中國壓鑄雜志
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一肖中特q一二三期特马:壓鑄產品內澆口處沖刷粘鋁問題分析與解決

作者:admin 來源:原創 發表時間:2018-07-18
 
 
文:重慶大江美利信壓鑄有限責任公司 陳真仲
摘 要:本文針對內澆口處沖刷粘鋁,通過典型案例,分別從模具、模溫和澆注系統等方面分析問題成因。討論幾種可行的解決辦法和其作用原理。
 
關鍵詞:內澆口 沖刷 粘鋁
 
1、 前言
眾所周知,壓鑄成型伴隨著高壓、高速和高溫,而其中最為典型便是內澆口位置的工作環境。內澆口作為壓射過程中金屬液流動最高速的部位,其本身和周邊部位會在壓射過程中處于高熱和頻繁接受強力沖擊的環境?;詬呷群推搗筆艸寤韉墓ぷ髯刺?,模具本身會產生一些失效問題,產品也會出現相應的壓鑄缺陷。
本文基于使用含鐵量較低的壓鑄鋁合金原材料,在壓鑄過程中產生粘鋁和模具沖蝕這個特例來展開討論。
 
2、 粘鋁的產生
NADCA 將粘鋁定義為當壓鑄合金和模具鋼結合時形成某種組織成為模具鋼表面的一層物質。(圖 1)
 

 
鋁和鐵具有天然的親和性,此特性提供了它們自然形成金屬間化合物的機會。這種趨勢會在模具鋼處于高溫時加劇。當粘鋁發生時,鋁會少量的滲透到模具鋼當中。一旦粘鋁發生,如果此時鋁件仍然停留在模具上,就會非常迅速地形成更多的粘鋁。因此,一旦粘鋁發生,必須要及時將粘鋁形成的化合物質去除才能夠繼續運行模具進行生產。
 
3、 粘鋁的實例
下面我們看一組粘鋁的實例圖片。圖 2為某產品試模時出現的嚴重粘鋁情況,圖片中可以看出,產品上已經出現嚴重的粘缺。此處的粘缺,最直觀的感受就是產品上有很大塊鋁料粘到了模具上面,很明顯鋁料和模具表面已經發生了結合才會導致此種缺陷。
 
4、 粘鋁的解決
針對此缺陷的產生,從以下不同方面做了分析。從澆道結構來看,此處的壓鑄缺陷是處于內澆口直沖部位,靠近內澆口部位產品表面明顯發白,表示此處處于高溫工作條件。初步可以判斷為內澆口直沖部位高熱導致了此缺陷的產生,符合 NADCA 所描述的粘鋁產生條件。除了高溫之外,缺陷部位被內澆口處進水直沖,還會導致該處抱緊力大,也會導致粘缺。此外,該產品生產時使用的是一種低鐵含量的壓鑄鋁合金,也是缺陷產生的因素之一。之前提到的鋁和鐵具有天然的親和性,當鋁合金中鐵含量較低時,就極易促使鋁合金和模具鋼表面發生金屬間化合物結合,尤其是在高溫狀態下。
 
根據以上的分析結果,初步的修正方案采取了以下措施。為了降低內澆口速度,修模將模具內澆口截面積增大;噴涂關注粘缺產生部位,重點噴涂幫助脫模以及起一部分冷卻作用;還有就是粘缺部位假設為熱結部位,增加冷卻水,增加澆道處的循環冷和成型部位的點冷。經過修正之后,再次關注試模結果,此處的粘缺情況如下(圖3):可以發現,此處的粘缺已經明顯有所改善,粘鋁的范圍和粘缺程度都有所減輕。但是此種程度依然處于不可接受狀態,產品要求此處必須達到不能有明顯的表面缺陷。為進一步解決粘缺問題,從鋁合金中鐵含量低的方向考慮,選擇將問題區域對應的模具表面做鍍層處理以抑制壓鑄過程中鋁合金和模具鋼表面發生的金屬間化合反應結合成粘鋁物質。以下時候模具表面做鍍層后產品(圖 4):此時的產品表面已經不再有粘鋁導致的嚴重粘缺產生,但是仍然有不同程度的拉傷。此種拉傷是一種不穩定的缺陷。模具表面做鍍層之后,模具表面的拉傷時而好時而差,沒有規律可循。針對此處的拉傷問題,通過分析模流分析,(圖 5)可以看出此處的金屬填充方式是鋁液進入型腔之后,鋁液直接撞擊拉傷對應的模具部位。鋁液進入澆道之后一直處于加速狀態,進入型腔之后伴隨著巨大的動能迎面撞擊模具表面,產生的巨大抱緊力和高熱的工作環境就會使產品該位置產生粘鋁。針對此題,后續進行了澆道修改,在靠近內澆口直段的部位將漸變斜面的傾斜角度做大。
 



 
不斷加速的澆道模型中,金屬流會在截面積遞減的澆道中不停地加速,最后沿著內澆口方向直沖模具;帶緩沖的澆道模型中,金屬流中靠近頂端的流體會在拐彎的時候強行被減速轉向并撞擊澆道底部,在金屬液前端到達內澆口之前起到一定的緩沖作用,此種澆道模型在許多內澆口處沖蝕的案例中都有廣泛的應用(圖 6)。
 

 
圖 7 是更改澆道后的模流分析,可以看見填充的鋁液在填充的前端流態已經發生了顯著的變化,由之前方案的內澆口出來直沖模具變為出內澆口時鋁液就撞擊澆道底部產生了分散開來的效果。圖8是最終合格產品狀態的圖片:
 
5 、總結
基于本文的實例我們清晰地認識到粘鋁的產生機理和其對產品本身和模具的危害。通過對機理的了解,我們可以在模具設計和產品生產過程開發的時候對過程的風險點進行充分有效的分析,并針對風險點制定可靠的措施來提前預防。
 
針對粘鋁,首先考慮如何降低會發生粘鋁的部位的模具溫度,在粘鋁區域特別增加冷卻通道,根據需要控制流量;關注粘鋁位置的噴涂情況,著重照顧粘鋁位置的噴涂,調節噴涂可以在一定程度上降低特定區域的溫度;降低澆口速度或者改變澆口形狀和方向,避免問題位置被沖擊;其它的方面,還可以考慮采用高導熱鋼材料作為鑲件,減少蓄熱時間降低粘鋁的形成時間,使用適當的拔模角度,模具表面進行仔細拋光等。總之,引起粘鋁的因素很多,解決的辦法也是多樣化的,穩健而長遠的解決辦法還是想辦法改變模具工作狀態下的溫度才是最為關健。
 
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