7075鋁合金缸體壓鑄工藝及品質(zhì)控制
日期: 2021-03-16 作者:鋁合金銷售部 瀏覽: 93次
一、鋁合金壓鑄缸體介紹
7075合金金壓鑄缸體,其尺寸為351mm*334mm*269mm,壁厚為(4±0.4)mm,毛坯質(zhì)量為18.9kg,硬度(HB)為90-110。采用高磷蠕墨鑄鐵缸套,硬度(HB)為220-290,壁厚為4.4mm,桁磨后壁厚為2.8mm。缸體結(jié)構(gòu)包含缸筒、水套、高壓油道、曲軸箱、主軸承座等。
二、鋁合金熔化設備及工藝
熔化采用LPG燃氣爐,其具備上料、熔化及保溫功能,熔化率為3.5T/H,保溫爐容量為10t。為節(jié)省能源,目前,多采用鋁合金液直送工藝,即由鋁合金供應商在廠內(nèi)進行鋁合金液的熔化,將合金液直接送至壓鑄車間保溫爐內(nèi)。
合金牌號為7075,鋁合金錠與回爐料配比為4:6;采用直讀光譜儀檢測出爐前合金液成分;合金液在熔化爐保溫室內(nèi)進行720℃保溫,在進行爐內(nèi)精煉除渣之后,出爐到轉(zhuǎn)運澆包內(nèi);在轉(zhuǎn)運澆包內(nèi)采用氮氣(99.99%)+旋轉(zhuǎn)除氣裝置進行除氣處理,可凈化合金液內(nèi)部殘存氣體及殘渣;通過含氣量檢測裝置進行除氣效果評價,密度指數(shù)=(1-ρ真空/ρ常壓)*100,控制標準為≤1。
三、壓鑄模及澆注系統(tǒng)設計
模具采用六面抽芯結(jié)構(gòu),主要由定模部分、動模部分、成形部分、澆注系統(tǒng)、抽芯機構(gòu)、頂出機構(gòu)、排氣系統(tǒng)、加熱保溫裝置、定位導向系統(tǒng)等組成。壓鑄模材質(zhì)為3Cr2W8V和H13鋼,抽芯棒可采用鈦合金或高溫合金,熱處理后其硬度(HRC)達到45以上,通過表面氮化處理后,壓鑄模具的壽命可達10萬次以上。
通常缸體壓鑄件的澆注系統(tǒng)有兩種形式:單側(cè)澆注系統(tǒng)和雙側(cè)澆注系統(tǒng)。單側(cè)澆注系統(tǒng)一般用于小型缸體,雙側(cè)澆注系統(tǒng)一般用于大型缸體。通過充填和凝固模擬的模流分析軟件,可使?jié)沧⒐に嚥贾玫玫絻?yōu)化。
四、壓鑄機及壓鑄工藝
為獲得高品質(zhì)壓鑄件,溫度、速度、壓力、時間等關鍵工藝參數(shù)必須滿足壓鑄生產(chǎn)的需要。
1.溫度控制
澆注溫度控制在640-680℃。澆注溫度過高,則收縮大,鑄件容易產(chǎn)生裂紋、晶粒粗大、粘模;澆注溫度過低,易產(chǎn)生冷隔、表面花紋和澆不足等缺陷。澆注期間,應確保保溫爐內(nèi)的鋁合金液表面氧化層的及時清理,否則,將可能導致氧化夾雜缺陷。
壓鑄模在使用前要預熱到一定溫度。在連續(xù)生產(chǎn)中,壓鑄模溫度往往升高,溫度過高除使液態(tài)金屬產(chǎn)生粘模外,也導致鑄件冷卻緩慢,使晶粒粗大、頂出變形等。
鋁合金缸體模具加熱使用6臺模溫加熱器,所有的型芯、鑲塊等均采用冷卻水,使模具工作溫度控制在180-200℃范圍內(nèi)。
2.速度和壓力控制
缸體壓鑄件品質(zhì)對壓射工藝參數(shù)的變化非常敏感。
速度過高容易造成鑄件中的氣體增加;過低則容易造成充填不良。
壓射壓力過低,鑄件中氣孔、縮孔等缺陷增加;壓力過高,飛邊及毛刺等缺陷增加,對模具損害也大。
