提高铝合金铸件的性能 为汽车轻量化发展做出贡献

1、 提高铝合金铸件的性能提高铝合金铸件的性能 为汽车轻量化为汽车轻量化发展做出贡献发展做出贡献 公司名称：济南慧成铸造有限公司公司名称：济南慧成铸造有限公司 先后引进了日本东芝、先后引进了日本东芝、东洋、宇部公司东洋、宇部公司 160T 160T / 280T / 350T / 650T / 280T / 350T / 650T / 800T / 1250T / / 800T / 1250T / 1600T/2000T1600T/2000T压铸机压铸机2525台；台； 加工中心加工中心3030台、数控车台、数控车床床6 6台、台、其其它加工设备它加工设备160160余台；余台； 拥有光谱分析仪、

2、三坐拥有光谱分析仪、三坐标、无损探伤等检测设标、无损探伤等检测设备。备。生产领域生产领域 公司主要生产铝合金公司主要生产铝合金压铸件和重力铸造件压铸件和重力铸造件及加工件产品。及加工件产品。 产品涉及到摩托车、产品涉及到摩托车、汽车、游艇等多个领汽车、游艇等多个领域。年综合产能达一域。年综合产能达一万吨。万吨。公司技术力量强大，拥有高素质的专业技术人才队伍，具备模具设计、工艺开发、产品加工等能力.公司先后通过了QS9000、ISO9001、TS16949国际质量体系认证、ISO14001环境管理体系认证和国家二级安全企业认证。 我公司是“山东省高新技术企业”。公司技术开发中心是“济南市级技术中

3、心”。山东省理化检测二级单位. 2010年5月，慧成公司被中国铸造协会评为首届铸造行业分行业排头兵企业。公司注册的“慧成”商标被认定为济南市著名商标,公司生产的产品被评为山东名牌产品。 慧成公司坚持“市场主导，科技为本，品牌立业，诚信做人”的经营理念和“追求完美品质，满足顾客需求”的质量方针，以优质的产品和全方位的服务赢得了国内外客户的广泛赞誉。 汽车发展中不断对节能、环保、安全和轻量化等方面提出更高要求，这些性能的提高都和有色金属的性能提高和品种的扩大有直接关系。目前，我国汽车企业和合资企业中的中高档、高档轿车都在逐步换型和提高产量，对有色金属材料会提出更高要求。有色金属在汽车中的应用非常广

4、泛，其中更以铝镁合金为主。作为有效的节能手段，汽车轻量化技术已经成为汽车工业发展中的重要研究课题之一。轻金属材料对于汽车产业的重要意义轻金属材料对于汽车产业的重要意义 （1）苛刻的安全法规要求用提高汽车主动安全性和被动安全性的眼光来完善汽车的安全设计 ； （2）选用轻金属材料是节油和降低排放的重要方法； （3）选用轻金属材料是提高汽车动力性、舒适性和提高竞争力的方向 因此，轻金属替代钢铁材料是汽车发展的重要方向，世界各大汽车公司都争相开发轻金属材料，但是轻金属产品在生产利用过程中经常会出现致密性能差、内部疏松、抗拉强度低等特点，这些都长期影响着其在汽车零部件中的广泛应用。 为有效扩大汽车产业发

5、展过程中轻金属合金产品的利用范围，并结合我公司主营业务的生产需要，在提高铝合金压铸件的性能上我们进行了以下几个方面的研究： 1、深入研究模具设计，利用铸造模拟软件-防治于未然 2、铝合金压铸件的真空压铸技术攻关-减少气孔 3、压铸件局部挤压工艺的开发与试验-减少缩松 4、细型芯的冷却技术的研究-细节决定成败 5、新型替代材料的研究-放眼未来 铝合金压铸、注塑等行业都是模具依赖型行业。其模具的设计的先进性和制造的精确性，是后续量产时具有良好的工艺性和高的合格率的保证。 而压铸模具的费用昂贵少则数十万，高则上百万。不能允许我们有任何的闪失。 计算机模拟软件被广泛认为是优化工艺设计的必备工具。美国、

