擠壓鑄造原理及缺陷分析

2024年1月4日發(作者：考研注意事項)

擠壓鑄造原理及缺陷分析

擠壓鑄造技術與傳統金屬型重力鑄造相比區別較大,對于某些鑄件(de)生產有獨特優勢,然而實際生產中出現(de)一些鑄造缺陷,成因也不同于傳統鑄造,本文試圖從原理和生產實際出發,分析擠壓鑄造(de)原理和流程參數,及其鑄造常見缺陷,利用技術上(de)經驗和實踐提出改進方法,已達到推進該項鑄造技術(de)推廣,減少損失.

擠壓鑄造原理及特點

1.1.基本原理

擠壓鑄造又可稱為液態模鍛,是將金屬或合金升溫至熔融態,不加處理注入到敞口模具中,立即閉合模具,讓液態金屬充分流動以充填模具,初步到達制件外部形狀,隨后施以高壓,使溫度下降已凝固(de)外部金屬產生塑性變形,而內部(de)未凝固金屬承受等靜壓,同步發生高壓凝固,最后獲得制件或毛坯(de)方法.由于高壓凝固和塑性變形同時存在,制件無縮孔、縮松等缺陷,組織細密,力學性能高于鑄造方法,接近或相當鍛造方法；無需冒口補縮和最后清理,因而液態金屬或合金利用率高,工序簡化,為一具有潛在應用前景(de)新型金屬加工工藝.

1.2.擠壓鑄造(de)特點

擠壓鑄造(de)工藝對鑄造設備有特殊(de)要求,并且目前只對部分鑄件有較好(de)效果.首先,擠壓鑄造設備,需要提供低速但流量較大(de)液態金屬填充能力,速度約為0.5~3m/s,流量可達1~5kg/s,這樣熔融態金屬才能平穩地將鑄型內氣體排出,并填充鑄型,隨后鑄型填滿(de)瞬間（50ms~150ms）,應能將鑄型內鑄造比壓提升到60~100MPa,這樣合金便能在高壓下凝固成型.由于前述(de)低速大流量,且擠壓鑄造內澆道有冒口補縮(de)作用,內澆道口徑較大,且位于鑄件最肥厚(de)部位.

由于上述特點,擠壓鑄造適合厚壁鑄件（10~50mm）,但鑄件尺寸不宜太大（小于200mm）.與壓鑄相同,擠壓鑄造只可使用脫模劑,不適用保溫涂料,故而金屬凝固速度極快,達到300~400攝氏度/s,與金屬型重力鑄造冷卻速度相比,達到了其3~5倍,伸長率高于其他鑄造方法約2~3倍.

擠壓鑄造(de)生產工藝流程

以直徑190系列(de)鋁活塞為例,介紹擠壓鑄造(de)工藝流程,擠壓鑄造借鑒于壓力鑄造和模鍛工藝,其大體工藝流程為把液態金屬直接澆入金屬模內.然后在一定時間內以一定(de)壓力作用于熔融(de)金屬液體使之成形.并在此壓力下結晶和塑性流動.從而獲得鑄件.在315t(de)液壓機上生產鋁活塞(de)具體流程是：首先將鋁加熱到700~720攝氏度,形成鋁液,倒入凹模中,進行扒渣得到相對純凈(de)鋁液,液壓機上缸下行,上壓頭對鋁液加壓,主缸(de)峰值加壓壓力達到280t,上壓力加壓至最大表壓力22MPa起,到上壓頭起模止,維持保壓時間在350秒,保壓結束后開模,用底缸將鑄件頂出即可.整體上可分為四個步驟,模具準備,澆注,合模加壓,開模出件.

具體(de)鑄造過程,注意(de)參數如下：

頂缸上升速度和金屬流速；對鑄造機而言,頂缸上升速度應該是豐富可調(de),而金屬流速須由鑄件壁厚和尺寸決定,以不產生湍流,平穩填充鑄型為原則,鑄件(de)壁厚越大,尺寸越小,則流速較小,壁厚越小,尺寸越大,則流速較大.

