金属型铸造铝合金铸件泄漏原因分析及应对措施

金属型铸造铝合金铸件泄漏原因分析及应对措施

常建伟

常建伟

西安航空制动科技有限公司陕西兴平713106

摘要：随着人类更加关注可持续发展和地球环境保护，对工业发展的目标很明确、节材或采用新能源。轻量化是实现高速、安全、节能、舒适、环保的最佳途径。因此，探讨金属型铸造铝合金铸件泄漏原因及应对措施具有重要的意义。本文首先对金属型铸造铸件的特点进行了概述，详细探讨了金属型铸造铝合金铸件泄漏原因及应对措施，旨在提高铸件的质量。

关键词：金属型铸造；铝合金铸件；泄漏；原因分析；应对措施

压铸模，压力铸造成型工艺中，用以成型铸件所使用的模具。在实际生产使用过程中模具会出现各种损坏情况，其常见的形式是模肉铸点，裂纹。铝合金压铸，一开合，模肉都要经受高温铝液的高速冲刷、加热、升温、降温、冷却等温差过程，所有这些过程都会产生应力。所以应力是导致压铸模具损坏的主要原因。热能，机械，化学，填充冲击都会产生应力，这些应力包括：机械应力和热应力。

1金属型铸造铸件的特点

铸件为有内腔结构的复杂薄壁有筋壳体铝合金铸件，铸件四角为部件装配部位，安装孔位多，为铸件的肥厚大部位，平均壁厚4mm，铸件尺寸（L×W×H）：285mm×210mm×118mm，铸件产品有气密性要求，机加工后进行氦气加压检测，不得有泄漏。铸件材料为ZL104，由于铸件生产难度大，生产初期铸件废品率高达65%以上，严重影响公司的供货。铸件的形状结构见图1.铸件材料为ZL104。

图1铸件产品的形状结构图

2铸件泄漏原因分析

铸造缺陷产生在铸件前端安装孔位肥厚大处，即铸件热节部位。在生产过程中，铸件浇注凝固时若铸件产品补缩不充分，则极易在热节部位形成缩松缩孔。此外，铸件内腔砂芯发气量大，挥发出的气体也加大了热节部位形成缩松缩孔的倾向，这是铸件在机加后进行气密性检查时，产品出现泄漏的原因所在。要彻底解决铸件肥厚大部位的缩松缩孔铸造缺陷，必须从源头上减少砂芯的发气量，减少铸件厚大部位形成缩松缩孔的倾向，同时改进铸件充型时厚大部位的填充及补缩状态，实现从铸件到补缩浇道的顺序凝固。

3压铸生产过程

3.1模温

模具在生产前应预热到200～300oC，通常使用天然气加热模具，或者使用模温机加热。如果不预先加热，当高温金属液充型时会在型腔内产生激冷，导致模具内外层温度梯度增大，形成热应力，使模具表面龟裂，甚至开裂。在生产过程中，模温不断升高，当模温过热时，则容易产生粘模，导致产品凝固速度减慢，出不了模，从而拉伤模肉表面。

应对：在模具设计中使用模拟软件（如MAGMA）进行模具模温的分析，合理设计模具的运水，使得模温变化有序。模具及铸件的设计壁厚尽可能地均匀，避免产生热节，以减少模具局部热量集中产生的热疲劳，同时铸件的转角R处应尽可能适当的增加圆角，以避免模具上有尖角位，导致应力集中产生。

因此，模具应进行合理的运水设计，或者使用模温机，使模具工作温度始终保持在一定的范围内，保持热平衡。

3.2填充模腔

在浇注过程中，铝合金金属液以700℃左右高温，以高压、高速填充，一定会对模具产生激烈的冲击和冲刷，从而产生机械应力和热应力。在冲击过程中，合金液、杂质、空气还会与模具表面产生复杂的化学作用，由此造成模具表面出现腐蚀和裂纹缺陷。当合金液裹杂着气体时，会在型腔中低压区预先膨胀，当气体压力升高到一定时候，将产生内向爆破，从而拉扯出型腔表面的金属质点而造成损伤。

