汽车用铝合金半固态零件触变压铸工艺研究

1、汽车用铝合金半固态零件触变压铸工艺研铸造技术f0undrytechn0i()gyvo1.26no.9sep.20059有色合金及特种铸造工艺non.ferrousalloyandltsmelting&technologyandequipmentforspecialcastingpocess?汽车用铝合金半固态零件触变压铸工艺研究张志峰，田战峰,杨必成，徐骏，石力开(北京有色金属研究总院复合材料工程技术研究中心，北京100088)摘要:针对半固态触变压铸工艺特点,对国产j1128卧式冷室普通液态压铸机的压 射系统和模具系统进行了结构改进，对压铸工艺参数进行了优化选择，并采用半固态

2、专用铝合金aisimg:和商用铝合金a357 开展了半固态触变压铸试验研究结果表明:半間态触变压铸工艺与普通液态压铸有很大的不同，在压射室和模具预热温 度分刚为100°c和250°c,低压压力为4.0mpa,射料二速工作压力为12mpa,增压压力为20mpa,快压射速度为1.4m/s每 件下可获得充型完好的汽车用铝合金半固态零件.关键词:铝合金;半同态;触变压铸中图分类号:tg146.22;tg379文献标识码:a文章编号:10008365(2005)09077004investigationonsemi一 solidthixo-diecastingprocessingof

3、automobilealuminumalloypartzhangzhifeng,tianzhanfeng,yangbicheng,xujun,shi 1 .ikai (generalresearchlnstitutefornonferrousmetals.beijing 100088,china)abstract: accordingtothecharacteristicofthesemisolidthixo一diecastingprocessing.theextrusionsystemand diesystemofj1128horizontaldiemachinemadeathomewere

4、improved.andtheparameterso fdiecasting processingwereoptimized.andmuchexperimentalinvestigationonsemi 一 solidthixo 一 diecastingprocessingwasmadebyusingbothsemi一solidalloyalsi6mg2andcommercialalloya357.resultsshowthat,theparametersof semi solidthixo diecastingprocessingaredifferentfromtheonesoftradit

5、ionaldie casting,andsound automobilealuminumalloypartcanbeobtainedwhenthetemperatureofcontaineranddieare 100 °c and 250oc,respectivelyjowpressureis4.0mpa,secondextrusionpressureisl2mpa.andfastext rusionvelocityisl.4m/s.key words: aluminumalloy;semi一solid;thixo一diecasting铝合金半固态触变成形技术因工艺可控性强，过程较稳

6、定且易操作,因而较快地进入了工业化生产11.口前，欧美，口本等工业发达国家的研究处于领先水平，已进入工业应用阶段,商业化生产铝合金半固态成形零件的发展势头在逐年增加国内从20世纪90年代开始此技术的研究与开发.经过十多年的发展，在半i古i态金屈触变成形技术的理论研究和工业应用方面取得了很大进展，已经具备了向产业化转化的技术基础本文介绍了在国家”863”计划的支持下，在铝合金半固态触变压铸技术工业化应用方面所做的研究工作.收稿口期:20050809;修订口期:20050819基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目 (2002aa336080)作者简介:张志峰(1970),内蒙古土

7、右旗人，博士，高工主要从事金 属半固态加工技术研究email:zhangzfgrinm,corni普通液态压铸机的改进目前，瑞士布勒，德国富来,日木东洋等国际着名 压铸机制造商已开发出专门的半固态压铸机，国内 目前尚没有供半固态成形专用的压铸机半固态压铸 机与普通压铸机主要不同z处在于:半固态压铸机压 射比压大，压射室直径大,对模具温度和压铸参数的控 制要求高因此需要在传统液态压铸机的基础上进行 改进，以适应半固态触变成形的需要，这里改进主要涉 及到压射系统和模具系统.1.1压射系统的改进图1(a)是液态压铸所用的压射室实物图,压射室 肓径为060mm.液态压铸时在保证金属液可顺利浇 入的情况

