基於齒形溢流槽的鋁合金壓鑄件成形試驗分析

原標題：基於齒形溢流槽的鋁合金壓鑄件成形試驗分析

壓鑄充型結束時,模具型腔內剩餘的氣體含量直接影響最終成形的鑄件品質。氣體含量越大，越易造成氣孔、縮孔、縮鬆等缺陷，導致鑄件致密度低，力學性能差。當金屬液快速充填型腔時，爲避免型腔中的氣體阻礙金屬液順暢充填而導致壓鑄缺陷，必須將型腔中的氣體及時排出。在壓鑄件的實際生產中，在鑄件易產生缺陷位置附近開設溢流槽可防止氣孔、縮孔缺陷的產生。

一般壓鑄件在充填時，氣體可以從模具分型面處開設的排氣道排出。但當模具分型面的密合程度較好，分型面處開設的排氣道空間有限時，型腔中的氣體不能及時排出，此時必須設置溢流槽。溢流槽能排除型腔中的氣體，儲存混有氣體、塗料、殘渣和冷污金屬液的冷料。因此採用合理的溢流槽能迅速引出型腔內的氣體，增強排氣效果，有效控制和調節金屬液充填流態，防止金屬液局部產生渦流，消除縮孔、縮鬆、渦流裹氣和冷隔。同時可以調節模具各部位的溫度，改善模具熱平衡狀態，減少鑄件流痕、冷隔和填充不良等缺陷。

對於帶有薄而深筋片的鑄件（如氣冷發動機的汽缸頭、風柵、鼓風機葉輪等）和薄壁殼形且深度大的零件時，盡管生產中也採取了開設溢流槽等措施，但由於受到模具空間的限制，還是會產生大量的氣孔和澆不足等缺陷。這通常是由於高速的金屬液流入深窄模具型腔時，快速的衝擊型腔而形成渦流。高速的金屬液將氣體卷入後,在凝固時將這些來不及排走的氣體包裹在其中，即使這些位置採用局部加壓、開大溢流槽等方法，仍然不能將其中卷入的氣體有效排出。爲了減少鑄件在填充過程的各種缺陷，採用在原有模具上直接安裝齒形溢流槽結構，在不改變原有模具結構的基礎上，發現能有效改善充型時型腔內氣體壓力和金屬液充型能力，並有效排出低溫金屬液和浮渣，減少或消除各種壓鑄缺陷。通過多組試驗統計對比分析，得出的優化工藝參數能有效減少壓鑄缺陷。

圖文結果

試驗用材料爲ADC12鋁合金，模具模芯材料爲H13鋼，模具溫度爲240℃，鋁液初始澆注溫度爲670℃，模具型腔部分採用油路來控制平衡溫度，控制油路進口溫度爲200℃，出口溫度爲220℃，其他部分採用冷卻水冷卻，進口和出口溫度分別爲40℃和60℃。慢壓射速度爲0.22m/s，快壓射速度爲2.1m/s，慢壓射區間爲272mm，快壓射區間爲74mm，產品包括澆口和溢流槽的總質量爲0.787kg，壓鑄機合模力爲3500kN，壓室直徑爲φ60mm，壓室填充率爲29.3%，料柄長度爲16.3mm，增壓區間長度爲10mm。

圖1 產品試制初期溢流槽3D設計模型

表1 壓鑄件試驗參數及缺陷統計

圖2 原始溢流槽和齒形溢流槽模型

表2 產品試驗參數及缺陷統計

圖3 採用原始溢流槽和齒形溢流槽的試驗效果

研究結論

（1）對薄壁殼形鑄件,採用傳統的溢流槽，有填充不良、氣孔等各種缺陷，這些壓鑄缺陷是由於模具型腔排氣不暢造成的。（2）齒形溢流槽截面積大，能有效改善模具型腔的排氣，減少壓鑄填充時的充型壓力，改善金屬液充型能力，有效排出先行充填型腔的低溫金屬液和浮渣。採用齒形溢流槽代替傳統的直通型溢流槽後，試樣的廢品率從之前的11.0%降低到1.5%。在不修改模具基本結構的前提下，通過採用齒形溢流槽，提高了產品合格率。（3）採用齒形溢流排氣裝置節約了模具成本和生產成本，可以很方便地進行更換和再利用。

作者戴偉 劉佳華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室程呈武漢理工大學材料科學與工程學院本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰略合作夥伴