文：杨诚
摘 要 摩托车发动机铝合金曲轴箱体在压铸毛坯时常会出现浇口夹渣现象，而浇口夹渣又多为类似缩孔、油污和冷硬层３种形式。引起夹渣的原因主要是模具温度过高、冲头油过量和Al液含渣量高等。解决缩孔类夹渣，主要从降低模具温度入手；油污类夹渣，可采取调整冲头润滑油用量、加注位置及供给方式；应对冷硬层夹渣，主要靠调整压射延时和调整汤勺退回待机时间、过滤汤勺式样的导入、规范Al液除渣除气作业要求等措施。
关键词 铝合金；压铸；浇口夹渣；曲轴箱体
某企业生产的一款１２５摩托车发动机铝合金箱体，其加工后质量为１.８４ｋｇ，采用ＤＣ８００Ｔ冷室压铸机铸造，内浇口开设在非加工面上，敲掉料饼后浇口处出现夹渣缺陷，因此处为外观面并且是曲轴箱的机油储存部位，基本无法修复而报废。２０１３年因夹渣报废的废品率为１．９１％，经过一系列的研究，成功地将废品率降低到０．１％，并在其他部件中推广应用，取得了良好的效果。该产品采用ＹＤＣ１１压铸铝合金，其化学成分见表１。本课题主要从铝合金压铸件浇口夹渣的发生机理和实际铸造条件等方面出发，分析产生浇口夹渣的原因和改善措施，以期为铝合金箱体压铸件生产提供参考。
１ 夹渣形态及形成机理
通过对废铝合金箱体分析，浇口夹渣主要有３种形态：缩孔类、油污类和冷硬层。其中以油污类的夹渣数量居多，占夹渣总数的６０％以上；冷硬层占夹渣总数的３５％左右；而缩孔类占夹渣总数的５％。
１．１ 类似缩孔缺陷
当敲掉铝合金箱体浇道料饼后，浇口处出现呈不规则形状、内部比较干净、表面粗糙的类似缩孔状的孔洞，见 图１。缩孔类夹渣的铸件浇口表面凹陷，打磨涂装后外观仍不光洁。产生原因是内浇口温度比较高（实测最高模温为３８０ ℃），是最后凝固的部位，造成该处Al液来不及补缩，产生缩孔缺陷。
１．２ 油污类缺陷
每一铸造循环需向冲头加注润滑油，冲头油在Ａl液浇注后没有完全燃烧，被包裹在Al液中形成杂质一起填充到型腔。由于包裹有冲头油的Ａl液温度较低，会较早凝固，流动速度慢，因而在填充末了时停留在产品末端。加之内浇口截面积小，流动阻力大，这部分包裹有冲头油且提前凝固了的Al液杂质更不容易通过，停滞于内浇口附近。敲掉料饼后，在内浇口处呈现黑色孔洞，其内壁粗糙，表面有明显油污，见图２。检查浇口和料饼夹渣情况，同样发现此类杂质。
１．３ 冷硬层缺陷
冷硬层是指被注入到料筒内的Al液与料筒低温表面接触急速冷凝所形成的壳体（光谱仪检查冷硬层化学成分未发现异常，均在标准允许范围内），在高速填充时随Al液一起被填充到型腔，见图３。固态的冷硬层密度（２．７ｇ／ｃｍ3）比液态（２．４５ｇ／ｃｍ3）的Al液大，在冲头低速运行阶段，冷硬层慢慢聚集在Al液的末端。冲头高速运行时，部分冷硬层将被卷入型腔，形成缺陷。最终残留在内浇口的冷硬层形态见图４。冷硬层多为薄片状，表面有光泽且较硬，与周围母材多存在间隙，不仅影响外观，也降低零件的强度。
２ 消除夹渣的措施
２．１ 缩孔类夹渣的解决措施
缩孔类缺陷主要是模具温度过高造成的，因此首先要确定模具实际温度，利用红外线测温仪测得开模后浇口处最高模温为３８０℃，其他位置也有超过３５０℃的情况，模具整体温度比正常状态高；其次，检查发现浇口附件的点式冷却水流量较小甚至堵塞，是铜管在使用过程中结垢后截面减小所致。部分冷却水管长度比设计的短很多，这是因为模具的冷却水铜管和冷却水孔都没有编号，在拆装模具时会把长的铜管剪掉一部分后装到短的水孔里，这样导致一些冷却水铜管较短，达不到冷却效果。