8、下压射室开口应尽可能小，以防压射时速度 过快造成金展液的飞溅而半i古i态压铸时，应根据零 件大小及模具设计情况计算所需合金质量，在保证一 定压余的情况下确定半固态坯料的合理尺寸.坯料直 径应略小于压射室直径,保证坯料二次加热后能顺利 压入压射室，压射室开口除了要加长至大于坯料长度铸造技术9/2oo5张志峰等:汽车用铝合金半固态零件触变压铸工艺研究:! 11_: 外(图lc),开口深度应加深至压射室直径处,从而保 证可放入最大直径的半固态坯料此外，为了增加压射比压，将压射室直径增加到070mitl 随着压射室开口的加长，整个压射室长度随z 加长，为与之配合，压射冲头和压射杆的长度响应缩 短,保证

9、冲头前沿处于压射室开口外侧但是半固 态压铸时压射室开口最好不要开至压射室顶端（见 图 lb）.图1普通液态压铸与半固态压铸所用压射室结构比较fig. 1 coniparisononcontainerusedbytraditionalandsemi一soliddie-casting 1.2模具系统的改进 铝合金半固态触变压铸用模具的横浇道和内浇道 设计与常规铝合金压力铸造完全不同,它们必须大到 足以充填型腔.基于半固态压铸模具设计的特殊性要求,本实验 中半固态压铸模具设计主要体现在以下几个方面:浇 道流程尽可能缩短;内浇道尺寸比液态压铸更宽更厚， 但过宽过厚对薄壁件的充型和铸件表面质量不利;多

10、开集渣包,防止半固态坯料表面形成的氧化膜对成形 件性能造成不利影响图2为本实验所用压铸模具外 观图根据前期半固态压铸实验情况,对半固态模具 进行了如下改进:内浇道尺寸由原来的31ti1ti增厚到 4.5mltl;横浇道由原来的7mm增厚到15mitt;多增 加了 2个溢流槽和排气槽.此外，新增加了 6个挡渣 包用来减少铸件内的氧化皮，其尺寸为30mltlx 30mmx12mill.图3为模具修改后压铸零件外观图.图2本实验所用修改后压铸模外观图fig.2appearanceofmodifieddieintheexperiment2压射参数的优化选择2.1压射速度 半固态压铸的慢压射行程可以明显

11、缩短，而且较快的慢压射速度也不会出现卷气现彖快压射速度的 大小则直接影响金属液的填充速度，其速度大小与型 图3模具修改后压铸零件外观图fig.3appearanceofmodifieddie-castingpart腔容积，型腔数,压射头直径和填充时间有关填充速 度可以用内浇道速度来表示.在这里,内浇道速度的 调整主要通过调整压射头速度,改变压射室直径和压 射头直径，改变内浇道截面积来实现.图4为不同快 压射速度条件下获得的压铸零件外观写真，图4(a) (c)分别为快压射速度1.0,1.4,1.8m/s时所获得的 零件外观图.从图中可以看出,随着快压射速度的增 加，零件的充型性能逐渐变好但是并不

12、是越快越好， 实验中发现，当快压射速度过快(见图4c),导致半固 态浆料的充型前沿不平稳,充填顺序会发牛改变，零件 的外观质量反而变差因此快压射速度在1.4m/s 左右较好.2.2压射压力半固态压铸吋所需的压射力(包括压射压射力和 增压压射力)和比压(包括压射比压和增压比压)都要 大于普通液态压铸图5是在低压压力4.0mpa,改 变二速压射压力时零件的外观写真.图5(a)图5(c) 分别为射料二速工作压力为& 10,12mpa时所获得 的零件外观图由图5可以看岀，当二速压射比压较 小时，充型效果不佳,浆料未填充完毕就凝固完成，表 明充填时间太长;随着二速压射比压的增加，零件的外?772