6、日本、德国等国的压铸企业十分重视CAD/ CAE 技术在产品生产工艺设计上的应用，并取得了一定成果。压铸模拟软件能够系统地研究缩孔、缩松与铸件壁厚差，浇道设计，模具局部加热或冷却之间的关系，并给出相应判据。利用模拟结果调整模具的设计方案，绘制PQ平方图，综合考虑多种因素的影响，最终确定生产工艺中采用的最佳工艺参数值。深入研究模具设计，利用铸造模拟软件深入研究模具设计，利用铸造模拟软件-防治于未然防治于未然举例：某壳体充填过程的铝液流动情况充填结束过程产生的缺陷 困气 充填结束时在这些部位包含有一定的气体，很有可能在这里与金属流体发生反应，形成氧化膜。铸件凝固顺序15432 固化结束时的缩孔缺陷

7、启动收缩预测设定分析启动收缩预测设定分析（Shrinkage & Porosity）预测固化最后固化区域的收缩量。结果中可得知缩孔的位置甚至是缩孔的大小。从图中我么可以看到在制品本体上有三处缩孔（红色圆圈所示） 铝合金压铸件的真空压铸开展技术攻关，主要涉及高真空压铸的相关关键技术,包括真空截止阀、真空系统、模具的密封结构、涂料、浇注系统等。并以某高性能铝合金为对象,实验研究了高真空压铸下试样的力学性能和组织。 下面就我公司在开展压铸件抽真空试验过程中的一些经验和做法与大家进行交流。铝合金压铸件的真空压铸技术攻关铝合金压铸件的真空压铸技术攻关-减少气孔减少气孔 由于压铸是一个高速填充的过

8、程，一般在0.010.08内完成充填，其内浇口的速度为2050/,如此快的充填速度，气体很难进行有效的排除。设计者在设计模具时，经常因如何解决模具型腔中的气体而大伤脑筋，并经常采用以下几种方式作为有效的排气手段：1.排气槽。2.激冷式波形排气块。3.拼块式或顶杆式（利用模具拼块的间隙排气）。 然而以上这些传统的模具排气方式并不能解决模具型腔内的大量气体，有时还因液压在收缩时产生的压力造成模具吸气。那如何才能有效的将模具型腔内气体排除呢？-抽真空抽真空真空压铸技术简介 真空压铸技术真空压铸法是将型腔中的气体抽空或部分抽空，降低型腔中的气压，以利于充型和合金熔体中气体的排除，使合金熔体在压力的作用

9、下充填型腔，并在压力下凝固而获得致密的压铸件。真空压铸法与普通压铸法相比具有以下特点：(1)气孔率大大降低；(2)真空压铸的铸件的硬度高，微观组织细小；(3)真空压铸件的力学性能较高。真空压铸以抽除型腔中的气体为主，主要有两种形式：(1)从模具中直接抽气；(2)置模具于真空箱中抽气。采用真空压铸时，模具的排气道位置和排气道面积的设计至关重要。排气道存在一个“临界面积”，其与型腔内抽出的气体量、抽气时间及充填时间有关。当排气道的面积大于临界面积时，真空压铸效果明显；反之，则不明显。真空压铸技术简介抽真空工艺要求确认抽真空工艺要求确认抽真空抽真空工艺要工艺要求求模具设模具设计计 真空泵真空泵设计设

10、计设备状设备状况况工作压力工作压力选择选择信号输出信号输出选择选择模具排溢模具排溢系统设系统设计计模具真空模具真空接口设计接口设计动静模板动静模板平面度平面度模具密封模具密封设计设计真空泵真空泵制作制作A-A剖视图中，圆柱形凹槽的深度为23.5，气体很难排除。合金液沿黑色箭头中的加强筋进行充填，并在气体没有排除来前将模具上的排溢系统封死，造成气体无法排除，从而形成气孔案案 例例技术方案的实施技术方案的实施1. 模具浇排系统设计： 由于我们采用的是外部抽真空法，因此通过产品的结构与计算公式，我们得出浇排系统的位置与面积尺寸。WWWW深12深10深8深8深1深12深12深12深12深12深12深1

11、2深R3深5深1.5深R3深12深12我们根据气体排除时间，行了排气槽面积、位置计算。根据充填时间进行内浇口面积计算，并制作模具2.模具密封设计，抽真空接口设计图示密封槽一周凹15凹15凹15凹15技术方案的实施技术方案的实施 工作原理如下： 根据真空泵产生的负压原理，在压射冲头在进入注料口后，打开真空泵上的抽气截流阀，并连接流量真空源，从而将模具内的气体抽出，已达到相对真空的效果：真空设备技术方案的实施技术方案的实施工艺实施路线工艺实施路线：合模 压射 抽气节流阀 抽气 压射完成 开模 排气 关闭抽气阀 产生负压 技术方案的实施技术方案的实施 1、铸件目测：、铸件目测： 通过目测我们通过目测