可采取两个措施：①在《模具保全检查项目表》中加入冷却水检查项目，规定冷却水流量检测方法及频率；②按照图纸要求检查冷却水铜管长度，不符合要求的予以更换，并对模具冷却水孔和冷却水铜管进行编号，一一对应。
整改后，实测到的模具温度大幅度降低，平均模温约为２４０℃，浇口温度也降到３００ ℃以下，几乎不再出现缩孔类夹渣。
２．２ 油污类夹渣的解决措施
压铸润滑油采用花野２７５冲头润滑油，呈黑色粘稠状。脱模剂喷涂后，冲头退回进行料筒清扫，然后滴注冲头润滑油。现有的滴注位置为冲头前方的料筒底部（见图５），一般箱体压铸润滑油用量为５ｍＬ／模。现有润滑油供给方式存在３个问题：①润滑油滴注在料筒底部很容易被浇注的Al液包裹而形成渣滓；②润滑油聚集在一块，短时间内无法完全燃烧，易被Al液包裹；③冲头顶部润滑效果不好，易导致不均匀磨损。此外，冲头油的用量也存在偏多的现象。
有３种解决措施。
（１）调整冲头润滑油用量 冲头润滑油由５ｍＬ减少为４ｍＬ并无断料饼发生，当减少到３．５ｍＬ时偶尔会发生断料饼。分析发现冲头冷却水铜管大部分比设计值短，冷却效果不良。因此，恢复冲头冷却水管长度（距冲头内壁１５ｍｍ），并纳入日常点检项目，再把润滑油用量降到３．５ｍＬ。
（２）调整润滑油的加注位置及供给方式 将原来的料筒底部加注润滑油改为冲头顶部加注。润滑油借助惯性顺流至整个冲头表面，润滑面积加大，便于燃烧。改善后的滴注位置见图６。
（３）调整冲头润滑油供给方式 虽然冲头顶部滴注润滑方式有较好的效果，但扩散不好，润滑面积不够，燃烧不完全。采用喷射可以在冲头表面形成雾化的油膜，扩散面积大，更利于燃烧，具有更好的润滑效果。经改善后，浇口断面比原来干净了很多，夹渣下降了将近
９０％，也没有出现断料饼现象。
２．３ 冷硬层夹渣解决措施
２．３．１ 调整压射延时Al液注入到料筒后会在其接触面形成冷硬层，接触时间越长，产生的冷硬层就越多。因此，缩短压射延时，即缩短Al液与低温料筒接触时间是减少冷硬层的一个行之有效的方法。具体操作是将压射延时由原来的２.５ｓ调整为０.５ｓ。
２．３．２ 调整汤勺退回待机时间
现场调查发现，由于操作者熟练程度参差不齐，导致铸造ＣＴ存在差异。若采用完全统一的工艺参数就会导致细节失误。如汤勺退回待机时间都设定为２０ｓ，对于不熟练工人来说，由于动作较慢，合模完毕时汤勺已经舀汤完成后在料筒上方等待了６ｓ以上。根据操作者的熟练程度，灵活调整汤勺退回时间，汤勺在料筒上方等待时间控制在１ｓ以内。并且，把汤勺退回待机时间纳入领工日常巡视项目，确保现场执行力。
２．３．３ 过滤汤勺的应用
传统的汤勺（见图７ａ）在舀汤时不可避免的会舀入一些氧化层。采用过滤汤勺式样（见图７ｂ）在舀Al液时可以有效避免氧化物被舀入，Al液的纯净度大大提高了。
２．３．４ 规范Al液除渣除气作业要求
新旧炉料、除渣剂、除气剂和熔炼工具必须烘干；熔炼温度控制在７５０ ℃以下，避免Al液溶解过多的氢气；Al液转运之前应在转运包中进行旋转脱气和二次除渣处理，然后静置２ｈ以上再对Al液应进行二次除气处理。这样提高Al液纯净度，减少Al液冷硬层。
３ 结 语
针对压铸摩托车曲轴箱体浇口夹渣，从弄清产生夹渣的机理出发，总结现有生产条件的不足及与夹渣的关联性，从而制定相应的改善措施，保证合适的模具温度，纠正错误的冲头润滑油供给方式，实现铝合金熔炼的标准化，并验证效果，使曲轴箱浇口夹渣问题得到有效控制。
