淺談影響壓鑄件質量的主要因素

天津市發利汽車鑄件廠（300134）于樹遠

壓力鑄造是近代金屬加工工藝中發展較快的一種少切削的特種鑄造方法，熔融金屬在高溫高速下充填鑄型，并在高壓下結晶凝固形成鑄件。但由于壓鑄生產過程復雜，變化點多，連續性強，以及產品批量大等原因，鑄件很容易出現缺陷，導致產品質量不穩定，嚴重影響了企業的經濟效益。筆者從多年的壓鑄生產實踐中不斷總結，認為壓鑄件缺陷的產生受多種因素的影響，現主要從壓鑄機、壓鑄模結構、壓鑄工藝參數這三個方面對壓鑄件質量的影響進行討論，并提出相應的措施。

1.壓鑄機性能對鑄件質量的影響

壓鑄機是壓鑄生產中的最基本設備，是壓鑄生產中提供能源和選擇工藝參數的條件，是實現高壓、高速壓鑄而獲得優良壓鑄件的基礎。為了保證壓鑄件的質量，避免鑄件缺陷的產生，節約能源消耗，提高勞動生產率和經濟效益，必須合理地選擇壓鑄機的型號(這里指臥式冷室壓鑄機)。當然正確地進行操作和維護，確保壓鑄機的性能良好，是壓鑄生產中極為重要的舉措。根據鑄件的投影面積、形狀、重量，選擇適當型號的壓鑄機尤為重要。

現代壓鑄機壓射機構的主要特點是三級壓射，也就是低速排出壓射室中的氣體、高速填充型腔和不間斷地給液態合金施以穩定的高壓，即二級速度、一級增壓。國產壓鑄機結構設計基本上是20世紀80年代的定型產品，近三十年來除了數控用PLC模板取代繼電器系統外，還用比例閥取代了各種功能單一的閥體，壓鑄機性能有了顯著提高。為了提高鑄件質量的穩定性，減少人工調節參數的誤差，我廠對壓鑄設備加大投入，購進香港力勁壓鑄機多臺，以提高壓鑄機性能的穩定性。機修人員經常對壓鑄機做好定期檢查，發現各種問題并及時處理。近幾年來，我廠的壓鑄機未發生大的故障，壓鑄機性能良好，為優質壓鑄件的生產提供了保障。

2.壓鑄模結構對鑄件質量的影響

壓鑄模是壓鑄生產中的重要工藝裝備，其對生產能否順利進行，以及鑄件質量的優劣起著極為重要的作用，其與壓鑄工藝、生產操作存在密切而又互相制約、互相影響的關系。其重要作用如下：

（1）型腔的精度決定著鑄件的形狀和尺寸公差等級。

（2）澆注系統(特別是澆口位置)決定了金屬液的填充狀況。

（3）溢流排氣系統影響著金屬液的溢渣排氣條件。

（4）冷卻系統控制和調節壓鑄過程的熱平衡。

（5）型腔的表面質量決定了鑄件表面質量及變形程度。

（6）模具的強度限制了壓射比壓的最大限度。

（7）脫模頂出機構影響著操作生產的效率。

通常模具在設計時都會注重鑄件的形狀和尺寸精度，但往往忽視模具的強度，澆注系統和溢流排氣可以在模具試模后改進，以獲得良好的表面質量和內在質量。以前常用的模具結構是模框與座板分體式的，這種結構對于無滑塊機構的模具是適用的，但對于抽芯滑塊，尤其是當滑塊較大時，鑄件側面成形都在滑塊上的模具強度就差得多，因此必須進行改進。例如，一汽夏利的5T136變速器殼體壓鑄模，舊模具模框的結構是分體式的，而且滑塊楔緊斜面，高度僅為滑塊高度的1/4，定模模框楔緊塊固定部分的深度僅50mm，鎖緊斜面后端懸空，受力點都在50mm厚的定模框上，強度低，受力不平衡，滑塊易拉毛、卡死。另外，滑塊座未全部鑲在模框內，在長期高壓作用下，定模框楔緊塊固定端由彈性變形逐漸轉化為塑性變形，使滑塊后退，鑄件兩端尺寸增大、超差，不符合圖樣要求。筆者經過認真分析總結，向技術人員提出以下改進建議：①動定模模框做整體式結構，以增加模框強度。②加大模框周邊尺寸，使滑塊座全部含在模框內，導向部分加長，避免滑塊擺動。③滑塊鎖緊斜面高度需大于滑塊成形高度的1/2，使滑塊鎖緊力點平衡。④滑塊導向槽采用GCr15淬火，鑲于動模框內，提高耐磨性。⑤滑塊座采用T10鋼調質處理。