12、我们发现，应用抽真空发现，应用抽真空后的铸件表面光亮，后的铸件表面光亮，没有表面气泡。没有表面气泡。应用抽真空的铸件表面没有气泡技术方案试验确认技术方案试验确认 2、铸件打压、加、铸件打压、加工：工： 通过铸件每班通过铸件每班50件一次进行打压件一次进行打压与机加工检测，我与机加工检测，我们没有发现打压漏们没有发现打压漏气与加工气孔的现气与加工气孔的现象。象。每班加工的铸件打压记录表技术方案试验确认技术方案试验确认 3、 X光无损检测：光无损检测： 我们应用我们应用X光无光无损检测对内部质量损检测对内部质量进行了观察，发现进行了观察，发现应用抽真空工艺的应用抽真空工艺的铸件内部没有孔洞。铸件内

13、部没有孔洞。应用抽真工艺的铸件没有发现孔洞技术方案试验确认技术方案试验确认抽真空工艺总结抽真空工艺总结 抽真空工艺的成功开发为铸件在气密性问题抽真空工艺的成功开发为铸件在气密性问题上又增加了一种新型技术工艺，不仅产品质量有上又增加了一种新型技术工艺，不仅产品质量有了更高的保证，而且为公司开发汽车高强度零部了更高的保证，而且为公司开发汽车高强度零部件的过程中增加了筹码。我们相信随着工艺的逐件的过程中增加了筹码。我们相信随着工艺的逐渐成熟，在以后的工艺实施中我们会创出更高的渐成熟，在以后的工艺实施中我们会创出更高的成绩。成绩。局部挤压的开发与试验局部挤压的开发与试验 缩孔、缩松是传统压铸中压铸件内

14、部普遍存缩孔、缩松是传统压铸中压铸件内部普遍存在的收缩性缺陷。其主要体现在其致密性不好导在的收缩性缺陷。其主要体现在其致密性不好导致的加工孔洞与压检漏气现象，属于其工艺特性致的加工孔洞与压检漏气现象，属于其工艺特性。其形成原因是铸件内部不能补缩而产生的真空。其形成原因是铸件内部不能补缩而产生的真空孔隙。对气密性要求高的产品，缩孔、缩松的出孔隙。对气密性要求高的产品，缩孔、缩松的出现会导致产品报废。因而根据公司产品情况，解现会导致产品报废。因而根据公司产品情况，解决缩孔、缩松问题将会给公司从产品质量到成本决缩孔、缩松问题将会给公司从产品质量到成本控制上上一个新的台阶。控制上上一个新的台阶。 局部

15、挤压简介 局部挤压压铸法是在模具型腔内部液体填充局部挤压压铸法是在模具型腔内部液体填充结束后，在凝固的过程中对模腔内的一部分直接结束后，在凝固的过程中对模腔内的一部分直接加压的方法。通过直接加压可以对凝固收缩量大加压的方法。通过直接加压可以对凝固收缩量大的溶液进行部分补给，从而可以得到致密性好、的溶液进行部分补给，从而可以得到致密性好、收缩孔相当少的压铸产品。当型腔内部充满的铝收缩孔相当少的压铸产品。当型腔内部充满的铝液为半固态时，局部挤压抽芯在高压作用下挤压液为半固态时，局部挤压抽芯在高压作用下挤压铝液，使该部位消除缩孔，已达到组织致密的效铝液，使该部位消除缩孔，已达到组织致密的效果。果。

16、产品选择与状态分析产品选择与状态分析*816边盖是一家国际客户的产边盖是一家国际客户的产品，产品要求油道耐压品，产品要求油道耐压10Kg/CM2 。根据每批次的加工根据每批次的加工统计不良率在统计不良率在7左右左右，而客户，而客户要求的不良率为要求的不良率为0.3，主要原因，主要原因是高压油道处出现的缩孔与缩松是高压油道处出现的缩孔与缩松造成打压漏气的现象。经过分析造成打压漏气的现象。经过分析螺纹孔与高压油道之间的壁厚为螺纹孔与高压油道之间的壁厚为18mm，液体在凝固收缩时没有，液体在凝固收缩时没有补缩造成的孔洞缝隙，是造成缺补缩造成的孔洞缝隙，是造成缺陷出现的主要原因。此产品问题陷出现的主要

