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    参考国外设备和工艺对提出低压铸造铝合金车圈若干技术问题予以讨论


    近几年来,国内外低压铸造设备和工艺发展很快,五花八门,各有优缺点。国外进口低压机价格一般为国产机的810倍,当然在质量和性能上比国产机要优越,但在关键技术问题上,国产机性能和低压铸造工艺完全可以达到和接近国外低压铸造水平。笔者在本文中并不就一般低压铸造原理和技术进行研讨,只是根据近几年来参加国内许多车圈厂建设和试制的经验和体会,参考国外设备和工艺,对提出低压铸造铝合金车圈若干技术问题予以讨论。

      低压铸造设备(1)低压铸造机为了水平开模需要,都具有安装在定模板上的水平芯缸。由于车圈结构特殊,特别是摩托车车圈尺寸大,为保证铸件不变形,要求水平芯能够随低压机动模板一起运动,在开模后一段行程再抽芯,因此用于摩托车铝合金车圈的低压铸造机most好将水平芯缸固定在动模板上。

      (2)模具快速定位与装夹,国内低压机对此问题考虑较少。由于车圈铸造工艺的特殊性,模具重达1t以上,模具必须预热、喷涂料、烘烤,模温高达300350e,因此热模具快速定位与装夹固定成为一个难题。笔者在几家试制工厂中,自行设计装夹模具小车,定位和装夹一付1t重模具,在15min内可以完成,浇注第一件。

      (3)低压机保温炉密封。目前国内有采用电炉炉体密封(采用石墨坩埚或整体打结炉衬,如J453,石墨坩铝水,功率60kW),也有采用坩埚密封(如LPN低压机,由于采用石墨坩埚或打结炉衬,可防止铝合金增铁,且坩埚不必频繁清理、喷刷涂料,优化了生产条件。但炉膛内空间较大,要有相应液面加压装置,否则铸造时增压时间拖长对铸件不利。采用坩埚密封则要用铸铁或铸钢坩埚,长时间保温容易造成铝合金增铁,且每个班次都要清理和更换坩埚。目前国内开始采用铸铁坩埚内膛覆以碳化硅陶瓷,可防止增铁,也不必每班清理喷刷涂料,实为一个进步。坩埚密封容积小,300kg级坩埚,总容积不到0.12m3,增压速度快,有利提高铸件质量。国外低压保温炉采用炉体密封且可以不开大盖,在专用加料口增补铝水。

      (4)保温电炉电控方式有二位式继电器控制(一般用一只XCT-101或XMT加一个继电器即可)和可控硅自动调压保温(一般采用一只TA091电子调节器和一只ZK03可控硅调压器加可控硅即可)。虽然后者比较优越,不仅控温精确,而且省电,并避免前者继电器频繁接通和断开。

      低压及差压铸造特种铸造及有色合金2002年压铸专刊无锡江南冶金工具厂设计和生产的可控硅电控柜质量较好,几乎不发生任何故障。国外低压机保温炉如德国的KurTZGroup,GIMACo无不采用可控硅技术于保温电炉,国内厂家应尽快将可控硅调压控温技术应用于低压机保温炉上。

      (5)低压铸造机的升液管和保温套。目前升液管价廉物美的应数球铁升液管。在球铁升液管内外喷涂料,每班更换一次,寿命比钢质升液管好。近来国内发展复合陶瓷升液管(江苏建湖),升液管内径不用涂料,但外径还要涂料,是一大进步,且价格也不算贵。目前,大多数厂已不用电阻丝作保温套的加热元件,而采用高温电热管或绳形加热器,使保温套加热温度可稳定在(6)气体干燥和储气罐是绝对必要的。不少地方厂家忽视气体干燥,引起铝合金针孔度升级,力学性能下降。且使液面加压装置中的浇铸阀,换向阀生锈,发生故障。气体干燥可用生石灰或氯化钙或硅胶加脱脂棉二级干燥,再引入一定容积储气罐。

      (7)液面加压装置。目前国内液面加压装置有很多种,但有一个问题是各种液面加压装置设计者所忽视的,也是most难解决的。那就是设计的各种加压方案(曲线)只能在控制台上实现,压缩空气被引入保温炉或坩埚内就完全不是预先设计的加压曲线了,铝合金液体也不能按原来设想升液、充型和增压、保压。most主要原因在于:1稳压阀和大流量减压阀流量不足(SQJ-01型大流量减压阀most大流量仅20m/h)。o管路阻力较大。?保温炉内空间容积较大。

      笔者曾用几家液面加压装置结合不同保温炉进行实际测量,在保温炉内引出气压表和记录仪试验,发现炉内气压到达控制台上压力指数时分别延时330s,用一组曲型数据绘制图1.

