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壓鑄鋁加工

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局部擠壓工藝:擠壓深度、擠壓壓力、擠壓延遲時間和擠壓持續時間對壓鑄件質量的影響

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局部擠壓工藝:擠壓深度、擠壓壓力、擠壓延遲時間和擠壓持續時間對壓鑄件質量的影響

發布日期:2019-06-06 作者: 點擊:

高壓壓鑄因其具有效益高、少無切削等優點已在汽車、電子、儀器儀表、航空等行業廣泛應用。其高效性、高品質,且能生產結構復雜的產品,非常適用于產品的大批量生產。隨著汽車行業的迅猛發展,對汽車零部件也有了更高的要求,高性能、輕量、低成本是發展的趨勢。近年來急劇增長的汽車輕量化需求,帶動了汽車鋁合金精密壓鑄件產業的高速發展,發動機缸體、變速器殼體、離合器殼體等引擎、底盤相關零件都普遍采用鋁合金壓鑄件。形狀復雜、壁厚不均勻的罩蓋類薄壁壓鑄件需求日趨增多,而且要求通過高壓下的滲漏測試,給壓鑄工藝和模具設計帶來了挑戰。氣孔、縮孔、冷隔等是壓鑄件的常見缺陷,局部擠壓是在鑄件厚壁熱節處設置增壓通道實施局部增壓,解決厚壁處易產生的滲漏、縮孔問題,從而提高鑄件品質,減少廢品率。本課題在分析壓鑄成形中氣、縮孔形成機理的基礎上,給出了壓鑄成形過程中局部擠壓的原理和結構,分析了擠壓深度、擠壓壓力、擠壓延遲時間和擠壓持續時間對壓鑄件質量的影響,并通過實例說明了局部擠壓的應用效果。


1、壓鑄件氣孔、縮孔產生原因

      在壓鑄生產中,由于受到產品結構、工藝參數、模具結構、壓鑄工藝等多種因素的影響,壓鑄件常會存在一些缺陷,如氣孔、澆不足、縮孔、冷隔、氧化夾渣等。這些缺陷影響著產品的外形尺寸、力學性能、疲勞強度、高壓下的滲透性等。縮孔、氣孔是影響壓鑄件高壓滲透性的主要因素。

       壁厚不均勻的壓鑄件易在厚大的熱節部位產生縮孔,縮孔產生的原因是凝固時體積收縮造成的。 以ADC12合金為例,其在高溫液態時的密度為2.6g/cm3,而凝固后為2.7g/cm3,約有4%的密度差,因此,在沒有外來補縮情況下將會造成4%左右的縮孔,縮孔截面往往呈現無規則的形態。

      氣孔是在金屬液壓射過程中卷入了料筒、型腔內的空氣以及沖頭潤滑油、脫模劑產生的氣體并無法排出,從而被充填至模具內部形成氣孔,氣孔一般為圓形。

       在多數情況下,在鑄件出現氣孔、縮孔時,可以通過修改澆口位置、增添渣包、修改工藝參數(如鋁液溫度,低速和高速點切換位置,壓鑄壓力等)來有效提高產品合格率。但是對于一些局部結構復雜、壁厚不均、壁厚懸殊處離澆口較遠,最遠端位置不在分型面上而無法設置渣包和排氣槽的零件,僅通過調節壓鑄工藝參數,無法使缺陷得到改善。采用局部擠壓是減少關鍵部位氣、縮孔的重要方法。


2、局部擠壓原理和結構

       局部加壓是在模具內直接安裝油缸,對產生縮孔的部位直接進行加壓,抑制縮孔,以獲得高質量的壓鑄件。局部加壓結構示意圖見圖1。在金屬液充型完成之后,經過一定時間,亦即在鑄件凝固過程中,金屬液在型腔中處于半固態時,在最后凝固的厚壁處通過擠壓桿施加壓力以強制補縮來減少或消除該處的縮孔、氣孔缺陷,提高壓鑄件加壓滲漏檢測的通過率。


微信圖片_20190320134804

 

圖1 壓鑄中局部加壓結構示意圖

1.擠壓油缸 2.擠壓銷 3.模腳 4.動模 5.擠壓套 6.型腔 7.定模 8.壓射活塞 9.壓射室 10.頂桿 11.頂桿固定板 12.頂桿底板

  

      局部擠壓結構主要由擠壓油缸、擠壓銷、擠壓襯套及相關連接裝置組成,其用于擠壓的結構裝置可根據設計要求安裝在模框、模芯上,見圖2。

微信圖片_20190320134808

 

  1.擠壓銷 2.擠壓襯套 3.連接板 4.抱環 5.連接板 6.擠壓油缸


      局部擠壓成形方式主要分為以下兩種,見圖3。一種是在鑄件成形表面進行加壓作用,鑄件被加壓的部位比實際高度高出一定距離,以免把鑄件表面層冷料擠入鑄件內部,高出部分則直接通過后續機加工去除,同時側壁單邊留2mm。

