压铸铝合金材料加工问题的分析

压铸铝合金材料加工问题的分析

杨海洋 徐传望 张艳

广东鸿图武汉压铸有限公司 湖北 430200

摘要：压铸铝合金是目前比较常用的一种金属材料，但由于其制造过程中经常会遇到各种问题，给制造厂家带来了很大的经济损失。文章着重从切削液、切削工具、切削方式等方面进行了分析和探讨，并对此问题提出了相应的对策，以供参考。

关键词：压铸铝合金；金属材料；切削工具；探讨

引言：目前，在发动机、机床、航天等行业中，压铸铝合金的应用日益广泛。因此，对其在生产过程中遇到的问题进行分析，并及时处理是非常有意义的。

1.压铸铝合金的材料特点

以K15型机油泵为例，选用YL113GB/T15115-2009 型压铸铝，具有高耐磨、低热膨胀率、良好的热裂性能。但是，它的耐蚀性能和抛光性能都不理想，而氧化保护层则是其最大的缺点。

2.在压铸铝合金加工时通常会出现的问题

（1）在处理期间发生霉变。铝在大气中自然氧化形成了霉斑，这种霉斑的本质是一种比较疏松的氧化铝，这种氧化性会随着时间的推移而变得越来越严重。由于材料比较松散，压铸铝的霉变速度要快于铝合金。（2）加工表面的空隙暴露。在压铸铝合金制品的表面，表面是一种非常紧密的结构，而在工件的内部，由于缩松的原因，会产生许多微小的空隙，而如果处理的数量超出了材料的密度，则会产生很大的空隙。（3）工具的刃口磨损或断裂。如果在铸件中加入了杂质，或者由于偏析而产生了硬点，那么就有可能造成工具的损伤。如果涂层中也有铝，那么就经常会出现刀刃断裂的情况。（4）不具有良好的表面抛光和尺寸精度。YL113是压铸铝合金泵壳的主要部件，由于它具有较低的硬度和较好的可塑性，容易在切削过程中形成积屑瘤，对已加工的表面的粗糙度和尺寸精度造成很大的影响，而在切削后的弹性恢复又使加工表面的尺寸精度增加了难度。以下，以K15机油泵本体加工工艺中出现的问题为例，阐述了在加工K1、K2的情况下，无论单孔的直径大小，还是两孔的定位度，均存在着较大的难度，因此必须寻找合适的解决方案。

3.压铸铝合金的种类

铝锰合金是目前国内应用的主要材料，相对于其它金属而言，铝锰合金制作的刀具寿命更长，更容易被切割，在常温下，铝合金的耐蚀性是最好的。目前，铝-硅合金已得到了广泛的应用。由于铝硅铝合金的结晶时间间隔较短，且其线收缩系数较低，因此其铸造性能优良，塑性较好。另一种是铝锌铝合金，它的压铸工艺具有较好的机械性能，适当增加铝-锌铝合金中的锌含量可以使其强度得到明显的改善。而铝-镁铝合金的抗腐蚀性能较差，在含有少量硅、铁的铝合金中，极易发生断裂。

4.压铸铝合金制件原材料的质量控制

在生产压铸铝合金时，要对原料的选择进行严格的筛选，以保证产品的品质和一次成功，通过对原料的筛选，对原料进行严格的检验，从而确定合金的成分，从而控制硅、铜、锰、铁、锌等化学成分。铝合金中铁主要以FeAl3、Fe2Al7、Al-Si-Fe，而FeAl3、Fe2Al7、Al-Si-Fe等元素对压铸铝合金零件的伤害较大，而当FeAl3、Fe2Al7、A-Si-Fe等元素时，会对压铸铝合金的零件造成严重的伤害，而铁的含量太高，会使铝合金的流动性降低，零件出现裂缝，塑性和冲击性能降低。同时，若铁质含量降低，则会造成粘模及脱模的困难。因此，在中铁含量为0.6%~1.2%时，宜采用适当的方法。在铝合金中，由于铜的加入，使其流动性得到改善，从而使其强度、硬度大大提高。而铜的含量过高，则会导致铸件的热开裂，对后续的加工不利，而且会加的磨损，因此，在铝合金中的铜含量不能超过0.6%。在铝合金中加入锰会减少对铁的负面作用，而锰则使合金中的片状、针状结构转变成精细的结晶。在铝合金中加入锌能改善其流动性，提高其加工性能，并使其热开裂倾向增大。由于硅的加入，铝合金的形貌得到改善，收缩速率减小，热开裂倾向降低。在铝合金中，硅的含量应为10%-13%。进料的压铸铝合金还包括料头，边皮，切屑，废料的回收利用。对回炉物料要严格按有关规定进行分类、清洗，并及时清除油脂和污渍。

