鎂合金壓鑄工藝改善研究

杜健

摘 要：鎂合金無論是相變潛熱還是比熱容均低于鋁合金，壓鑄時，由于流動性差且冷卻快，易出現缺肉、欠鑄等缺陷。文章通過提高模具溫度及鎂合金的加熱溫度，以此實現壓射速度的增加，進而大幅降低廢品率。

關鍵詞：鎂合金；壓鑄工藝；改善

為滿足投影機光學系統的強度、散熱等要求，其結構零件通常使用的是壓鑄鎂合金或壓鑄鋁合金。而壓鑄鎂合金的相關性能雖然優于壓鑄鋁合金，但由于光學結構件的復雜性，導致其壓鑄的生產性較差，良品率不高。隨著鎂合金壓鑄技術的不斷改進與提升，可逐漸實現壓鑄鎂合金對壓鑄鋁合金的替代。

1 產品概況

某產品壁厚4.4mm，輪廓尺寸91mm×93mm×60mm，凈質量113g，材料AZ91D，乃為常見型鎂合金壓鑄件。此產品具有復雜結構，模具在上下左右方向各有1側滑塊。介于產品功能，零件原先諸多部位具有過小的圓角，這對零件成形不利。

2 廢品分析

依據相關數據統計得知，此產品廢品率高達24%。通過深入分析259373件廢品，發現250378件為欠鑄（96.53%）；缺肉為8995件（3.47%）。

3 欠鑄分析

（1）合金液被氧化過于嚴重，流動性下降。因存在溢流及澆注系統，外加產品不合格，在持續壓鑄中，通常會產生>50%的回爐料。因鎂合金材料在進行熔煉過程中具有非常高的防護性要求，工廠中并無符合此要求的熔化爐，精煉條件并不滿足，在現實生產中，回爐料被直接送至保溫爐，操作者僅僅簡單化處理了合金液表面所漂浮的渣料。與精煉的成品合金錠相比，回爐料具有十分嚴重的被氧化情況，另外，流動性也比較差，此乃造成產品欠鑄的關鍵因素。（2）具有過低的模具溫度及合金澆注溫度。壓鑄過程中溫度把控乃是關鍵性工藝參數，為較好滿足充型條件，獲取更佳成形質量，需運用更為適宜的模具溫度與合金澆注溫度。設定保溫爐溫度為670℃，采用便攜式測溫儀，對加料前及加料后澆注腔當中合金的溫度進行測量，數值：加料之前為662℃，加料30s后為661℃，加料3分鐘之后為647℃，加料后溫度呈現顯著降低。壓鑄鎂合金過程中，采用模溫機經熱油加熱模具，乃為最為理想方式，熱油持續流經模具內管道，自內部加熱模具，促使模具達到并維持所需溫度。此種加熱方式，模具會始終具有穩定溫度，可使產品質量顯著提升，另外，還可達到延長模具壽命的目的，使生產具有穩定節律。壓鑄鎂合金時，模具中溫度通常維持在180～280℃。設定模溫機溫度為240℃，采用紅外測溫儀，對持續生產中的模具溫度進行測量，得知靜模為170～180℃，動模190～200℃，靜模具有偏低的溫度。由數據得知，模具及合金液具有較低溫度，在壓鑄時，易出現冷隔及欠鑄等缺陷。

4 對策及驗證

4.1 成品合金錠與回爐料分作原料對比

由于鎂元素具有較為活潑的化學特性，易被氧化，在精煉與特殊除渣工藝缺乏狀況下，壓鑄過程中，將回爐料作為原料時，鎂合金液流動性較之成本，要低于后者。為了能夠更為確切的驗證原材料流動性對于鎂合金欠鑄缺陷所產生的實質性影響，分別于不同批次，取成品合金錠與回爐料進行生產，不改變其余工藝參數，經統計得知，回爐料欠鑄廢品率為23.4%，成品合金錠則為19.0%，由此得知，運用成品合金錠作為原料，相比于回爐料，在合金流動性方面要好于后者，能夠降低欠鑄比例。

4.2 提升合金液溫度

為對合金液溫度對鎂合廢品率所產生的影響進行驗證，將合金液的溫度維持在690℃，保持其他工藝參數不變，分用合金錠與回爐料，然后進行生產。經數據統計得知，回爐料廢品率16.2%，成品合金錠廢品率為13.4%。經比較可知，當合金液的溫度維持在66℃時，對欠鑄廢品率進行通解可知，當升高合金液的溫度，無論是成品合金錠還是回爐料，均會使得欠鑄廢品率顯著下降。其中成品合金錠具有最好的工件質量，且具有最低的廢品率。

4.3 提高模具溫度

因合金液溫度會嚴重影響模具溫度，將模溫機溫度分別設置為240℃與280℃，然后將合金液的溫度分設為660℃與690℃，分4次現場監控模具溫度，結果見表1。

從表1得知，當提高合金液的溫度后（30℃），模具溫度也會隨之而得到提升（20℃左右），但提升模溫機40℃后，此時的模具溫度僅提了5℃左右。經深入分析得知，可能是模具加熱流道在設計上存有問題，將模溫機原定溫度提高，難以將模具溫度提高。

5 結語

總而言之，當提高模具溫度及合金液溫度之后，便會增加合金液的流動性，還可大幅提升充型能力，顯著降低欠鑄廢品率。運用成品合金錠進行生產，能夠降低廢品率，但幅度并不大，可通過改善壓鑄工藝條件，將廢品率高及回爐料流動性差的問題予以解決。

參考文獻

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