      关于炉内实际增压速度较慢这一点被大多数人所忽视。低压铸造件出现众多缺陷,也少有人考虑增压不及时的这一因素,甚至在车圈铸件上被迫加上冒口等等都与增压不及时有直接关系。笔者提请国内同行高度重视。

      摩托车车圈低压铸造模具设计,摩托车车圈的铸件工艺性审定由于低压铸造车圈的合金液总是从轮毂中心引入,经轮辐,流向轮辋,在流动中合金液不断损失热量,自然会形成一定温度梯度。但若轮辋壁厚(加上加工量)大大超过辐板壁厚,就不能形成轮辋而most先凝固,辐板随后凝固,轮毂再凝固,most后由保温套中铝液补缩轮毂的顺序凝固方式。一般轮辋设计厚度控制在55.5mm,加上加工量控制在6.57mm内,辐板壁厚6mmmost好。

      模具的选材和壁厚为保证车圈顺序凝固,模芯(辐板位置)可采用球铁QT-600-3,球铁导热性较差,导热率约为25W/(m#e)。

      而形成轮辋的四块外滑板可采用45号钢,导热率约为50W/(m#e)。轮毂部分采用3Cr2W8V耐热钢,其导热率只有45号钢的一半。在模芯处(辐板位置),模具壁厚要减薄,以减少模具蓄热能力,提高该处模温,以形成顺序凝固所需温度场。

      排气、冷铁和冒口低压铸造时由下至上升液、充型,有利排气。模具上应相应设计各种排气设施。顶出杆直径上留0.1mm间隙;分型面、抽芯滑块上加工0.10.15mm深的排气道。憋气的地方设计可方便拆装清理的排气塞,再加上适当涂料,模温可保证铸件完全充型,不出现气窝、欠铸等缺陷。为防止局部缩孔、缩裂,可设计适当冒口和冷铁,也可将此处涂料刮掉,加速冷却。

      缩尺与加工余量缩尺与加工量设计不当不仅造成铸件肥厚,影响下一步机械加工,更主要会影响铸件顺序凝固次序,造成各种铸造缺陷。车圈在全金属模中低压铸造,收缩严重受阻,故缩尺比一般铝合金金属型铸造时偏小。根据轮特种铸造及有色合金2002年压铸专刊圈结构和尺寸不同,缩尺一般为0.4%0.8%左右。加工余量考虑到车圈要用数控车床加工,加工余量单面不超过1mm,一般0.70.8mm为好。此外还要考虑涂料2.5低压铸造模具由于温度高、尺寸大且动静模有较大温度差,动模与静模之间一般不能使用圆销,以避免高温时咬死。可设计方形导柱和开口销套。销与销套材料应采用GCr15和40Cr,以提高耐磨性。

      模具应设计有冷却和加热装置,并预埋热电偶配合计算机控制,购买国外设备时可同时购买这方面模具设计的计算机辅助设计软件。

      目前,我们在设计车圈低压铸造模具时,仅根据铸件结构、铸件凝固顺序要求、合金流动路径,采用不同导热率材料,利用铸件蓄热能力,设计模具的不同壁厚,甚至局部施放冷铁和冒口来实现铸件顺序凝固,取得健全的铸件。

      低压铸造铝合金车圈工艺,模温与涂料由于轮圈尺寸大、壁薄(58mm),模具表面温度模具在铸造前应仔细喷砂、清理、预热、喷涂料,并在350e温度下加热23h以上。从烘炉中取出到安装在低压机上铸造第一件之间时间不应超过30min,方能保证首件成功。有的工厂将冷模具装在低压机上,用柴油喷枪烧,再喷涂料,既伤模具,涂料也不均匀,常常开始时45件都不成功,此法不可取。

      加压曲线的设计与实现由于摩托车轮圈直径大(406456mm),所以必须设计成如图1所示的急速加压曲线。但由于国内液面加压装置实际上不能实现12s内在保温炉内急速增压到保压压力,我们在液面加压装置上略作修改,从气源另辟一条直通保温电炉的气道,它由可调稳压阀、25.4mm(1in)管路、压力继电器和电磁阀组成。在充型完成后由此管道大流量供气以达到急速增压目的。

      目前轮圈大都采用ZL101A(相当于美国A356.0和日本Ac4CH)。合金要严格控制Fe<0.2%,以保证合金在各种状态下的延伸率。其次可以考虑应用各种变质剂细化初生相和共晶体。可长效细化共晶硅,还大大细化初生相A-Al.从低倍金相样品上,看到合金液经5h保温后针孔度仍维持在1级水平。

      近年来低压铸造铝合金轮圈,特别是摩托车用铝合金轮圈发展很快。国内建厂超过百余家,但真正能在技术上过关、批量生产达10万只/年以上厂家不足10家。有的厂家嫌低压铸造工艺复杂,又盲目转向挤压铸造。

      有的在挤压铸造上又遇到种种问题,停产或转产。其根本原因恐怕在于对低压铸造中深层次问题缺乏了解和研究,仓促上马又仓促下马。应对低压铸造设备、模具设计和制造及低压铸造工艺有全面认识,深入细致做点工作,才能真正搞好铝合金轮圈的研制和生产。

    【上一个】 总结钛合金铸件的加工规律和经验对生产具有十分重要的意义 【下一个】 在每个铸件的铸造过程中都要涉及几十种因素的影响