350s 内 铸件质量较 好 该时间由铸件最大壁厚来大致估计 3 3 氧化夹杂 挤压铸造中 不设置浇冒口 也很少设置集渣包 排渣系 统不足 但铝液在熔炼和浇注中 不断产生氧化夹杂 在形成 铸件后 氧化夹杂融入其中 导致外圆氧化夹杂的缺陷 对于氧化夹杂问题 首先铝合金的融化过程 温度精确控 制在 700 720 摄氏度 使渣浮起 除尽铝液内氧化渣 并且坩 埚和浇勺也清理干净 浇注之时 避免直接通过漏斗直浇道 可使用孔眼直径在 1mm 左右的过滤网以便滤去氧化渣和溶剂渣 加压之前 进行一个快速的扒渣 由模壁向中心 从中心剔除 残渣 而在压制之前 不得有冷隔金属参与挤压铸造过程 挤压铸造