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    « 壓鑄件零件設計的注意事項如何解決壓鑄件的縮孔縮松問題? »

    鋁合金壓鑄件缺陷的產生原因

    鋁合金壓鑄件的缺陷及產生的原因

    壓鑄生產中遇到的質量問題很多,其原因也是多方面。生產中必須對產生的質量問題作出正確的判斷。找出真正的原因,才能提出相應切實可行的有效的改進措施,以便不斷提高鑄件質量。

    壓鑄件生產所出現的質量問題中,有關缺陷方面的特征、產生的原因(包括改進措施)分別敘述于后。

    一、欠鑄

    壓鑄件成形過程中,某些部位填充不完整,稱為欠鑄。當欠鑄的部位嚴重時,可以作為鑄件的形狀不符合圖紙要求來看待。通常對于欠鑄是不允許存在的。

    造成欠鑄的原因有:

    1)填充條件不良,欠鑄部位呈不規則的冷凝金屬

    Ø   當壓力不足、不夠、流動前沿的金屬凝固過早,造成轉角、深凹、薄壁(甚至薄于平均壁厚)、柱形孔壁等部位產生欠鑄。

    Ø   模具溫度過低

    Ø   合金澆入溫度過低

    Ø   內澆口位置不好,形成大的流動阻力

    2)氣體阻礙,欠鑄部位表面光滑,但形狀不規則

    Ø   難以開設排溢系統的部位,氣體積聚

    Ø   熔融金屬的流動時,湍流劇烈,包卷氣體

    3)模具型腔有殘留物

    Ø   涂料的用量或噴涂方法不當,造成局部的涂料沉積

    Ø   成型零件的鑲拼縫隙過大,或滑動配合間隙過大,填充時竄入金屬,鑄件脫出后,并未能被完全帶出而呈現片狀夾在縫隙上。當之種片狀的金屬(金屬片,其厚度即為縫隙的大?。┯滞褂谥車兔孑^多,便在合模的情況下將凸出的高度變成適為鑄件的壁厚,使以后的鑄件在該處產生穿透(對壁厚來說)的溝槽。這種穿透的溝槽即成為欠鑄的一種特殊形式。這種欠鑄現象多在由鑲拼組成的深腔的情況下出現。

    Ø   澆料不足(包括余料節過?。?。

    Ø   立式壓鑄機上,壓射時,下沖頭下移讓開噴嘴孔口不夠,造成一系列的填充條件不良。

    二、裂紋

    鑄件的基體被破壞或斷開,形成細長的縫隙,呈現不規則線形,在外力作用下有發展的趨勢,這種缺陷稱為裂紋。在壓鑄件上,裂紋是不允許存在的。

    造成裂紋的原因有:

    1. 鑄件結構和形狀

    Ø   鑄件上的厚壁與薄壁的相接處轉變避劇烈

    Ø   鑄件上的轉折圓角不夠

    Ø   鑄件上能安置推桿的部位不夠,造成推桿分布不均衡

    Ø   鑄件設計上考慮不周,收縮時產生應力而撕裂。

    2. 模具的成型零件的表面質量不好,裝固不穩

    Ø   成型表面沿出模方向有凹陷,鑄件脫出撕裂

    Ø   凸的成型表面其根部有加工痕跡未能消除,鑄件被

    Ø   成型零件裝固有偏斜,阻礙鑄件脫出。

    3. 頂出造成

    Ø   模具的頂出元件安置不合理(位置或個數)

    Ø   頂出機構有偏斜,鑄件受力不均衡

    Ø   模具的頂出機構與機器上的液壓頂出器的連接不合理,或有歪斜或動作不協調

    Ø   頂針頂出時的機器頂桿長短不一致,液壓頂出的頂棒長短不一致。

    4. 合金的成分

    1)對于鋅合金

    A有害雜質鉛、錫和鎘的含量較多

    B純度不夠

    2)對于鋁合金

    A含鐵量過高,針狀的含鐵化合物增多

    B鋁硅合金中硅含量過高

    C鋁鎂合金中鎂含量高

    D其它雜質過高,增加了脆性

    3)對于鎂合金

    鋁、硅含量過高

    5)合金的熔煉質量

    A熔煉溫度過高,造成偏析

    B保溫時間過長,晶粒粗大

    C氧化夾雜過多

    6)操作不合理

    A留模時間過長,特別是熱脆性大的合金(如鎂合金)

    B涂料用量不當,有沉積

    7)填充不良、金屬基體未熔合,凝固后強度不夠,特別是離澆口遠的部位更易出現。

    三、孔穴

    孔穴包括氣孔和縮孔

        1、氣孔

    氣孔有兩種:一種是填充時,金屬卷入氣體形成的內表面光亮和光滑、形狀較為規則的孔洞。另一種是合金熔煉不正確或不夠,氣體熔解于合金中。壓鑄時,激冷甚劇,凝固很快,熔于金屬內部的氣體來不及析出,使金屬內的氣體留在鑄件內而形成孔洞。

