文：苏州优尼昂精密金属制造有限公司 刘遵建
上海三菱电机•上菱空调机电器有限公司技术部 刘姝迪
摘要 针对压铸件缩孔、缩松、缩凹等缺陷，从铸件结构、压铸模结构、压铸工艺、压铸操作、强制补缩等方面，提出了解决缺陷问题的具体措施。
关键词 缩孔；缩松；压铸模具；压铸涂料
压铸件在凝固过程中会发生体积收缩，形成缩孔、缩松；因铸件内部收缩，铸件表面上会出现缩凹缺陷（见图１）。
对于压铸件来说，特别是厚大的压铸件，缩孔、缩松是普遍问题。本课题从如何对合金液的收缩进行补缩，如何阻碍合金液形成集中缩孔以及如何防止产生气体、包卷气体，如何排气等几个方面进行分析研究，以消除或减少缩孔、缩凹缺陷，从而提高压铸件的良品率。
１、铸件结构改进
铸件的壁厚越厚或热节越大，体积的收缩量越大，就越难以把气体排出，因此容易形成大的缩孔。这就要求尽量消除或减小铸件的热节，把铸件热节部位尖角改为圆角；铸件的壁厚要均匀，在铸件壁厚相差较大的连接处，要逐步平缓过渡；如果铸件设计不可避免热节、凸耳、凸台等，则可采用空心结构、筋条结构等来消除热节和减轻铸件质量。
铸件上较大的热节部位、宽大的平面部位容易产生涡流，因而容易包卷气体；金属液难以充填到模具深腔，铸件的盲孔、死角部位难以排气、容易包卷气体，易出现缩孔、缩凹缺陷。设计该类铸件时，就要考虑设置内浇口和溢流排气口的位置。
２、压铸模结构改进
如果内浇口截面积过小，会导致金属液充填速度过快而产生喷射，促使金属液包卷大量的气体。因此要适当加大内浇口的截面积，防止内浇口的金属液过早 凝固，从而堵塞增压补缩通道。要增强内浇口补缩能力和延长补缩时间。如果内浇口的位置距离出现缩孔、缩凹的热节位置比较远，需适当改变合金液导入内浇口的位置、内浇口的数量和内浇口进入型腔的方向，以便合金液在型腔内有序充填、压力有效传递、型腔气体有效排除，达到对热节进行有效补缩的目的。
合理设计内浇口与型腔连接的结构形式，达到理想的内浇口导流方向。要使合金液首先充填深腔、薄壁、需要较多合金液的位置、大平面的中间位置、铸件表面质量要求较高的位置、以及难以成形的位置等，使金属液在型腔内有序充填，
防止金属液产生涡流和卷气。消除或减轻金属液对型壁的正面冲击，可以降低冲击部位的模具温度。注意改变内浇口的流向或位置时，要防止金属液过早凝固以致堵住分型面或排气道。
比较小的热节和非厚壁部位，可以设置在距离内浇口较远的位置，让这些位置由一些较低温度的合金液充填，这样不会导致该部位的模具温度过高。如在模具较深的型腔、死角、型腔中部等部位无法排气或排气不畅，
可以采用排气塞、顶杆、模块镶拼结构排气；用点冷却加速厚壁部位合金液凝固速度；用点加热提高薄壁部位模具温度，使压力有效传递；用改变充填流向消除涡流卷气，以减小甚至消除铸件缩孔。合理设置溢流槽、排气槽位置、数目及尺寸，可以消除排气不良的现象。
尽量减小机械加工余量；要使用型芯、抽芯铸造出螺纹孔的底孔。如果压室具有较小的充满度，使用较低的压射速度和足够的压射比压，可以减轻压铸件的缩孔和缩凹。要选用合适的压射室直径，控制压射室充满度在３０％～５５％之间。
压铸件表面出现的轻度缩凹、粘模脱皮、小气泡等缺陷，可以通过对模具表面进行喷丸、放电或打磨处理，使模具的表面变得粗糙，这样有助于气体排出，还可以增大模具的导热效率，提高模具对合金液的冷却速度。
如果模具的冷却水管道距离内浇口太近，由于内浇口处的模具温度过低，会导致内浇口过早凝固。要使用冷却水和模温机，合理调节模具各部位的温度。
如果模具温度过高，虽然有利于补缩压力传递，但会减缓合金液的凝固结晶速度，使热节处形成较大缩孔。这就要在模具的横浇道、内浇口附近的型腔位置、型芯的高温部位，以及铸件的热节部位，给模具内部设计管道通冷却水进行强制冷却。压铸时对模具表面要多喷涂料及多吹气冷却，以降低模具过热部位的温度，提高模具对合金液的冷却效率，使合金液内部和外部接近于同时凝固，让合金液达到快速冷却的效果，从而防止出现集中缩孔。
