铸造技术路线图:高压铸造
发布时间:2017-08-09 21:36 来源:tommy 阅读:
压力铸造是近代金属加工工艺中发展较快的一种少无切削的特种铸造方法,具有生产效率高、经济指标优良、铸件尺寸精度高和互换性好等特点,在制造业,尤其是规模化产业得到了广泛应用和迅速发展。压力铸造是铝、镁和锌等轻金属的主要成形方法,适用于生产大型复杂薄壁壳体零件。压铸件已成为汽车、运动器材、电子和航空航天等领域产品的重要组成部分,其中汽车行业是压铸技术应用的主要领域,占到70%以上。随着汽车、摩托车、内燃机、电子通信、仪器仪表、家用电器、五金等行业的快速发展,压铸件的功能和应用领域不断扩大,从而促进了压铸技术不断发展,压铸件品质不断提高。
在压铸过程中,熔融金属在冲头的作用下以高速充填型腔(一般可达10~100 m/s),并在高压(常见的压力为15~100 MPa) 下结晶凝固形成铸件。高压、高速是压铸的主要特征。根据不同阶段冲头速度以及压力的变化,以冷室压铸为例,压铸一般分为给汤、压射(分慢压射和快压射两个阶段)、保压凝固、开模和取样等过程。在给汤过程中,高温金属液与空气接触,发生氧化,所产生的氧化物会随着压射过程进入型腔,造成氧化夹杂。在低速压射过程中,当低速速度过高时,位于冲头前端的金属液易向前翻转而卷入空气,形成气孔,在高速充填过程中,金属液以湍流形式进入型腔,型腔中的空气来不及排出而被金属液卷入,最终导致铸件中出现气孔。由于压铸件多数为复杂薄壁件,因此为了满足其充型完整性,通常将内浇口设计得非常小,以保证可以达到高速充填的效果,但在凝固过程中,较小的内浇口相比于铸件易于较早凝固,从而阻断了压室与型腔间的液相补缩通道,使得后续的高压补缩阶段作用时间较短,效果不甚理想。另一方面,压室预结晶组织(ESCs) 作为压铸件中一种典型组织,是金属液在压室中凝固形成的预结晶颗粒随熔体充填型腔而形成的粗大枝晶状晶粒,在ESCs聚集的区域,由于补缩效果不理想,极易出现缩孔缺陷。
因此,气孔和缩孔构成了压铸制品的主要缺陷———孔洞缺陷。孔洞缺陷造成压铸件力学性能的下降和不稳定,降低压铸件的气密性,并限制了压铸件的焊接和热处理应用。靠近表面的孔洞缺陷还会造成压铸件在机加工后报废,极大地限制了压铸件的应用范围。
虽然压铸件现已广泛应用于汽车、通信电子及航天,但由于其绝对强度较低、高温力学性能较差且难以进行后续的热处理、焊接等工艺。因此,压铸件主要用于生产常温下对力学性能要求不高的壳体零件,而对于对力学性能有较高要求的结构件仍采用其他生产效率相对较低、经济指标相对较差的成形工艺或其他比强度较低的材料。随着我国汽车工业的迅猛发展,一方面对汽车用压铸件的需求量日益提升;另一方面为了应对环境污染以及资源紧张的发展现状,对汽车用压铸件的质量要求及应用范围提出了更高的要求。相关文献指出,车身重量每降低10%,就可以降低5%~7%的能源消耗。因此发展高性能、高致密度压铸成形技术以拓展压铸件应用范围,是压铸行业未来主要的发展趋势。