    鋁合金壓鑄件內的氣孔以金屬卷入型腔中的氣體所形成的氣孔是主要的,而氣體的大部分為空氣。

    產生氣孔的原因

    1. 內澆口速度過高,湍流運動過劇,金屬流卷入氣體嚴重

    2. 內澆口截面積過小,噴射嚴重

    3. 內澆口位置不合理,通過內澆口后的金屬立即撞擊型壁、產生渦流,氣體被卷入金屬流中

    4. 排氣道位置不對,截面積不夠,造成排氣條件不良

    5. 大機器壓鑄小零件,壓室的充滿度過小,尤其是臥式冷壓鑄機上更為明顯

    6. 鑄件設計不合理。a形成鑄件有難以排氣的部位; b局部部位的壁厚太厚

    7. 待加工面的加工量過大,使壁厚增加過多。

    8. 熔融金屬中含有過多的氣體

    2、縮孔

    鑄件凝固過程中,金屬補償不足所形成的呈現暗色、形狀不規則的孔洞,即為縮孔。其原因有:

    I.   金屬澆入溫度過高

    II.  金屬液過熱時間太長

    III.  壓射的最終補壓的壓力不足

    IV.  余料餅太薄,最終補壓起不到作用

    V.   內澆口截面積過?。ㄖ饕呛穸炔粔颍?/span>

    VI.  溢流槽位置不對或容量不夠

    VII.  鑄件結構不合理, 有熱節部位,并且該處有解決

    VIII.   鑄件的壁厚變化太大

    在壓鑄件上,產生縮孔的部位,往往是容易產生氣孔的處所 ,故壓鑄件內,有的孔穴常常是氣孔、縮孔混合而成的。

    四、條紋

    填充過程中,當熔融金屬流動的動能足以產生噴濺或雖然聚集成流束,但又相連得不緊密的條件時,邊界——凝固層便具有“疏散效應”,而處于這種狀態金屬在隨后的金屬主流所覆蓋之前,早就凝固,于是,在鑄件表面上便形成紋絡,這就是壓鑄件上常見的條紋。鋁合金鑄件上條紋最為明顯,而在鑄件的大面積的壁面上,就更為突出。

    這種條紋呈現不同的反射程度,有時比鑄件的基體的顏色稍暗一些,有時硬度上也稍有不一樣。根據工廠初步測定條紋的深度約在0.2毫米以內,而深度為0.05毫米起,外觀就已經明顯地看出來。

    對條紋作化學的、攝譜的和金相的研究發現,條紋與鑄件本身相同的化學成分,可而條紋不是硅偏析、渣滓、污損,也不是合金的其它化學本性原因造成的。條紋的深度僅0.08~0.20毫米。有時條紋有著清晰的邊界,有時條紋與鑄造組織混雜在一起,看不到明顯的過渡區。條紋的微觀組織基本上沒有不同于主要組織,只是它更細致一些。對于鋁合金來說,條紋內鋁—硅共晶組織更加細致,合金組元中的金屬間化合物也是如此。條紋也呈現硅的不足(暗的組成物),但沒有發現化學上的差異。在條紋更細的組織中,硅的分布也不一樣,既然硅比鋁要黑些,因而條紋的顏色常??磥砀?。

    綜上所述,壓鑄件表面的條紋,是填充過程中必然發生的結果,尤其是鋁合金鑄件的表面更為突出,而條紋的組織和性質對于壓鑄件的使用來說,在一般的情況下沒有影響的。只有在壁很薄時,才對條紋的深度有限制。至于在光飾要求高的表面上則還是不應該存在的。

    既然條紋是由于邊界——凝固層的“疏散效應”所形成,而根據填充過程的特性,便可對產生這種“疏散效應”的原因作如下的分析:

