镁合金压铸件如何规避砂孔
关于镁合金压铸件规避砂孔(通常称为“气孔”或“缩孔”)的问题。这是一个压铸过程中非常核心且常见的技术挑战。
砂孔(气孔/缩孔)的产生原因主要分为两类:
1. 卷气(Gas Porosity):模具型腔、压室内的空气以及脱模剂挥发产生的气体,在高速填充时未能完全排出,被卷入金属液中形成的气孔。这类气孔内壁通常光滑、呈圆形。
2. 缩孔(Shrinkage Porosity):镁合金在凝固过程中体积收缩,如果最终凝固的区域得不到足够的金属液补充,就会形成空洞。这类孔洞内壁通常呈不规则形状、粗糙暗淡。
要系统性地规避砂孔,需要从模具设计、工艺参数、原材料和后处理四大方面进行严格控制。
一、 模具设计与维护(这是根本)模
具是压铸的“母体”,其设计好坏直接决定了产品质量的上限。
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1. 浇排系统设计(重中之重):
· 流道(Runner)与浇口(Gate):设计应保证金属液平稳、快速、有序地填充型腔,避免产生湍流和喷射。采用扇形浇口或锥形流道可以有效达到这个效果。
· 溢流槽(Overflow Well):设置在金属液流的末端和可能卷气的位置。它的作用是容纳冷污金属液、排出气体,并为模具提供热平衡。溢流槽必须有足够的尺寸和数量。
· 排气槽(Vent Slot):设置在溢流槽后端和型腔最后填充的区域。排气槽的深度非常关键(通常镁合金为0.05-0.15mm),既要能顺利排出气体,又要防止金属液溢出。
2. 模具冷却(Thermal Balance):
· 使用模温机精确控制模具温度(镁合金通常建议在250°C - 300°C之间)。模具温度均匀是避免局部过热、产生缩孔的关键。
· 通过冷却水路的设计,实现顺序凝固:从离浇口最远的地方开始凝固,最后在浇口或增压压力能有效作用的区域凝固,从而保证补缩。
3. 模具表面与保养:
· 定期保养抛光,确保型腔表面光滑,减少气体吸附和拖拽。
· 检查模具是否有龟裂或损坏,这些地方容易藏匿气体和脱模剂。
二、 压铸工艺参数优化(这是关键控制)
工艺参数是将好的模具设计转化为良品的执行过程。
1. 慢压射速度(Slow Shot Speed):在冲头越过压室注料口后,先以较慢的速度推进,让金属液平稳地充满压室前端,将压室内的空气推出。这是避免卷气的第一道关卡。
2. 快压射速度(Fast Shot Speed)与转换位置:在慢压射结束后,立即转换为高速填充。速度要足够快(镁合金流动性好,速度可以很高),以在金属液凝固前完成填充。快慢压射的转换位置是核心参数,需要通过多次试验找到最佳点。
3. 增压(Intensification Pressure):金属液填充结束时,立即施加一个极高的增压压力(比射压高20-40%),并通过料饼传递到型腔内,对正在凝固的铸件进行强力补缩,有效消除缩孔。增压的建立时间和压力稳定性至关重要。
4. 模具温度(Mold Temperature):如前所述,必须严格监控并保持稳定。温度过高或过低都会导致缺陷。
5. 脱模剂(Die Lubricant):
· 选择发气量低的专用镁合金脱模剂。
· 喷涂要薄而均匀。过量喷涂是卷气的主要来源之一,因为水分遇高温金属液会瞬间汽化。
· 采用雾化喷涂技术,并保证足够的吹气时间,确保模具表面多余的水分和溶剂被吹干。
三、 原材料控制
1. 镁合金锭:使用高品质、洁净的原材料,避免含气量过高或带有氧化皮的料。
2. 回料(Recycled Material):严格控制回料的使用比例(通常建议不超过30-40%),且回料必须经过严格的重熔和精炼处理,去除氧化夹杂和溶解的气体。熔炼时建议使用覆盖剂和保护气体(如SO?、SF?或环保型替代气体),防止熔液氧化和吸气。
四、 后续处理与监测
1. X光检测(X-ray Inspection):定期对产品进行X光无损检测,实时监控内部气孔状况,为调整工艺参数提供依据。
2. 真空压铸(Vacuum Die Casting):对于质量要求极高的结构件,可以采用真空压铸技术。在压射前用真空泵将型腔和压室内的空气抽出,极大程度地减少甚至消除卷气问题。这是目前生产高强度、可热处理焊接镁压铸件的最有效方法之一。
3. 浸渗处理(Impregnation):对于已产生微气孔但不影响整体强度的工件,可以采用浸渗处理作为一种补救措施。通过真空压力将密封剂(如树脂)压入孔洞内,使其密封,以满足气密性要求。
总结与行动建议
规避砂孔是一个系统性的工程,建议您按照以下步骤进行排查和优化:
1. 首先检查模具:特别是浇排系统(浇口、流道、溢流槽、排气槽)设计是否合理。这是最根本的。如果模具存在先天缺陷,再好的工艺也难以弥补。
2. 优化工艺参数:重点关注慢压射速度与转换位置、快压射速度、增压压力与时间以及模温。做DOE(实验设计)来找到最佳参数窗口。
3. 严格控制原材料和熔炼:确保镁液纯净,含气量低。
4. 规范操作:尤其是脱模剂的喷涂操作,务必“少喷、喷匀、吹干”。
5. 引入先进技术:如果产品要求极高,考虑投资真空压铸设备。