13、?f0undrytechn0i0gyvoi.26no.9sep.2005观质量明显改善.但是当二速压射压力增加到一定值 后,零件的外观质量变化不明显，浇不足缺陷仍然存 在.而此时合理的增压比压至关重要.图6为改变增 压比力时零件的外观写真图6(a)图6(c)分别为 增压比压为10,20,30mpa时所获得的零件外观图. 研究发现,高的增压比压会使铸件的外观轮廓更为清 晰.与液态压铸不同的是，半固态压铸所用浆料温度 不高,充填过程中浆料凝固补缩小，如果一味 提高增压比压则改善效果并不明显图6(b),图6(c)的 零件外观儿乎没有什么差别.(a) 1 .om/s(b) 1.4m/s(c) 18m/

14、s图4不同快压射速度对改善压铸零件表面质量的影响 fig.4effectoffastextrusionvelocityonsurfacequalityofdie一castingpart (a)4mpa(b)8mpa(c) 12mpa图5不同二速压射比压对改善压铸零件表面质量的影响 fig.5effectofsecondextrusionpressureonsurfacequalityofdie-castingpart 图6不同增压比压对改善压铸零件表面质量的影响fig.6effectofsupplementextrusionpressureonsurfacequalityofdie-casti

15、ngpart 2.3模具和压射室温度考虑到半固态金属的凝固热量比液态金属小得多， 所以模具冷却强度(包括追加冷却，自然散热，喷涂等) 要比液态压铸小.半固态压铸过程屮的温度参数主要 是压铸型的温度和压射室的温度模具温度的控制是 保证半固态压铸过程充型良好和质量合格的关键参数 之一.半固态压铸时，需要对压射室和压射头进行预 热，主要目的是要防止半固态坯料在压射室中的温降过 大由于压射头和压射室间隙过大而造成的卡住现彖 的可能性在半固态压铸过程中大大减小本实验中采 用远红外线预热模具，使用液态金属预热压射室和压射 头.液态压铸铝合金时，模具工作温度一般为150 180°c,而半固态压铸模

16、具温度一般要比液态压铸所需 的模具温度高，同时要求模具各个部位温度均匀稳定.图7考察了不同模具预热温度对零件外观质量的影响， 图7(a)图7(c)分别为模具温度为50,150,250所获得铸造技术9/2oo5张志峰等:汽车用铝合金半固态零件触变压铸工艺究?773? 的零件外观图图7可以看出.模温较低时，冷隔浇不 足缺陷突出;随着模具预热温度的增加,零件外观质量 明显改善;当模具预热温度在250oc时能够获得轮廓清 晰,表而充填优良的零件但是同时也发现，模具温度 并非越高越好，当模具温度太高时，一方面零件容易粘 模,另一方面零件在顶岀是容易开裂.在水泵盖的半固态压铸工艺稳定后，进行了小批 量压铸

17、生产.将半固态压铸的水泵盖毛坯按常规工序 加工成产品零件后抽样进行了水密性试验，合格率达 到90以上，比原工艺提高了 15.图8是对常规压 铸和半固态压铸的泵盖的剖面进行了比较，可明显看 出半固态压铸有效地避免了气孔等缺陷.(a)50oc(b)150°c(c)250°c图7不同模具预热温度对改善压铸零件表面质量的影响f 谊.7effectofpreheateddietemperatureonsurfacequalityofdie-castingpart(al液态压铸件(bl半固态压铸件图8常规压铸和半固态压铸泵盖的剖面质量比较fig.8comparisononsection

18、qualityofpumplidwithconventionaldie-castingandsemisoli ddie-casting3 结论 proc.ofthe4thint.conf.onsemi一solidprocessingof通过对国产 j1128 卧式冷室压铸机的压射系 alloy sandcompositesec.sheffield,england, 1996-统，模具系统的结构改进和压射参数的优化选择，可以229-233?满足半固态触变压铸的需要.2mertonc?fiemings?ssm:soreethoughtsonpast采用半固态专用铝合金 aisi.m&和商用铝 inilestonesand.thephaheada?proc.ofthe6th合金a357进行的大量半i占1态触变压铸试验显示，在lint.c/,?.,sm.p.i,g.a.y，d 压室和模具预热温度分别为1jc和