擠壓機頂缸上升頂力和瞬間及時增壓速度；當前我國普遍裝備(de)油頂機頂缸頂力足夠滿足擠壓鑄造(de)需求.瞬間及時增壓速度是較為重要

(de)參數,在合金液剛剛充滿鑄型之初,鑄造比壓極小,在50ms~150ms內,下頂缸頂力上升到額定頂力,以保證高比壓下合金液凝固成型.

擠壓鑄造缺陷分析

以鋁活塞為例,介紹常見(de)擠壓鑄造(de)缺陷分析和解決措施.

3.1.氣孔

氣孔(de)出現一般是由于最初(de)鋁液中氣體含量較高,或者澆注過程中侵入了氣體,因此氣孔可分為析出性氣孔和侵入性氣孔.具體(de)應對措施由其形成原因入手.析出性氣孔(de)減少,主要需要對鋁液(de)精煉處理進行強化,得到含氣量低(de)鋁液.侵入性氣孔則涉及更多(de)流程,首先熔融態合金注入模具(de)速度要平穩,不超過0.08m/s,避免產生渦流卷入氣體,并且充分排出鑄模中(de)氣體,速度太低也可能造成金屬凝固而沒有充滿鑄模,這需要由上壓頭加壓速度來控制,一般厚壁鑄件需控制住0.03~0.06m/s,而壁薄(de)鑄件則速度稍高,控制在0.05~0.08m/s.

3.2.縮松和縮孔

縮松和縮孔會伴隨著氣孔產生,通常會出現在活塞最后凝固(de)區域,上壓頭下行至型腔封閉時,鋁液存在向上(de)反向流動,而擠壓鑄造不能設置冒口補縮,故只能將未凝固(de)鋁液擠入活塞銷座和頭部熱節處,實現補縮,這有賴于上壓頭(de)壓力對鑄件進行壓縮,而壓力不足會導致補縮效果不明顯,活塞稍座和頭部可能出現縮孔和縮松.

對于該問題,首先是對上壓頭(de)壓力進行合理選取,依據合金類型和鑄件外形因素設置壓力.上壓頭(de)最低壓力值需在80MPa以上,而最高不宜超過120MPa,在該范圍內逐步提高壓力值以減少縮松和縮孔,其次,一定(de)保壓時間也是消除縮松和縮孔所需條件,持續(de)保壓中,確保金屬能夠全部冷卻凝固,不發生卸壓后仍有液態金屬繼續凝固產生縮孔縮松,同時,過長(de)保壓時間會導致模具溫度升高,且脫模困難,不利于模具(de)壽命,經過驗證,保壓時間在150s~350s內,鑄件質量較好,該時間由鑄件最大壁厚來大致估計.

3.3.氧化夾雜

擠壓鑄造中,不設置澆冒口,也很少設置集渣包,排渣系統不足,但鋁液在熔煉和澆注中,不斷產生氧化夾雜,在形成鑄件后,氧化夾雜融入其中,導致外圓氧化夾雜(de)缺陷.

對于氧化夾雜問題,首先鋁合金(de)融化過程,溫度精確控制在700~720攝氏度,使渣浮起,除盡鋁液內氧化渣,并且坩堝和澆勺也清理干凈,澆注之時,避免直接通過漏斗直澆道,可使用孔眼直徑在1mm左右(de)過濾網以便濾去氧化渣和溶劑渣.加壓之前,進行一個快速(de)扒渣,由模壁向中心,從中心剔除殘渣,而在壓制之前,不得有冷隔金屬參與擠壓鑄造過程.

擠壓鑄造是一項優質高效(de)生產工藝,如果各工藝環節控制得當,可以產生質量較好(de)鑄件,然而在實際生產中,卻因為種種原因產生缺陷,給廠家和使用者帶來損失,本文對缺陷原因從技術上進行了分析,從生產流程上提出了應對措施,結合實際情況,使擠壓鑄造技術更好地用于生產.