１、壓鑄件氣孔、縮孔產(chǎn)生原因

      在壓鑄生產(chǎn)中，由于受到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)、壓鑄工藝等多種因素的影響，壓鑄件常會(huì)存在一些缺陷，如氣孔、澆不足、縮孔、冷隔、氧化夾渣等。這些缺陷影響著產(chǎn)品的外形尺寸、力學(xué)性能、疲勞強(qiáng)度、高壓下的滲透性等�？s孔、氣孔是影響壓鑄件高壓滲透性的主要因素。

       壁厚不均勻的壓鑄件易在厚大的熱節(jié)部位產(chǎn)生縮孔，縮孔產(chǎn)生的原因是凝固時(shí)體積收縮造成的。 以ADC12合金為例，其在高溫液態(tài)時(shí)的密度為2.6g／cm³，而凝固后為2.7g／cm³，約有4%的密度差，因此，在沒(méi)有外來(lái)補(bǔ)縮情況下將會(huì)造成4%左右的縮孔，縮孔截面往往呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則的形態(tài)。

      氣孔是在金屬液壓射過(guò)程中卷入了料筒、型腔內(nèi)的空氣以及沖頭潤(rùn)滑油、脫模劑產(chǎn)生的氣體并無(wú)法排出，從而被充填至模具內(nèi)部形成氣孔，氣孔一般為圓形。

       在多數(shù)情況下，在鑄件出現(xiàn)氣孔、縮孔時(shí)，可以通過(guò)修改澆口位置、增添渣包、修改工藝參數(shù)（如鋁液溫度，低速和高速點(diǎn)切換位置，壓鑄壓力等）來(lái)有效提高產(chǎn)品合格率。但是對(duì)于一些局部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均、壁厚懸殊處離澆口較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)端位置不在分型面上而無(wú)法設(shè)置渣包和排氣槽的零件，僅通過(guò)調(diào)節(jié)壓鑄工藝參數(shù)，無(wú)法使缺陷得到改善。采用局部擠壓是減少關(guān)鍵部位氣、縮孔的重要方法。

２、局部擠壓原理和結(jié)構(gòu)

       局部加壓是在模具內(nèi)直接安裝油缸，對(duì)產(chǎn)生縮孔的部位直接進(jìn)行加壓，抑制縮孔，以獲得高質(zhì)量的壓鑄件。局部加壓結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。在金屬液充型完成之后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，亦即在鑄件凝固過(guò)程中，金屬液在型腔中處于半固態(tài)時(shí)，在最后凝固的厚壁處通過(guò)擠壓桿施加壓力以強(qiáng)制補(bǔ)縮來(lái)減少或消除該處的縮孔、氣孔缺陷，提高壓鑄件加壓滲漏檢測(cè)的通過(guò)率。

圖１　壓鑄中局部加壓結(jié)構(gòu)示意圖

1.擠壓油缸　2.擠壓銷(xiāo)　3.模腳　4.動(dòng)�！�5.擠壓套　6.型腔　7.定模 8.壓射活塞　9.壓射室　10.頂桿　11.頂桿固定板　12.頂桿底板

      局部擠壓結(jié)構(gòu)主要由擠壓油缸、擠壓銷(xiāo)、擠壓襯套及相關(guān)連接裝置組成，其用于擠壓的結(jié)構(gòu)裝置可根據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝在�？颉⒛Ｐ旧�，見(jiàn)圖2。

　　1.擠壓銷(xiāo)　2.擠壓襯套　3.連接板　4.抱環(huán)　5.連接板　6.擠壓油缸

      局部擠壓成形方式主要分為以下兩種，見(jiàn)圖3。一種是在鑄件成形表面進(jìn)行加壓作用，鑄件被加壓的部位比實(shí)際高度高出一定距離，以免把鑄件表面層冷料擠入鑄件內(nèi)部，高出部分則直接通過(guò)后續(xù)機(jī)加工去除，同時(shí)側(cè)壁單邊留2mm。

       以上，避開(kāi)硬質(zhì)層，見(jiàn)圖3a；另一種是在鑄件的厚壁部位設(shè)置局部擠壓設(shè)備，

直接壓鑄鑄件底孔，見(jiàn)圖3b。

（ａ）不能直接局部擠壓 （b）直接局部擠壓圖

圖３局部擠壓成形方式

３、局部擠壓工藝的主要工藝參數(shù)

       在局部加壓工藝中，擠壓深度、擠壓壓力、擠壓開(kāi)始時(shí)間、擠壓結(jié)束時(shí)間是影響加壓工藝效果的主要參數(shù)。

3.1　擠壓深度

       擠壓深度，即增壓壓入量，決定了被壓入鋁液的量。其大小與壓鑄件厚大部位的組織有直接關(guān)系。擠壓深度太小，補(bǔ)入厚大部位的金屬液不夠，補(bǔ)縮不足，達(dá)不到局部減少或消除氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷的目的；擠壓深度太大，不僅需要較大壓力的擠壓油缸設(shè)備，擠壓銷(xiāo)由于溫度過(guò)高也容易損壞，而且擠壓銷(xiāo)容易彎曲。因此需要確定合理的擠壓深度。

