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【镁工艺】镁合金压铸工艺改善(汽车转向支架)

摘要:

镁合金的比热容和相变潜热均比铝合金低,在压铸时冷却快、流动性差,容易产生欠铸、缺肉等缺陷。通过提高镁合金加热温度和模具温度,增加压射速度能大幅降低废品率。

近年来,人们对产品轻量化的要求越来越高,尤其对汽车提出了进一步减轻重量,降低燃耗和排放,以及提高驾驶安全性和舒适性要求,而镁合金材料的使用正好迎合了这一发展趋势。镁合金性能的不断改善及压铸技术的显著进步,使得压铸镁合金的用量显著增长。

1.产品概况

汽车转向支架产品3D模型见图1,轮廓尺寸为92mm×94mm×61mm,产品平均壁厚4.5mm,材料为AZ91D,净质量为114g,是典型镁合金压铸件。该产品结构较为复杂,模具有上、下、左、右4个侧滑块。由于产品功能需要,零件许多部位原先圆角过小,不利于零件成形。

图1

2.废品分析

根据统计数据,该产品废品率为23%。对259373件废品进一步分析发现,欠铸250378件,占96.53%;缺肉8995件,占3.47%。如图2所示,再现了在充型远端部位的欠铸问题。

图2

3.欠铸分析

压铸过程中出现欠铸主要有合金液流动性不良、浇注系统不合理、排气不畅三种情况。产品开发初期对模具浇注系统及排气系统利用CAE作过模拟并在调试阶段进行过优化,浇注系统及排气应该没有大的问题。零件材料为镁合金AZ91D,其比热容和相变潜热均比铝合金低,冷却快。分析认为合金液流动性不良是产品产生欠铸缺陷的主要原因。

下面对合金液流动性不良进一步详细分析。

(1)合金液氧化严重,流动性下降

由于浇注系统及溢流系统的存在,再加上不合格的产品,在连续的压铸生产过程中一般会产生50%以上的回炉料。由于镁合金材料熔炼时的防护性要求非常高,工厂无满足要求的熔化炉,不具备精炼条件,实际生产过程中回炉料被直接加入保温炉,操作者仅对合金液表面的浮渣进行简单清理。相比于精炼的成品合金锭,回炉料氧化严重,流动性差,是产品欠铸的主要原因之一。

(2)合金浇注温度及模具温度过低

温度是压铸过程中的重要工艺参数,为了满足良好的充型条件,保证压铸件的成形质量,必须选用恰当的合金浇注温度和模具温度。本产品采用冷室压铸机生产,要求合金温度在660~680℃,为了方便控制和测量,一般控制和保证炉内合金液的温度。为了保证浇注温度的稳定性,镁合金压铸专用保温炉为长方形,炉膛分为浇注腔和熔化腔,中间连通,合金锭从熔化腔加入后一般不会降低浇注腔内合金温度。保温炉设定温度为670℃,用便携式测温仪测量加料前后浇注腔内合金温度,数值如下:加料前663℃;加料0.5min后662℃;加料3min后648℃,加料后温度明显降低。

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