       以上,避開硬質層,見圖3a;另一種是在鑄件的厚壁部位設置局部擠壓設備,

直接壓鑄鑄件底孔,見圖3b。

微信圖片_20190320134810

 

(a)不能直接局部擠壓 (b)直接局部擠壓圖

圖3局部擠壓成形方式


3、局部擠壓工藝的主要工藝參數

       在局部加壓工藝中,擠壓深度、擠壓壓力、擠壓開始時間、擠壓結束時間是影響加壓工藝效果的主要參數。

3.1 擠壓深度

       擠壓深度,即增壓壓入量,決定了被壓入鋁液的量。其大小與壓鑄件厚大部位的組織有直接關系。擠壓深度太小,補入厚大部位的金屬液不夠,補縮不足,達不到局部減少或消除氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷的目的;擠壓深度太大,不僅需要較大壓力的擠壓油缸設備,擠壓銷由于溫度過高也容易損壞,而且擠壓銷容易彎曲。因此需要確定合理的擠壓深度。

       圖4是局部擠壓深度示意圖。方塊體積為V,材料的體積收縮率為S,則理想的體積收縮量為V·S,就是金屬液補充量,如采用擠壓桿的直徑為d,則可以計算理想的擠壓深度l為:

 

微信圖片_20190320134814

      

       分析擠壓深度的主要目的是為了判斷擠壓延遲時間的合理性,并為擠壓持續時間的設置提供基礎。

3.2擠壓壓力

       擠壓壓力的大小取決于油缸直徑D。油缸直徑D過小,局部擠壓壓力不足,會造成補 縮不足;油缸直徑D過大,會使油缸體積大,造成浪費。

       分析擠出銷受力(見圖5),p為鑄造壓力,d為擠壓桿直徑,p′為擠壓油缸壓強,D為油缸缸徑。根據帕斯卡原理有: 

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      根據實際生產經驗,擠壓壓力為鑄造壓力的3倍以上,可確定

 

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3.3擠壓延遲時間(擠壓擠入時機)

      擠壓延遲時間為金屬液充填結束至局部擠壓工藝開始實施的時間間隔。當金屬液處于半固態狀態時開始施加擠壓壓力可獲得最佳的擠壓效果。擠壓延遲時間太短時,金屬液還處于流動狀態,厚大部位并沒有增加凝固結晶壓力,導致擠壓銷變為型芯,無擠壓效果;擠壓延遲時間太長時,金屬液凝固,在模具壁上形成堅硬的硬殼,導致擠壓銷受阻,無法補縮而不能實現增壓效果。擠壓銷插入的最佳時機與被擠壓部位的凝固狀態和澆口補縮通道有關。通常擠壓延遲時間需要在試模時通過試驗來確定有效參數范圍,也可以借助CAE分析,根據擠壓部位的溫度場處于固液共存范圍時,確定擠壓延遲時間。

3.4擠壓持續時間

      擠壓持續時間是指擠壓銷開始擠壓直到回退時所持續的時間。擠壓銷過早回退,由于與擠壓銷接觸部位還未完全凝固,擠壓持續時間短,會造成局部擠壓成形的孔底部破裂;擠壓持續時間長,不僅會影響效率,而且擠壓銷會因包緊力過大而容易拉斷。擠壓銷回退的時刻要確保其周邊鑄件表面溫度處于固相線以下。影響氣縮孔大小的因素主要是擠壓壓力及擠壓持續時間。


4、局部擠壓壓鑄生產實例

      圖6為某泵體零件,材質為A380鋁合金,零件質量為1.42kg,壓鑄質量(進料、渣包、排氣)為2.1kg,其中圓圈部分在X射線探傷儀下顯示氣孔較多,鑄件致密度也偏低,在氣密性檢查中不合格率高達60%。采用局部擠壓,由于壓鑄件結構復雜,將擠壓銷安裝在滑塊中,見圖7。采用CAE分析和實際壓鑄相結合,確定擠壓深度為10mm,擠壓延遲時間為4s,擠壓持續時間為8s,壓射比壓為90Mpa,生產出的零件經檢測,氣縮孔達到了要求。

  

微信圖片_20190320134843

      圖8為某殼體壓鑄件,其中圓圈的部分在X射線探傷儀下顯示氣孔較多。通過局部加壓工藝,在A、B處增設兩個擠壓孔,提高了相應部位的壓鑄質量。

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5、結語

      分析了壓鑄過程中局部擠壓工藝的主要控制參數及其對壓鑄件質量的影響。

      實踐表明,合理確定擠壓深度、擠壓壓力、擠壓延遲時間和擠壓持續時間,可大幅度減少厚壁處氣縮孔,提高壓鑄件的質量和合格率。


本文網址:http://cheddarpie.com/news/446.html

關鍵詞:壓鑄工藝,壓鑄加工,鋁壓鑄加工

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