17、原因。此产品问题正好符合应用局部挤压法来改善正好符合应用局部挤压法来改善铸件的致密性，在加上我们与客铸件的致密性，在加上我们与客户要求的不良率相差还很远，所户要求的不良率相差还很远，所以我们决定在以我们决定在*816边盖上实施边盖上实施局部加压。局部加压。螺纹孔高压油道*816边盖螺纹孔与高压油道之间的壁厚为18mm局部挤压抽芯局部挤压油缸局部挤压模具原理图 型芯尺寸衬套尺寸 2、局部挤压设备、电路设计：、局部挤压设备、电路设计： 考虑到技术不成熟和设备类型不同等因素，将局部挤压信号控制作成两种控制形式：高速信号延时和增压信号延时，时间继电器的量程为0-5秒。 工作原理如下：3、油缸尺寸选择与

18、设计：、油缸尺寸选择与设计： 油缸直径选用：油缸直径选用：根据公式 P挤压抽芯：P油缸=30 即： F/A挤压抽芯：F/A油缸=30 因F相同，所以： D油缸：D挤压抽芯=30 因挤压抽芯的直径为7，所以油缸活塞直径为： D油缸=38.3 因而我们制作的油缸活塞直径为42 耐高温设计：耐高温设计：因为挤压油缸隐藏在模具静模模框中，工作温度可以达到200-300，为防止工作过程中漏油，油缸密封件采用耐高温的氟橡胶件。挤压油缸油管油管接头1、铸件目测：、铸件目测： 通过目测我们发现，通过目测我们发现，应用局部挤压工艺后的螺应用局部挤压工艺后的螺纹带表面（包括油道孔局纹带表面（包括油道孔局部）非常光

19、亮，没有应用部）非常光亮，没有应用局部挤压工艺的螺纹带（局部挤压工艺的螺纹带（包括油道孔局部）表面不包括油道孔局部）表面不光泽。光泽。应用局部挤压铸件没有应用局部挤压铸件表面不光亮表面光亮2、铸件解剖：、铸件解剖： 通过铸件解剖后的对通过铸件解剖后的对比我们发现，应用局部挤比我们发现，应用局部挤压的铸件组织致密，没有压的铸件组织致密，没有孔洞。没有应用局部挤压孔洞。没有应用局部挤压的铸件有微小孔洞，并且的铸件有微小孔洞，并且孔洞串联。孔洞串联。应用局部挤压铸件没有应用局部挤压铸件组织不致密有孔洞组织致密3、 X光无损检测：光无损检测： 我们应用我们应用X光无损检测光无损检测对内部质量进行了对比

20、观对内部质量进行了对比观察，发现应用局部挤压工察，发现应用局部挤压工艺的铸件内部没有孔洞，艺的铸件内部没有孔洞，没有应用局部挤压的铸件没有应用局部挤压的铸件内部存在大量孔洞。内部存在大量孔洞。应用局部挤压的铸件没有应用局部挤压的铸件没有孔洞有孔洞方案推广方案推广 由于局部挤压的成功开发，我们决定有气密性要求的由于局部挤压的成功开发，我们决定有气密性要求的产品上实施，在新开发的产品上推行局部挤压工艺产品上实施，在新开发的产品上推行局部挤压工艺：细长型芯的高压冷却细长型芯的高压冷却 传统压铸技术存在的主要问题，是压铸件内部普遍存在收缩性缺陷，其气密性缺陷主要是缩孔、缩松，属于其工艺特性，是必然产生

21、的质量问题，其现象主要表现在压检漏气。这样的缺陷主要产生在最后凝固的部位，当厚大的部位同时也要求压检的时候，这是就会产生压检漏气，通过改变这一局部的冷却环境是解决这个问题的关键。如果能够使得该部位快速冷却，而不是最后冷却，那么缩孔和缩松就可以避免，压检就不会漏气了。对该部位的型芯进行冷却是解决该部位温度场的有利手段。但是如果是直径小于10mm的芯子加循环水就非常困难。细长型芯的高压冷却细长型芯的高压冷却但是如果是直径小于10mm的芯子加循环水就非常困难。 难度： 1、需要用高的压力射入型芯，因为如果型芯直径6mm，其内部的水管就只有23mm，水管内径就只有12mm。只能用高压才能使水注入。 2、所用的水必须为