刘春生 苏建强 罗金祺
广东鸿特精密技术股份有限公司
摘 要 针对传统压铸工艺在生产超厚型产品时存在的气孔率高、强度低等问题，研究开发了某发动机支架零件的超低速压铸工艺，讨论了不同压射速度、内浇口厚度、浇注温度以及模具结构和模温控制等因素对压铸产品质量的影响。结果表明，当低速压射速度为０．２５ｍ／ｓ，高速压射速度为０．５ｍ／ｓ，内浇口厚度为５．２ｍｍ，浇注温度为６８０-６９０℃时，获得的铸件质量最好。通过对超低速压铸模具结构进行改进，并采用顺序凝固模温控制方法，满足了对铸件进行 Ｔ６热处理的要求，使产品性能有较大提升。
关键词 铝合金；超低速压铸；汽车发动机盖罩
传统的高压铸造过程，主要包含低速压射、高速压射和增压３个阶段。由于压铸时合金液自浇口处高速射出，因此无可避免地会卷入空气，容易形成气孔缺陷，使产品的强度降低，这使得传统的压铸难以满足强度要求较高的产品。针对以上问题，一种新的超低速压铸工艺引起了关注，这种方法使金属液以层流方式流动，从而使充填速度远低于传统压铸工艺。超低速压铸技术可以满足发动机支架产品的低气孔率、可热处理、高强度等特殊要求。然而在实际生产中，由于压射速度的降低，容易造成冷隔、流痕、浇不足等缺陷，需要对工艺进行相应的调整和改进。为此，笔者以发动机箱体支架类铝合金压铸件为对象，进行了超低速压铸工艺技术的开发和应用研究。
１ 超低速压铸工艺参数的选择
１．１ 压射速度
压铸过程中，压射速度对产品的成形质量有着极为重要的影响。在超低速压铸条件下，内浇口速度通常较低，从而使金属液呈层流状态充填型腔，型腔内残余气体能够顺利排出，因此气孔缺陷大大减少。然而在现有的超低速压铸工艺中，金属液在压室中停留时间过长，热量损失较多，在高速充填阶段，又因为相对较低的充填速度，金属液在到达型腔时快速冷却凝固，充型能力下降，容易造成冷隔、浇不足等缺陷。对此，通过将低速压射速度适当提高，而将高速压射速度大幅降低，并将高速压射起点延后，从而在保证超低速充型条件的前提下提高金属液的充型能力。表１为采用超低速压铸工艺参数与传统压铸工艺参数的对比。
１．２ 内浇口厚度
为了实现超低速压铸工艺条件，降低内浇口速度，通常需要将内浇口加厚。根据发动机支架铝合金压铸件的结构及其浇注系统的特点，采用多角度并配合使用一定角度的俯冲方式保证金属液平衡推进，同时将内浇口的厚度从原来的２．５ｍｍ 增加到５．２ｍｍ。为了减少压力损失，横浇道采用了圆形截面。在流道分岔、转弯处加大了圆角，以防止金属液的紊流。
１．３ 浇注温度
由于超低速压铸中金属液充填能力相比传统压铸有一定的降低，适当提高浇注温度有利于增加金属液的流动性和充填能力。然而过高的浇注温度容易使铝液溶解过多的氢，导致压铸过程中氢气析出，产生气孔，也容易造成氧化物过多，产生氧化夹渣缺陷。通过摸索，在超低速 压 铸工 艺 中选 取 的适宜 浇注温度 为６８０-６９０℃。
２ 超低速压铸模具的改进
２．１ 模具结构改进方法
由于超低速压铸工艺改变了传统压铸中金属液的充填方式，因此原有的模具设计在一定程度上不再适应新工艺的要求，因此需要在传统压铸模具的基础上进行改进，对浇注系统、排溢系统、冷却系统、顶出系统等进行适当调整。图１为采用超低速压铸的模具。在对溢流、排气、排渣系统等模具结构优化时，将集渣包口的厚度从原来的１．１ｍｍ 增加到２．３ｍｍ。改变集渣包的结构，增加其补缩功能。溢流槽尽量大一些，并设置于最后充填处及模温较低处。这样保证了超低速压铸时，气体及冷料的顺利排出，避免了铝液紊流现象。
在传统压铸工艺中，顶出杆的制造公差通常为为０-＋０．０４ｍｍ，配合孔制造公差为 －０．０３- －０．０１ｍｍ。由于在超低速压铸工艺中，模具温度变化有别于传统压铸，经过系列的模拟压铸温度下的模具和顶出杆膨胀试验数据分析，配合压铸技术以及模具制造工艺的优化，顶出杆的配合公差改为０-０．０１５ｍｍ。#p#分页标题#e#
２．２ 模温控制改进方法
压铸模的温度直接影响压铸件的质量，由于变速箱支架的壁较厚，容易产生缩孔。因此在设计模具时，原则是要使熔体能从离浇口最远处开始凝固，而浇口处最后凝固，从而借压铸机的压力将缩孔消除。具体方法是：在压射阶段，针对离浇口远、铝液流程长或难以成形
的部位，采用局部封闭和减少冷却流量的方式，保证了该区域的成形和强度需要。在凝固阶段，通过 Ｘ 射线探测各部位产品收缩孔的大小分布情况和数据，调整整体的冷却布局和流量控制，使产品的厚壁部位最先进行凝固，靠近浇口、补缩集渣包的部位最后凝固，解决了凝固阶段的补缩和缩孔问题。
３ 实际压铸结果对比
通过超低速压铸工艺改进，该发动机支架件的气孔缺陷得到消除，内部气孔达到 ＡＳＴＭ Ｅ５０５一级标准的要求。表２为改进工艺前后内部气孔对比。
由于气孔缺陷的减少，该产品能够满足Ｔ６热处理的要求，力学性能得到较大提升，表
３为改进工艺后产品的力学性能。
４ 结 论
采用超低速压铸工艺生产铝合金汽车发动机变速箱支架类零件，研究了压射速度、内浇口温度、浇注温度对铸件质量及性能的影响。发现当低速压射速度为０．２５ｍ／ｓ，高速压射速度为０．５ｍ／ｓ，内浇口厚度为５．２ｍｍ，浇注温度为６８０-６９０ ℃时，获得的铸件质量最好。通过对超低速压铸模具结构进行改进，使压铸件按顺序凝固的要求控制模温，满足了对铸件进行 Ｔ６热处理的要求，使产品性能有较大提升。
