中国压铸杂志
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汽车空调压缩机下壳体压铸件的质量改进

作者:admin 来源:原创 发表时间:2019-07-11

 
文:崔爱军
 
    摘要:针对汽车空调压缩机下壳体压铸件的耐压不良、浇口严重粘模等质量缺陷,从压铸工艺、压铸模、压铸合金及设备等方面进行分析,利用P-Q2图的基本分析原理,对模具制订相应的修改对策并加以实施,使产品质量达到了较高水平。
    关键词:质量改进;粘模;P-Q2 图;压缩机下壳体
 
1. 改善背景
    随着汽车行业的不断发展,高效的压铸生产工艺在汽车零部件的生产中得到了广泛应用。其中,空调压缩机壳体是一类常用铸件,这类壳体产品设计结构紧凑,对密封性要求较高,整机年泄漏量要求严格,一旦发生较大的制冷剂泄漏,会影响到汽车空调的制冷效果,严重时导致空调不制冷。对于下壳体气密检验要求一般要压力3MPa左右,保压时间约为2min的条件下不得泄漏。要达到这一检漏条件,铸件质量略有波动,很容易引起批量泄漏,严重时会影响到主机厂生产进度按期进行。


 
    日前,我公司承接一款100型车用空调压缩机下壳体压铸毛坯件的生产,压铸模具由客户提供。产品件如图1所示,铸件外形尺寸为:长112mm、宽135mm、厚120mm,尽管铸件本身的投影面积仅151cm2,但由于铸件质量要求较高,故选用了力劲DCC400压铸机进行试生产。
 
    在生产过程中,铸件浇口部位发现粘模严重,降低压射速度和压力后勉强进行生产,铸件试加工后在内孔表面发现大量的缩孔缺陷,虽对压铸条件进行了多次的调试,但机加工后全部产品内孔表面存在一定量的缩孔,产品经浸渗后的漏气率高达30%以上。
 
2. 问题分析
    经过与客户沟通了解到:该模具原在另一压铸厂已生产10000余件,产品质量尚可,漏气率也基本符合质量要求标准。根据这些信息来看,似乎这套压铸模具应不存在严重的质量问题。但是,这些情况又与我们实际试模情况差异较大,因此我们认为有必要对该模具过去的生产情况做出详细的了解和研究。经多方联系,最终获悉:该模具自投产以来,内浇口处的粘模一直困扰着压铸厂的生产,生产中为解决这个问题,除加强局部冷却外,每模的喷涂时间竟然长达2min以上,必须等待模具温度降低后再进行下一循环的生产,否则无法正常生产。
 
     根据这些信息,结合我公司的试模情况,我们分析认为铸件缩孔严重是由于压铸工艺中补缩不足造成的,而造成补缩不足的原因是为了减少浇口处粘模,而采取了一系列不当的压铸工艺所导致的结果。在实际压铸生产过程中,常遇到模具的浇口部位发生严重的粘模或粘裂现象,铝合金黏附在浇口周围的型壁上,不易清除掉,这种情况在新模具中出现较多。因浇口部位粘模成块的粘掉且有裂纹出现,导致产品合格率低下,影响压铸的正常生产也时有发生,这需要从上述原因分析的因素中去逐一解决。只要解决了粘模问题,其他问题都可迎刃而解。
 
    内浇口处粘模的可能原因如下:(1)金属液温度过高。(2)模具温度过高。(3)涂料效果不好或喷涂量不足及未喷到位。(4)“二快”速度过高也会增加粘模倾向。(5)模具表面不光滑,表面有裂纹。(6)模具表面有金属氧化物黏附物。(7)工艺设计不当,如金属液直接冲击型芯或型腔。(8) 工艺参数设置不合理。(9)模具的内浇口设计不合理。(10)金属液化学成分不合适,如铁含量过低或镁含量过高。
 
3. 质量改进方案
    通常发生在内浇口处的粘模都是在充型时,浇口附近局部区域受到熔融金属流的猛烈冲击,表面温度较高,受到的压力较大,保护层极易破坏,在压铸合金的不断冲刷下模具保护层失效并裸露出金属基体合金进而与基体材料发生反应生成复杂的金属间化合物相。金属间化合物较硬不易变形,它在压铸中的破裂脱落不仅会导致铸件质量缺陷,同时会带走模具基体材料,并暴露新鲜表面,如此周而复始,粘模现象逐渐加重,严重时会导致模具表面受到腐蚀及模具材料熔损。因此,为解决粘模这个问题,我们做了如下调整。
 
(1) 改进表面防粘能力
    首先,我们对模具浇口表面的黏附物进行了清理,对模具表面进行了精细抛光处理,来降低模具的表面粗糙度值,降低粘模的可能;其次,对模具进行预热后,在模具表面涂抹了脱模效果优良的脱模膏,使模具表面形成了一层良好的保护层。
 
 (2)调整速度和压力  
    由于高温合金流在高速状态下呈雾状进入型壁,会黏附模具表面容易形成铸件表面的粘模缺陷,同时这些高温金属液流高速地冲刷型壁,加剧了压铸模磨损。一般合理的内浇口速度和压力都是通过经验公式估算,并以生产出合格的铸件产品所需要的最小速度和压力作为正常的生产工艺。该产品在力劲DCC400压铸机上生产,为避免在过高的压力下金属流黏结,减小模具的包紧力,根据产品的要求计算出所需增压压力为26~28MPa,内浇口速度控制在40m/s左右。
 