    I.  填充時,劇烈的湍流將氣體卷入金屬流中,從而對金屬流速產生彌散作用。

    II.  在填充過程中,鑄件的外殼層(邊界——凝固層)常常不是整個地同時形成的(在填充理論的敘述中已經提到)在尚未形成殼層的區域便出現“疏散效應”。對于有大平在面的鑄件,在大的平面壁上就更為明顯。

    III.  模具溫度低于熱平衡條件所應有的溫度,使“疏散效應”更為強烈,產生的區域亦大為增多。

    IV.  金屬流撞擊型壁而產生濺射所造成的“疏散效應”十分明顯,當撞擊后的金屬分散成密集的液滴,便成為麻面。這就是鑄件表面上總是帶有強烈的濺射痕跡的原因。正對內澆中的型壁是撞擊濺射最常見的區域。

    V.  涂料涂層不勻,厚的部位受到金屬流的熾熱混雜在金屬中,并使金屬產生“分隔”,從而造成“疏散效應”。

    VI.  涂料局部沉積而氣體又未揮發干凈,余下的氣體被金屬流所包卷,對金屬流產生彌散作用。

    VII.  排溢系統不合理,逸氣不通暢,型腔中的氣體過多,金屬流因氣體而彌散的作用增強。

    根據條紋產生的原因,可見其深度是隨時變化的。所以,生產中,常常按深度的不同,將條紋分別稱為花紋、流痕、麻面和冷紋等等。而冷紋的深度則是條紋中最深的一種。

    五、表層疏松

        壓鑄件的外殼層(邊界——凝固層)一般約為0.5~0.8毫米左右。在這個殼層(也稱表皮層)上有一種呈現松散不密實的宏觀組織,即為表層疏松。

        表層疏松的形成的原因與條紋相似,故其性質也很接近,也是有時有清晰的邊界,有時則無明顯的過渡區。但其深度則較條紋更深一些,而且總是與涂料過多而沉積有關,因此,表層疏松的顏色比條紋更為灰暗,反射更差。有時,也帶有涂料受熾熱而燒灼的顏色,所以有時這種還與涂料的本色有關。

    深度很淺的表層疏松,一般來說沒有妨礙,但光飾(涂覆)則不允許存在。

    六、冷隔

    金屬流互相對接或搭接但未熔合而出現的縫隙,稱為冷隔。對于大鑄件來說,冷隔這種缺陷出現較多。

    出現冷隔的部位通常是離內澆口遠的區域。它是由于金屬流分成若干股地流動時,各股的流動前沿已呈現冷凝狀態(稱為凝固前沿),但在后面的金屬流的推動下,仍然進行填充,當與其相遇的金屬流同樣具有凝固前沿時,則相遇的凝固層不能再熔合,其接合處便呈現縫隙,這種縫隙便稱為冷隔。嚴重的冷隔對鑄件的使用有一定的妨礙,應視鑄件的使用條件和冷隔的程度而定。

    產生冷隔的原因有:

    1.  金屬流在型腔中分成若干股地進行填充

    2.  溢流槽位置與金屬流股匯集處不吻合

    3.  合金澆入溫度過低

    4.  模具溫度過低

    5.  內澆口速度太小

    6.  金屬流程過長

    七、凹陷

        鑄件表面上的癟下部位稱為凹陷,產生的原因有

    1.  鑄件的熱節部位填充滿(內部有空洞),收縮時,表皮層雖有一定的強度,但在不破裂的情況下,仍然受到內部的收縮作用而表面呈現凹陷,即稱為縮凹。

    2.  填充時,氣體被擠在金屬流與型腔壁面之間而未被排除出去,該處即出現凹陷。這凹陷的表面光潔,多出現在型腔難以排氣,而鑄件則是端旁邊緣部位上。

    3.  在機器壓射機構的性能較差(如舊的立式機器)的情況下,當工作液壓力不穩定,壓射壓力也不穩定。推動金屬的壓力不連續,造成鑄件的表皮層不止一次地形成,但是每次表皮層的邊緣位置不同,前一次的表皮層有部分邊緣未被后一次所覆蓋,便產生條狀的凹陷。

    4.  模具型腔有殘留物,這在前面對產生欠鑄的原因中已經提到過。但產生時凹陷,型腔的殘留物并不一定是片狀,而是帶有不規則的各種形狀,殘留物高出型面的高度也不大,故鑄件的入深度也較淺。

    八、氣泡

        鑄件表皮下,聚集氣體因熱脹將鑄件表面鼓起的泡,稱為氣泡。氣泡的表皮仍然是壓鑄表皮。產生的原因有:

    1.  型腔內氣體過多

    2.  模具溫度過高(或冷卻通道失去作用)。

    九、擦傷

        鑄件的表面順著出模方向的拉傷痕跡,即為擦傷。它有兩種特征:

    1.  金屬流撞擊型壁后,引起金屬對型壁的強烈焊合或粘附(如同將稠糊狀泥漿用力擲在墻上的粘附現現象一樣,用力愈大,粘附愈多),而當粘附部位在脫模時,金屬被擠拉而把表皮層撕破,鑄件該部位就出現拉傷。

    2. 鋁合金壓鑄廠模具成形表面質量較差時,鑄件脫模造成拉傷,多呈直線(脫模方向)的溝道,淺的不到0.1毫米,深的約有0.3毫米。

    擦傷嚴重時,便產生粘模,鑄件甚至脫不出來。擦傷現象以鋁合金最為嚴重

    產生擦傷的原因有:

    1.  成形表面斜度過小或有反斜度。

    2.  成形表面光潔度不夠,或加工紋向不對,或在脫模方向上平整度較差。

    3.  成形表面有碰傷。

    4.  涂料不足,涂料性質不合要求。

    5.  金屬流撞擊型壁過劇。

    6.  鋁合金中含鐵量過低(小于0.6%)

    7.  金屬澆入溫度過高。

     下一篇:壓鑄件零件設計的注意事項

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