5.加工压铸铝合金产品的注意事项

5.1正确选择和使用切削液

5.1.1切削液的选择

切削液的用途是冷却，清洗，润滑，减少在处理中的初期发霉。在压铸铝合金制品中，它的主要功能是后二者。润滑：若在加工时润滑不足，容易造成切削瘤，从而影响尺寸精度。降低工艺中的霉变：铝产品在酸性和碱性环境下均易受侵蚀，但选用适当的缓蚀剂，能有效地降低其霉变。

5.1.2切削液的使用

（1）通常以1：10-1：20的比例稀释切割溶液。（2）对稀释水的需求：由于稀释水的温度过低，易产生胶状物，不易溶解，对乳化切削液的调配不利。（3）乳化后的切削液 PH值：在处理压铸铝过程中， PH值不宜太高，通常为8.5。

5.2减少加工表面的孔洞

在压铸铝合金制品的表面上，其厚度只有1毫米左右，所以加工余量要比这个范围小。

5.3刀具的选择和进刀量的控制

5.3.1刀具类型的选择

以YL113型铝合金为例，可以选择以下三种工具中的一种：（1）无涂层的超微粒硬质合金工具。以 K型碳化物（WC+ Co）为主，K10型硬质合金刀具的刃口较尖，抗剥蚀能力强，不易粘结，是切割铝合金的理想材料。（2）硬质合金工具，采用物理镀层（PVD）工艺。该方法可有效地降低刀具与工件之间的扩散，降低其发生化学反应，从而降低了月牙槽的磨损，降低了积屑瘤的发生。涂层工具的使用寿命比未经涂覆的刀具延长3~5倍，切削速度20-70%，加工精度提升0.5~1，刀具损耗成本下降20%~50%。（3）中等粒径的钻石（PCD）切割机。使用范围更广的聚晶金刚石工具，其刀刃的锋锐程度可维持很长一段时间，其使用寿命是硬质合金（WC）刀具的10-500倍。一般而言， W (Si)<13%时选用中等粒径的金刚石刀具， W (Si)>13%的铝合金选用粗粒度。

5.3.2刀具几何参数的选择

（1）尽量减少刀具尖圆弧半径，同时考虑刀具尖端的强度、工件的加工表面的光洁度。（2）采用约25%的前、后角度，切割速度快，排屑方便。（3）采用大的主偏角来代替铣削加工，以防止由于径向分力过大而引起的轴类零件的弯曲。（4）副偏角通常采用较小的数值，粗加工时稍大，精磨稍小。（5）通常采用约+10度的刃口倾斜，前刀表面要打磨光滑，并有切屑槽。采用YG8型铝合金加工铣刀YG30型和YT30型型钢型铣削机进行精密铣削比较。试验结果表明：第一种工艺可以使铝合金铸件的表面粗糙度 Ra1.6，加工精度IT8，方法2可以得到 Ra3.2的表面粗糙度和IT9的精确度。方法1可以很好的完成这一工作。

5.3.3进刀量的控制

在加工过程中，切刀的量不要太大。这种方法不仅能提高工具的使用寿命，还能保证制品表面的致密层不容易损坏，还能降低因切割力太大造成的弹性回复。

5.4模具温度的控制

在冷模具的情况下进行铸造，会导致铸件浇注不足，在铸件上留下很深的痕迹，因此在进行铸造时必须将温度升高到一定的程度，否则就会导致铸件的寿命缩短。在模腔中会产生一种温度场，这种温度场与压铸件的外形、模腔的散热情况有关。在测量模具温度时，通常会选取有一定难度的模具进行测试。在进行浇铸时，温度应保持在200~300℃。在进行生产时，由于生产周期较长，因此主要依赖于模具自身的冷却系统来进行持续的散热。这也能强化工厂的通风，以利于散热。

结束语

影响压铸铝合金加工品质的因素有：切削液、刀具、加工方式、压紧位置、压紧压力等。准确把握以上几点就可以保证工件的尺寸精度，有利于规模化生产，进而扩大生产企业的经济效益。

参考文献

[1]王凯, 耿昕, 姚云宾,等. 关于压铸铝合金材料加工问题的分析[J]. 现代制造技术与装备, 2014(6):3.

[2]王建新, 巫静安, 袁伯融. 铝合金材料压铸加工中典型缺陷分析及解决措施[J]. 青岛科技大学学报(自然科学版), 2004, 25(003):249-252.

[3]陈贞军. 铝合金压铸模材料和热处理工艺分析[J]. 汽车世界, 2019(12):1.

[4]付元尚, 赵洪健, 重庆精密压铸加工有限公司. 关于铝合金压铸件增铁问题的探讨[J]. 98中国上海压铸年会, 2007.