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鋅鋁合金壓鑄件充型凝固過程及其壓鑄工藝分析

鋅鋁合金壓鑄件充型凝固過程及其壓鑄工藝分析

鋅鋁合金壓鑄件是較先進的金屬成型方法之一,應用廣,發展快。高壓和高速充填是壓鑄的兩大特點。由於壓鑄被廣泛應用於生產複雜精密鑄件,壓鑄模具有結構複雜、設計及製造工作量大、準備周期長的特點。而縮孔縮鬆及氣孔是壓鑄件較為常見的缺陷,也是導致壓鑄件報廢的主要因素。

因此,需要研究壓鑄件,特別是複雜、薄壁壓鑄件的鑄造缺陷形成機理,預測其縮孔縮鬆以及氣孔的形成,以便通過改進壓鑄件和壓鑄模的設計,優化壓鑄工藝來避免缺陷的產生。在試製鋁合金壓鑄汽車零件過程中,引入計算機模擬技術用於充型過程的預測與缺陷的預防,可實現壓鑄工藝係統的優化設計。

液態金屬從沿著內交道進入鑄件側壁,高速充型的液態金屬在側壁處受阻向鑄件兩端繼續充填。鑄件充填到40%時,液態金屬進入鑄件中厚大部位,整個充型過程相對平穩。隨著充填的進行到75%,鑄件中的氣體被推往較後充填的區域,本壓鑄件在較後充填區域設有溢流槽與排氣槽,使得鑄件型腔中的氣體及時排出。充型接近完成時(90%),液態金屬充填型腔時和模具之間存在的溫差,使得液態金屬前鋒過早開始凝固冷卻。這些前鋒冷料在隨後的充型過程中被推往鑄件較後充填區域,因此在鑄件較後充填區域設置溢流槽可以存儲前鋒冷料,從而使得鑄件的整體質量得到提高。由支架壓鑄件的充型模擬過程可見,鑄件的溢流槽的設計較為合理。

由於壓鑄充填型腔的整個過程時間短,到0.5 s時鑄件已經開始凝固,進入固液共存的溫度區間。當冷卻到25 s時,鑄件整體溫度降至固相線溫度以下,說明鑄件已經凝固成形。然而從鑄件的凝固狀態中可看出,鑄件中厚大部位交其薄壁區域溫度要高,鑄件中兩個厚大圓柱體所在區域,這些區域在凝固過程中散熱緩慢,通常為較後凝固的地方,也是較易出現鑄造缺陷的區域。

       通常將鑄件中縮孔縮鬆降低到較低程度的方法有兩種:一是修改鑄件澆注係統及其模具結構,但費時且消耗大量財力、人力;二是改變鑄件的成形工藝,本文對支架壓鑄件澆注速度和澆注溫度進行模擬分析,研究成形工藝對該鑄件鑄造缺陷的影響。

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