厚壁压铸件的无孔松缺陷压铸成形方法与流程

本发明属于金属零部件制造加工技术领域，涉及压铸件的无缩孔缩松缺陷压铸成形方法，尤其适用于铝合金壁厚较大的压铸件。

技术背景

铝合金是常见的轻质金属材料，广泛应用于汽车，船舶，电子以及航天航空等领域。随着轻量化及功能化的需要，铝合金零件的需求量不断增大。在所有的铝合金零件成形工艺中，压铸是生产速度最快，成形件质量较高的一种铸造方法。铝合金压铸成形是将液态铝合金或半液态铝合金在高压下快速充填金属型的型腔，在高压下快速凝固而获得铸件的方法。

传统压铸件的壁厚都较小且均匀，一般壁厚在3～4mm左右，通常内部组织致密，不易产生缺陷。但是，随着汽车工业等的发展，具有较大壁厚的结构件设计越来越多，对压铸技术提出了新的挑战。所谓厚壁压铸件是指平均壁厚较大(≥8mm)、且零件结构比较复杂的压铸件。对于此类厚壁、复杂压铸件，由于液态金属与模具表面发生接触的部分冷却速度快于液体金属内部，并且厚大处的冷速相比其薄壁处慢，无法将压室压力传递过来并维持到铸件的凝固终了，凝固结束后容易在厚壁区域形成缩孔或缩松缺陷。此外，一般金属液在浇注时过热度较大，在充型过程中有严重的卷气和氧化现象，得到的铸件气孔和夹杂较多。由于这些缩松缩孔、气孔以及夹杂的存在，致使铸件的力学性能下降，在实际应用中往往达不到技术要求而报废，造成材料和能源的浪费。

专利文献CN103302264A公开了一种铝合金汽车液压刹车泵壳体铸件的高致密度压铸成形方法，该方法在熔铸过程中多次进行扒渣除气和添加覆盖剂，控制较低的铝液含气量，使铸件凝固后气孔率较低。但是针对壁厚较大且形状复杂的铸件，只通过浇注前做好除气措施，并不能有效的解决缩松和气孔缺陷问题，因为厚大处冷却较慢，如果得不到加压补缩，不可避免会形成缩孔缩松。专利文献CN105081261A公开了一种铝合金铸件压铸方法，该方法在快速充型、型腔充型率达92％以上时进行减速压射，避免高速充型时的卷气，可以降低铸件飞边的产生，减少产品成形过程中的内部气孔。专利文献CN101905305A公开了一种铝合金壳体压铸件高致密度压铸成型方法，该法在模具型腔靠近内浇口的位置与远离内浇口的位置之间增加工艺性过桥结构，引导金属液的流向，使铝液快速充填远端部位，以及进行压力迅速传递，达到减少气孔及缩孔产生的效果。但是，针对铝合金厚壁件，在压铸工艺上，还没有具体的优化方法。

虽然实际生产中，对于有缺陷的铸件会通过浸渗技术处理铸件使之符合使用要求，但对于这种厚壁件，浸渗无法有效地补偿内部的缩孔缩松组织，因此，在压铸生产过程中创新工艺是十分必要的。

技术实现要素：

本发明的的目的是提供一种壁厚较大的铝合金铸件的无缩孔缩松缺陷成形方法，该方法可以提高铸件的致密度，消除铸造缺陷。

本发明提供的一种厚壁压铸件的无孔松缺陷压铸成形方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

首先将铝合金进行熔炼、除气和扒渣，然后将铝液进行低过热度浇注；

然后进行三级压射：首先进行慢速压射，压射速度为0.3～0.5m/s，当压射冲头的行程为100～200mm时，进行快速压射充型，此时压射冲头速度3～8m/s，然后进行增压补缩，压力为70～90MPa；

在三级压射的同时对厚壁部位进行局部加压，压力为10～50MPa，加压时间为0.8～2s，使补缩效果增大，达到消除缩松缩孔产生的效果，得到所需铝合金压铸件；

所述局部加压是通过在模具型腔远离内浇口且壁厚较大处增加局部加压结构，浇注充型完毕后通过加压头进行挤压，以实现厚壁部位未完全凝固时的加压补缩；所述局部加压结构形成的加压室的体积即液态金属被压缩的体积V_L为厚壁部分体积V_max的5％～10％，所述加压头的面积为垂直于加压方向的厚壁面积的15％～25％。

作为上述技术方案的改进，所述低过热度浇注是将铝液浇入压铸机压室的温度定为铝合金液相线温度以上20～40℃，浇注时压室的充满度60％～70％；模具预热温度为200～250℃。

通过上述发明内容可以解决铝合金壁厚较大压铸件经常容易出现的缩松缩孔、气孔等缺陷问题，从而提高铸件的致密度和性能。本发明在浇注前严格控制熔体温度，采用低过热度浇注，一方面能保证足够的粘度和流动性，另一方面可以避免高温卷气严重；在工艺上增加局部加压结构，在厚壁已部分凝固的时候进行局部加压，从而使铸件内部组织致密、无缺陷，强度等性能得到提升。具体而言，本发明具有以下技术特点：