       圖4是局部擠壓深度示意圖。方塊體積為Ｖ，材料的體積收縮率為Ｓ，則理想的體積收縮量為Ｖ·Ｓ，就是金屬液補(bǔ)充量，如采用擠壓桿的直徑為ｄ，則可以計(jì)算理想的擠壓深度ｌ為：

       分析擠壓深度的主要目的是為了判斷擠壓延遲時(shí)間的合理性，并為擠壓持續(xù)時(shí)間的設(shè)置提供基礎(chǔ)。

3.2擠壓壓力

       擠壓壓力的大小取決于油缸直徑D。油缸直徑Ｄ過(guò)小，局部擠壓壓力不足，會(huì)造成補(bǔ) 縮不足；油缸直徑Ｄ過(guò)大，會(huì)使油缸體積大，造成浪費(fèi)。

       分析擠出銷(xiāo)受力（見(jiàn)圖５），ｐ為鑄造壓力，ｄ為擠壓桿直徑，ｐ′為擠壓油缸壓強(qiáng)，Ｄ為油缸缸徑。根據(jù)帕斯卡原理有： 

      根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，擠壓壓力為鑄造壓力的3倍以上，可確定

3.3擠壓延遲時(shí)間（擠壓擠入時(shí)機(jī)）

      擠壓延遲時(shí)間為金屬液充填結(jié)束至局部擠壓工藝開(kāi)始實(shí)施的時(shí)間間隔。當(dāng)金屬液處于半固態(tài)狀態(tài)時(shí)開(kāi)始施加擠壓壓力可獲得最佳的擠壓效果。擠壓延遲時(shí)間太短時(shí)，金屬液還處于流動(dòng)狀態(tài)，厚大部位并沒(méi)有增加凝固結(jié)晶壓力，導(dǎo)致擠壓銷(xiāo)變?yōu)樾托�，無(wú)擠壓效果；擠壓延遲時(shí)間太長(zhǎng)時(shí)，金屬液凝固，在模具壁上形成堅(jiān)硬的硬殼，導(dǎo)致擠壓銷(xiāo)受阻，無(wú)法補(bǔ)縮而不能實(shí)現(xiàn)增壓效果。擠壓銷(xiāo)插入的最佳時(shí)機(jī)與被擠壓部位的凝固狀態(tài)和澆口補(bǔ)縮通道有關(guān)。通常擠壓延遲時(shí)間需要在試模時(shí)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定有效參數(shù)范圍，也可以借助CAE分析，根據(jù)擠壓部位的溫度場(chǎng)處于固液共存范圍時(shí)，確定擠壓延遲時(shí)間。

3.4擠壓持續(xù)時(shí)間

      擠壓持續(xù)時(shí)間是指擠壓銷(xiāo)開(kāi)始擠壓直到回退時(shí)所持續(xù)的時(shí)間。擠壓銷(xiāo)過(guò)早回退，由于與擠壓銷(xiāo)接觸部位還未完全凝固，擠壓持續(xù)時(shí)間短，會(huì)造成局部擠壓成形的孔底部破裂；擠壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不僅會(huì)影響效率，而且擠壓銷(xiāo)會(huì)因包緊力過(guò)大而容易拉斷。擠壓銷(xiāo)回退的時(shí)刻要確保其周邊鑄件表面溫度處于固相線(xiàn)以下。影響氣縮孔大小的因素主要是擠壓壓力及擠壓持續(xù)時(shí)間。

４、局部擠壓壓鑄生產(chǎn)實(shí)例

      圖6為某泵體零件，材質(zhì)為A380鋁合金，零件質(zhì)量為1.42kg，壓鑄質(zhì)量（進(jìn)料、渣包、排氣）為2.1kg，其中圓圈部分在X射線(xiàn)探傷儀下顯示氣孔較多，鑄件致密度也偏低，在氣密性檢查中不合格率高達(dá)60%。采用局部擠壓，由于壓鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，將擠壓銷(xiāo)安裝在滑塊中，見(jiàn)圖7。采用CAE分析和實(shí)際壓鑄相結(jié)合，確定擠壓深度為10mm，擠壓延遲時(shí)間為4s，擠壓持續(xù)時(shí)間為8s，壓射比壓為90Mpa，生產(chǎn)出的零件經(jīng)檢測(cè)，氣縮孔達(dá)到了要求。

      圖8為某殼體壓鑄件，其中圓圈的部分在Ｘ射線(xiàn)探傷儀下顯示氣孔較多。通過(guò)局部加壓工藝，在A、B處增設(shè)兩個(gè)擠壓孔，提高了相應(yīng)部位的壓鑄質(zhì)量。

５、結(jié)語(yǔ)

      分析了壓鑄過(guò)程中局部擠壓工藝的主要控制參數(shù)及其對(duì)壓鑄件質(zhì)量的影響。

      實(shí)踐表明，合理確定擠壓深度、擠壓壓力、擠壓延遲時(shí)間和擠壓持續(xù)時(shí)間，可大幅度減少厚壁處氣縮孔，提高壓鑄件的質(zhì)量和合格率。

本文作者：浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院 賈志欣