改進后的動模框，強度大為增加，剛度高不易變形。滑塊與滑槽材料不同，且硬度也不同，親和力變小，不易拉毛、咬死。定模框采用整體式后，鎖緊機構與模框一體且高出分型面40mm，鎖緊斜楔面高度為滑塊成形高度的1/2，使滑塊鎖緊力點平衡，鎖緊牢固。生產至今模具未出現滑塊后退現象，鑄件尺寸保持在圖樣要求范圍之內。

模具的使用、維護與保養對鑄件質量及模具使用壽命影響極大，建立模具檔案卡，日常記錄模具生產情況、工作條件、損壞形式及累計生產鑄件數量等，模具使用后應進行全面拆卸清理整修。

零件表面涂覆防銹劑，記錄整修部位尺寸，并附上模具未修前的末件樣品，以備查考。模具正常生產前應進行預熱，達到所需溫度180～230℃，經3～6次空載循環操作，方可正常使用。模具在生產一定數量的鑄件后應進行去應力退火處理，及時消除熱疲勞應力，對型腔進行打光處理，這是提高模具使用壽命的有效措施，也是提高鑄件表面質量的好方法，因為多數鑄件表面缺陷往往是由于型腔龜裂紋造成的，鑄件表面粗糙的網紋給鑄件表面處理帶來很大困難。何時進行去應力退火與模具型腔的材料與鑄件大小和形狀有關，應該靈活掌握。

3.壓鑄工藝參數的選用對鑄件質量的影響

壓鑄時金屬液填充型腔的過程，是將壓力、活塞速度、溫度及時間等工藝因素得到統一的過程。同時這些工藝要素互相影響、互相制約，相輔相成，只有合理選擇和調整這些要素，協調一致，才能獲得預期效果，提高壓鑄件的質量。

（1）壓力 在壓鑄生產中，壓力的表示形式有壓射力和壓射比壓兩種。壓射力的大小由壓射缸的截面積和工作液的壓力所決定，是鑄件獲得致密組織和清晰輪廓的重要因素。壓射比壓對金屬液填充型腔的能力，以及壓鑄件的強度、致密性均有很大影響。增大壓射比壓可提高壓鑄件強度和致密性，但壓射比壓過高，會降低壓鑄模的使用壽命，增加粘模的傾向，并使壓鑄件的伸長率有所下降。

在保證壓鑄件成形和使用要求的前提下，應合理選用壓射比壓。現以鋁合金汽車件為例，由于強度要求高，同時還有氣密性的要求，常用較大的比壓60～80MPa，對一般的覆蓋性鋁合金鑄件采用比壓為40～60MPa。一般情況下，壓射力或比壓大小可由鑄件結構而定，薄壁鑄件可采用較小的壓射力或比壓，厚壁鑄件則需要較大的比壓。

（2）模具溫度 控制模具溫度對合金液的溫度、流動性、填充時間、填充流態，以及合金液的冷卻速度、結晶狀態和順序、收縮應力等具有重要影響。有效地控制與調節模具溫度，不僅可以延長壓鑄模壽命，提高生產率，同時也能夠提高壓鑄件的質量。適當提高模具溫度，會有利于金屬液在模具內的填充，對鑄件成形有幫助，且能夠提高鑄件的力學性能。但模具溫度過高，一方面合金液冷卻時間延長，壓鑄件容易形成凹陷或表面產生氣泡，其強度下降；另一方面鑄件易粘模，給脫模帶來困難，也會影響模具的使用壽命。模具溫度過低會影響合金液的流動性且造成鑄件冷隔。此外，應注意模具溫度的梯度不要過大，否則會因模具的熱脹冷縮不均勻引起模具型腔過早產生龜裂，影響壓鑄件表面質量。模具溫度的選擇，通常應該根據其鑄件的形狀、壁厚、大小和結構特點，以及合金的性質、模具結構及澆注條件等因素綜合考慮。

4.結語

為了獲得優質的壓鑄件產品，我們要對影響壓鑄件質量的各種因素全方位考慮，要以質量保證體系（ISO16949）貫穿于整個生產制造過程中，而壓鑄設備、壓鑄模具及壓鑄工藝參數是質量保證體系中的幾個重要環節，需引起高度重視。