采取合適的壓射速度(壓射比壓),確定合理的速度轉(zhuǎn)換位置,在凝固之前對鑄件實現(xiàn)快速增壓(增壓比壓)。
因缸體尺寸大、結(jié)構(gòu)復雜、壁厚差異大,采用28000kN壓鑄機,設置慢壓射速度為0.2m/s左右,慢壓射行程為400mm,快壓射速度為5.5m/s左右,最終壓力保持在45MPa左右。
3.時間控制
充填時間長短取決于鑄件體積的大小和復雜程度,充填時間與內(nèi)澆口的截面積有密切關系,并與沖頭壓射速度直接關聯(lián)。充填時間最終體現(xiàn)為2級壓射速度,即快壓射速度控制在4-5m/s。
合金液充填型腔完畢,將進入凝固成形階段,此時應立即進行增壓,使合金液在高壓下凝固結(jié)晶,大噸位壓鑄機建壓時間控制在30ms以內(nèi),小型壓鑄機可達到10ms。
持壓時間的長短取決于鑄件的材質(zhì)和壁厚。持壓時間過短容易產(chǎn)生氣孔、縮松;持壓時間過長則鑄件溫度低,收縮大,抽芯和頂出鑄件時的阻力大,不僅出模困難,同時容易引起鑄件開裂,一般取30s。
4.壓鑄自動化生產(chǎn)單元的實現(xiàn)
壓鑄機配備有澆注機械手、噴涂機器人、取件機器人、切邊機等周邊附屬裝置,可實現(xiàn)全自動生產(chǎn),單件節(jié)拍為110s。
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通過轉(zhuǎn)運澆包將成分、含氣量合格的合金液轉(zhuǎn)至壓鑄機前保溫爐內(nèi)進行保溫,溫度控制在640-680℃。
②鑄鐵缸套嵌入
在缸套嵌壓前,缸套需要預熱至90℃,避免鋁合金收縮應力導致的開裂。
?、蹪沧⑾到y(tǒng)清理
采用自動液壓切邊機及切邊模,切除澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)及缸孔內(nèi)飛邊。
5.熱處理
缸體鑄造殘余應力包括熱應力、相變應力及收縮應力。殘留應力降低了鑄件的力學性能,影響鑄件的加工精度。通過24h自然時效后T5處理,可以達到消除殘余應力的目的。
T5處理將導致鑄件硬度(HB)下降8-10,通過提高Cu、Si、Mn的含量及適當降低T5處理的溫度,可得到理想的鑄件硬度。其中,Cu含量的增加,硬度增大效果明顯,但材料成本較高,需通過化學成分和溫度的正交試驗,以確定工藝方案。
硬度測量點見圖1中A、B兩點。
6.粗加工
為確保交付產(chǎn)品滿足后續(xù)精加工定位及加工精度,需對毛坯進行粗加工,以消除鑄造公差。粗加工范圍包含定位孔、主軸承座、缸孔等,均采用加工中心完成。
7.試漏
粗機加后的零件需要進行試漏,分為水套試漏、高壓油道、低壓油腔。試漏過程主要分為充氣、穩(wěn)壓、測量、排氣四個階段。
8.浸滲
針對要求水套泄漏量小于100mL、曲軸箱泄漏量小于500mL的泄漏零件,將進行浸滲處理,使有機浸滲液填補進鑄件的細微氣孔、縮松中,使缸體達到應有的氣密性要求。對毛坯泄漏而言,浸滲只是針對表面縮松、冷隔缺陷零件的返修,其所占比例很小。毛坯在機加工后,厚壁縮松部位才能暴露出來,成品浸滲是重要的返修工藝。
7075鋁合金允許兩次浸滲,浸滲有效率可達99%。
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