1.特定的低过热度浇注、高压充型工艺，实现压铸件的致密化

(1)本发明采用铝液低过热度浇注，即铝液浇入压铸机压室的温度为铝合金液相线温度以上20～40℃，比传统的压铸浇注温度低30～50℃，同时要求刚浇入压室充满度60％～70％，模具预热温度200～250℃。由于铝液的浇注温度降低，卷气少，液态收缩减少，铸件致密度提高。

(2)采用高压充型的三级压射工艺，高压充型可以加强大型零件的补缩，并且可以解决低过热度浇注流动性降低的问题。

2.实现远离内浇口位置且厚壁处的加压补缩

在厚壁区域添加局部加压装置，即当型腔充满后，对此处施加足够大的压力进行快速补缩，压力大小为10～50MPa，使补缩效果增大，达到消除缩松缩孔产生的效果。

附图说明

图1为局部加压压铸成形方法的实例流程图；

图2为厚壁压铸件带有浇注系统和局部加压结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明方法的具体实验步骤如下：

1、将铝合金进行熔炼、除气、扒渣，然后将铝液进行低过热度浇注，即铝液浇入压铸压室的温度为铝合金液相线温度以上20～40℃，比传统的压铸浇注温度低30～50℃，同时要求刚浇入压室充满度60％～70％，模具预热温度200～250℃。由于铝液的浇注温度降低，卷气少，液态收缩减少，铸件致密度提高。

2、厚壁压铸件采用三级压射工艺：

如图1所示，模具预热、喷涂后锁模待浇注。将合金熔液浇入压室，首先进行慢速压射(一级压射)，速度为0.3～0.5m/s；当压射冲头的行程为100～200mm时，进行二级压射，快速压射充型，此时压射冲头速度3～8m/s；然后进行增压补缩(三级压射)，压力为70～90MPa。保压一定时间后开模，取出铸件。

3、在厚壁区域添加局部加压装置，在三级压射的同时进行局部加压，使补缩效果增大，达到消除缩松缩孔产生的效果。

由于厚壁处一般壁厚≥8mm，相比一般压铸件厚度的两倍以上，如果按照正常压铸充型，最后凝固后会在这些区域形成缩孔缩松，严重降低铸件的性能。本发明方法是在这些厚壁区域添加局部加压补缩结构，如图2所示，当压射室的压射冲头C压射充型、型腔充满后，B处壁厚区域在凝固后期得不到补缩。对此处设置补缩压头A及具有体积V_L的压室，在凝固的中、后期，利用压铸机的液压动力推动补缩冲头A，施加足够大的压力进行快速补缩，大小为10～50MPa，压力使补缩距离加大，压头移动使补缩量加大，达到消除缩松缩孔产生的效果。

实施例：

实施例1

一种铝合金厚壁件无缺陷压铸成形方法，如图2所示的厚壁压铸件，最大壁厚可达15mm，压铸铝合金材料为YL112。将合金块放入电阻炉进行200℃保温20min，除去表面污物，再升温到750℃进行熔化，熔化后进行除气、精炼、扒渣，随后降温至640℃(为铝合金液相线温度以上20℃)进行浇注，模具预热温度250℃，浇注完压室的充满度为65％，慢压射速度为0.5m/s，当压射冲头的行程为150mm，进行快压射充型，压射速度为5m/s，当行程为250mm时，进行增压补缩，压力为90MPa，同时在厚壁处进行局部加压，压力通过图2中A(局部加压冲头)传递到型壁，大小为40MPa，局部增压室体积为厚壁体积的5％，加压时间为2s。上述的压铸工艺，改善了厚壁件B的性能，消除了缩孔缩松的产生。

实施例2

零件为不均匀壁厚件，最大壁厚可达12mm，在壁厚处增加局部增压装置，具体压铸流程如图1所示。压铸铝合金材料为YL112，压铸充型过程如下：合模后，将温度为650℃铝合金液注入模具型腔内，模具预热温度200℃，当型腔充满率达60％后，慢压射速度为0.3m/s，当压射冲头行程为200mm时，进行快压射充型，压射充型速度为3m/s；增压补缩阶段压力为80MPa，同时在厚壁处进行局部加压，压力通过局部加压冲头传递到型壁，大小为40MPa，局部增压室体积为厚壁体积的10％，加压时间为1.5s。上述方法优化了压铸工艺，消除了缩孔缩松的产生。

实施例3

零件为大面积厚壁件，最大壁厚可达18mm，压铸铝合金材料为A380，压铸充型过程如下：将模具预热到250℃，合模后，将温度为660℃(液相线以上40℃)铝合金液注入模具型腔内，浇注完压室的充满度为70％，慢压射速度为0.5m/s，当压射冲头的行程为200mm，进行快压射充型，压射速度为8m/s，当行程为300mm时，进行增压补缩，压力为70MPa，同时在厚壁处进行局部加压，压力通过局部加压杆传递到型壁，大小为40MPa，局部增压室体积为厚壁体积的8％，加压时间为2s。上述方法优化了压铸工艺，消除了缩孔缩松的产生。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。