(3)控制模具温度和浇注温度
     模具温度的高低对于是否发生粘模影响很大。模具温度越高,就越易产生粘模。模具的内浇口处是整个模具的高温区,在该区域我们增加了自动喷涂时间及数量,用以对模具局部进行降温,并加强模具型芯的冷却效果,在实际生产过程中,模具达到热平衡后将模温控制在150~200℃。铝合金ADC12的浇注温度设定到610~630℃,铝液温度太高时,压铸模温升很快,会导致金属液粘模。
 
(4)控制铝合金材质  
    由于铝合金和铁有很强的亲合力,当铝合金中的铁含量(质量分数,下同)低于0.7%时,铝合金很容易与模具发生化学反应,生成物黏附在模具表面而产生粘模,因此压铸铝合金中铁含量应控制在0.85%~1.1%。我们严格按照铝合金熔炼工艺的规定对铝合金锭进行熔化、除渣、除气、静置等工作,并对正在使用的铝合金材质进行了分析,实测的ADC12 铝合金中的铁含量在1.08%左右,铁元素成分没有问题。材料其他成分完全符合相关标准的要求(注:同样的原材料在其他的压铸机上可以正常生产,并未出现粘模现象,我们基本上能够排除合金引起的粘模)。
 
    采取以上调试措施后,浇口处粘模得到了一定的缓解,但产品质量很不稳定,废品率较高。主要报废原因仍是产品漏气、冷隔、内部疏松等缺陷,因而我们考虑可能是降低内浇口速度后铸件的填充时间过长,铸件不能得到很好的增压补缩造成了这些质量缺陷。最终,我们决定利用P-Q2图对模具和压铸机的匹配性进行校核。
 
(5)用P-Q2图校核压铸系统的匹配性下壳体产品及压铸机参数为:产品净重1190g,平均壁厚5.8mm,渣包重114g,内浇口厚度3.5mm,内浇口面积168mm2,压射冲头直径80mm,材质ADC12;DCC400压铸机最大空压射速度6m/s,快压充油压力12.5MPa,压射缸直径120mm。利用实际生产时的参数,我们做出了下壳体模具与DCC400压铸机匹配后的P-Q2图(见图2)。


 
    由图2可以看出,在这种模具和压铸机的匹配情况下,模具线在正常的工艺窗口内所占比例很小,表明系统“柔性”太差。图2表明:当前这种匹配情况,适合正常生产的工艺范围很窄,即便能够生产一些合格的铸件,但对实际压铸工艺的要求十分苛刻,受料温波动、压射冲头阻力变化、喷涂时间的不一致等因素的影响,会导致实际工艺超出了合理的工艺窗口之外,就很容易出现不合格品。
 
    结合图2通过对模具浇注系统进行分析可以看出,现有内浇口的截面积仅为168mm2,对当前这个压射系统来说,显然是面积严重偏小,这就造成了工艺上不可调和的矛盾:如果速度太快会造成粘模,速度太慢会造成填充时间过长,增压不能起到应有的效果。为此,根据P-Q2图的基本原理,理论上我们对模具的相关参数进行了以下两方面的调整:第一,内浇口面积由168mm2增加到260mm2
 
第 二 , 压 射 冲 头 直 径 由80mm更改为70mm。调整参数后的P-Q2图如图3所示,模具线落在工艺窗口内的长度基本达到了最大值。
 

 
(6)模具的更改
    要增加内浇口面积需要从两方面考虑,一是增加内浇口的厚度,二是加大内浇口的宽度。从收集的数据来看,原有的内浇口厚度已经达到了3.5 mm,想要再增加厚度并非良策,只能从宽度上想办法。由于受产品结构的限制,在现有的模具上增加内浇口宽度必须从两端圆柱表面上着手,在两个圆柱上各增加一个内浇口,更改后的浇注系统如图4所示。
 
 
    圆柱外表开设浇口后,由于两圆柱内孔有两根对接的型芯,很容易造成金属液冲击型芯,所以我们将两个型芯减短3mm,形成一个间隙便于金属液的顺利充型,同时又保护型芯不被高速填充的金属流冲击,提高了模具型芯的寿命。
 
4. 结语
    下壳体是汽车空调压缩机的重要零部件,对其性能有较高的要求,受铸件外形结构以及模具方案设计的影响,使铸件容易产生铸造缺陷,导致产品机加后泄漏成为废品,并且严重影响后续装配工作节拍和进度。利用P-Q2图对模具和压铸机构成的压铸系统的分析结果,对压铸模浇注系统进行改进后,使模具的填充速度降下来,同时填充时间大幅缩短,浇口处未再发生粘模,铸件得到了有效的补缩,喷涂时间也降到了正常水平,实际生产中产品的合格率由原来的70%提高到97%以上,从而大幅降低了产品成本,延长了模具的使用寿命,增强了产品的市场竞争力,为企业带来了较好的经济效益。
 
 
 
 
 
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