如果模具温度过低，虽然能加快合金液的凝固速度，能消除或减小热节处的凝固缩孔，但会过早地封闭补缩压力的传递通道，影响补缩效果；也不利于涂料中水分快速去除，增加了合金液包卷气体的几率。这时在远离内浇口的热节处不仅容易形成较大的缩孔，而且在铸件内部也会存在大量的气孔。因此，要求在设计模具时，要提高远离内浇口处、铸件薄壁处、型腔深腔处、非主杆充填型腔处模具的温度。一般是采用增加溢流槽
的数量或增大其体积，电加热管加热，或模温机通热油等方法加热模具。
为了消除热节设计的铸件空心结构，在模具上设置凸台。起模斜度不能过大，否则会减小消除热节的效果。另外，如果模具使用中变形，产生了凸起部分，导致铸件表面凹陷的，只要检修模具、消除模具缺陷即可。
３、压铸工艺和合金熔炼改进
提高压铸机的压射充填压力和增压补缩压力，加大增压阀的开度（缩短增压的升压时间），这样可以及时进行增压补缩，可以增加合金液的流动补缩能力，提高铸件组织的致密度。可以通过降低低速、高速的压射速度，推迟高速的开始位置来减少金属液包卷气体的含量。还可以采用很高的高速速度，使内浇口速度达到６０～１２０ ｍ／ｓ，让金属液呈雾状喷射充填型腔，这样虽然增加了铸件中气体的总含量，但不会包卷较大的气泡，能明显减小缩孔和缩凹尺寸，达到孔穴尺寸不超标的目的。试验得知，充填速度低会出现大气孔，但数量少，总量也少；充填速度高，出现气孔的数量多，总量也多，但尺寸小。
较高的低速速度，不平稳的低速速度，以及过早开始启动高速速度，都会使金属液在压射室及横浇道里出现紊流而产生卷气。
压铸合金熔化或浇注温度越高，引起合金内部吸气越多，铸件结晶的晶粒越大，合金液凝固后的收缩率越大。在合金液的熔化和保温过程中需控制合金液的温度不要过热，并要使合金液处于高温的时间不要过长。如果合金液需要超过２ｈ的停产保温，ＡＤＣ１２铝合金的保温温度要降至６２０～６３０℃。在保证铸件不产生冷隔、浇不足的前提下，要尽量降低合金液的浇注温度，这样可以减少合金液的收缩量和含气量。
空气中的水分、炉料中的水分和油污里的有机物等，在高温时会分解出氢原子。Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ等合金液，随着温度的升高，会吸附溶解更多的氢原子。同时在合金液的氧化夹渣和夹杂物团粒中，也容易吸附氢原子，在合金液凝固的过程中，会使附着的氢原子自动脱离凝固体而进入到液体之中。当液体之中的氢原子聚集富余之后，由于温度降低，氢原子相互结合形成氢气。富集的氢气产生膨胀压力，又促进了液体的补缩流动，同时也促使合金液中形成较大的气缩孔。因氢原子会附着在氧化夹渣和杂质上，仅靠除气精炼解决不了，还要仔细地对合金液进行彻底的除渣精炼操作，这样才能较好地降低合金液的含气量和杂质含量。
合金液中某些化学成分如果超差，会增大合金的体积收缩率。如铝合金中的 Ｚｎ含量增加就会增大合金的体积收缩率，因此要对合金液进行常规检查，控制、调整好化学成分，并适当地控制回炉料的用量比例。
用密度检测仪检测样块，并观察样块的凝固凹陷程度，观察合金液的收缩量和含气量。一般结晶温度范围大的合金容易出现集中缩孔，其铸件容易出现漏气，而一般结晶温度范围小的合金，则容易出现分散的缩孔，其铸件不容易出现漏气。为了提高铸件的密度，可以对合金液进行变质处理，在铝合金液中添加０.１５％～０.２０％的 Ｔｉ、Ｓｒ等晶粒细化剂，能减轻合金的缩孔倾向。必要时就需要改用体收缩率、线收缩率小的合金品种。
如果铸件的内浇口断面出现缩孔，影响因素较多，解决的方法有：为使压力更好地传递，适当改进浇注系统，加大内浇口截面积，加大内浇口厚度，防止因内浇口过早凝固而影响压力的传递；如果横浇道比内浇口冷却收缩快，会使内浇口处金属液倒流到横浇道，结果使铸件在内浇口处形成缩孔，这时就要减小内浇口厚度。给内浇口部位进行充分冷却；提高增压压力；消除金属液在压射时产生的飞料和飞边毛刺；加大增压上升速度阀的开度；延长增压持压时间到浇口完全凝固为止；对金属液精炼处理减少含气量，降低金属液的浇注温度，减少金属液的收缩等，这些都可以减小或消除内浇口处的缩孔。