应对：在熔炼时进行除渣、除氢处理，减少合金液中的杂质，降低氢含量等；此外，还可以进行合理的模具设计、浇注系统设计，尽量使金属液减少对型腔的冲击、冲蚀。在模拟软件上，也可进行多次尝试对比试验，确定最终的模具设计方案，再进行模具的制作。

3.3压铸生产

在压铸件的每一个循环生产过程中，由于模肉与金属液之间的热交换，使模具表面产生周期性温度变化，引起周期性的热膨胀与收缩，从而导致周期性热应力集中。如浇注时模具表面因升温受到压应力，而开模顶出铸件后，模具表面因降温受到拉应力。当这种交变应力反复循环时，使模具内部积累的热应力越来越大，当应力超过材料的疲劳极限时，模具表面将产生龟裂纹。

应对：在压铸生产过程中进行模具寿命统计，前期新模批板生产，刚开始生产5K片，就需要安排模具下模保养，进行回火处理，消除由于往复生产导致的模具内部应力集中。

4金属型铸造铝合金铸件泄漏原因的工艺改进方案

4.1砂芯工艺及结构改进

针对铸件内腔砂芯用覆膜砂发气量大的情况，对制芯用的砂芯覆膜砂进行了重新选择，采用50目～70目的低发气量易溃散覆膜砂来制作砂芯，避免了铸件成型时砂芯挥发出大量的气体对铸件质量造成的影响，同时对砂芯浸涂易挥发性的涂料，在使用前对砂芯进行烘干，并在砂芯芯头钻16mm砂芯排气孔，方便浇注时砂芯挥发出的气体能从铸件顺畅排出，从源头上减少气体的来源，保证铸件的质量；其次对砂芯充型有影响的角进行圆角R35过渡，使铸件在浇注过程中的充型及补缩通道更顺畅，便于实现铸件的顺序凝固。其次对砂芯充型有影响的角进行圆角R35过渡，使铸件在浇注过程中的充型及补缩通道更顺畅，便于实现铸件的顺序凝固。图2为砂芯结构及工艺改进前、后的示意图。

图2砂芯结构示意图

4.2金属型铸造工艺改进

通过铸造仿真模拟软件对原铸造工艺进行仿真模拟，发现出现铸造缺陷的部位由于尺寸肥厚，原浇注补缩通道过小，无法实现从铸件到浇注系统的顺序凝固。故此，在原有铸造工艺基础上增大浇道的尺寸，浇道浇口由原38mm增大到48mm，并加厚浇道部位涂料厚度，由原来0.2mm增大到0.35mm～0.4mm，以提高浇道的保温性能，使铝合金液在充型后保持补缩通道的流动性，提高浇道对铸件肥厚部位的补缩能力，实现铸件的顺序凝固。

4.3浇注工艺改进

在保证铸件充型不出现浇不足及冷隔的前提下，将铝合金液的浇注温度由728℃～745℃降到720℃～730℃，提高模具的预热温度，将模具的预热温度由原来的260℃提高到320℃，避免铸件充型后出现急剧降温，同时确保铸件能实现顺序凝固，满足铸件肥厚部位的补缩要求，充型结束后适当增加保压压力及延长保压时间，增加铸件肥厚部位的补缩，避免了铸件在肥厚大部位出现缩孔缩松缺陷，从而使铸件的质量得到有效的保证。

5结束语

综上所述，通过探讨金属型铸造铝合金铸件泄漏原因及应对措施，表明通过对金属浇注温度及模温的有效控制，结合对浇注系统的改进，可有效减少铝合金铸件的缩松缩孔缺陷，有效减少模具的应力集中，延长模具的使用寿命，为同类产品的生产提供有效的借鉴。

参考文献：

[1]尹志鹏，戚力君.金属型铸造铝合金铸件泄漏原因分析及应对措施[J].铸造设备与工艺，2017（01）：55-57.

[2]曾俊杰.不同组分含量铝合金精炼剂对A356精炼效果的影响[D].南昌大学，2012.