采用半固态压铸工艺，该工艺是将具有固相率３％～５０％的合金浆料，压射充填到型腔内，虽然在合金浆料内部已经有固相颗粒存在，能够加速合金凝固，消除大的缩孔，但因为还有部分处于液态的合金，在结晶时存在体积收缩，最终还会出现小的缩孔或缩松，不过，半固态压铸比液态压铸出现的缩孔、缩松尺寸小，数量要少很多。
４、压铸操作改进
压铸的余料料饼厚度过薄，会影响增压压力的传递，使压射最终的增压起不到有效的补缩作用，所以要采用定量浇注，确保压铸的料饼厚度。给型腔喷涂脱
模剂的量过多，涂料发气量大，涂料浓度高，涂料的水分在浇注前未蒸发干净，
都会促使产生大量气体卷入金属液。如果气体被压缩在型腔表面与金属液界面之间，在铸件皮下出现大的气孔，在铸件表面就会出现缩凹。受到涂料的氧化、污染的气缩孔，空穴的内壁表面多呈暗灰色。这就要求涂料的浓度低、用量少、喷涂均匀；喷涂料后要用压缩空气把型腔表面的水分吹干，让水分挥发干净后再合模；提高模具温度，使涂料水分能够快速地蒸发掉；必要时，还可以改用发气量小的涂料。
无论是油剂、水剂或固体颗粒状的冲头润滑涂料，如果使用量过多，都会在遇到高温合金液时产生大量气体，部分气体进入金属液后不能及时排出；未燃烧尽的涂料微粒进入合金液后，还会继续燃烧产生气泡微粒，气泡微粒与合金液混合，更难以排出。所以一定要定时点检，控制好冲头润滑剂的用量。
如果内浇口的断面有气孔或有灰黑色、黄黑色的夹渣，是冲头涂料、模具涂料、冲头漏水等遇到金属液后，在压射室产生大量的气体和氧化夹渣进入合金液，污染了压射室里的合金液，使金属液含有大量的气体，特别明显的表现是在压铸件内浇口的断面会呈现气孔和氧化夹渣，在整个铸件的内部断面，也会呈现这些缺陷。
其关键的原因：一是冲头涂料太多，二是冲头漏水到压射室，三是模具涂料水喷进了压射室里。所以一定要定时点检，不让压射室里进入水分。
如果铸件表面上呈现松散不紧实的宏观组织，这时在热节处出现缩凹。这是因为模具的温度太低，
需要适当提高模具温度和合金液的浇注温度，减少涂料的用量，提高压射比压。
或是因为型腔喷涂涂料后，多余的涂料水分没有吹干，型腔中产生了大量的气体所致，同时铸件表面还会发黑。
对出现缩孔、缩凹部位的模具表面，可以用多喷涂涂料来降低模具局部的温度；也可以用冷却水管，定点定时地对模具的局部表面喷洒冷却水，来降低模具的温度，但容易引起模具寿命缩短。
如果模具表面或型芯表面，受到合金液的冲击而过热，或在铸件的热节部位而过热，模具表面会粘一层压铸合金，这层压铸合金会阻碍金属液在结晶凝固时热量的快速散发和传递，增加了铸件出现缩孔、缩松的几率。这时除了清理、抛光模具表面粘结的合金、对模具进行氮化处理之外，关键是要在模具过热部位设置冷却水管道，用通水冷却来降低过热部位的模具温度。
５、强制补缩法
强制补缩是使用外力推动液态、半固态及固态的金属移动进行补缩。外力实现铸件的强制补缩有两种方法：一种是局部挤压，另一种是锻压补缩。采用先压铸充型，后挤压补缩或模锻补缩的工艺，是解决铸件缩孔、缩松缺陷的有效途径。
在压铸工艺的基础上，增设强制的局部挤压补缩，是能够与压铸工艺特点相适应的，能很好地解决压铸件局部的缩孔、缩松问题。
６、结 语
缩孔、缩松缺陷，主要是由于合金液结晶时的体积收缩，合金液中包卷的气体，和合金液溶解的氢原子析出后的气体形成的。主要的措施是要设计出没有热节的、易于充填的铸件；设法加快合金的收缩，降低热节部位的模具温度；精炼合金液，减少合金液充填型腔时包卷气体的机会等。总之，要从各个方面全面控制，才能真正防止缩孔、缩松缺陷的产生。
