压铸生产存在问题和改进措施

许大工程师 · 发表于 2012-7-4 22:26:54

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压铸生产中遇到的质量问题很多，其原因也是多方面。生产中必须对产生的质量问题作出正确的判断。找出真正的原因，才能提出相应切实可行的有效的改进措施，以便不断提高铸件质量。
　　压铸件生产所出现的质量问题中，有关缺陷方面的特征、产生的原因（包括改进措施）分别叙述于后。
　　一、欠铸
　　压铸件成形过程中，某些部位填充不完整，称为欠铸。当欠铸的部位严重时，可以作为铸件的形状不符合图纸要求来看待。通常对于欠铸是不允许存在的。
　　造成欠铸的原因有：
　　1）填充条件不良，欠铸部位呈不规则的冷凝金属
　　Ø当压力不足、不够、流动前沿的金属凝固过早，造成转角、深凹、薄壁（甚至薄于平均壁厚）、柱形孔壁等部位产生欠铸。
　　Ø模具温度过低
　　Ø合金浇入温度过低
　　Ø内浇口位置不好，形成大的流动阻力
　　2）气体阻碍，欠铸部位表面光滑，但形状不规则
Ø难以开设排溢系统的部位，气体积聚
　　Ø熔融金属的流动时，湍流剧烈，包卷气体
　　3）模具型腔有残留物
　　Ø涂料的用量或喷涂方法不当，造成局部的涂料沉积
　　Ø成型零件的镶拼缝隙过大，或滑动配合间隙过大，填充时窜入金属，铸件脱出后，并未能被完全带出而呈现片状夹在缝隙上。当之种片状的金属（金属片，其厚度即为缝隙的大小）又凸于周围型面较多，便在合模的情况下将凸出的高度变成适为铸件的壁厚，使以后的铸件在该处产生穿透（对壁厚来说）的沟槽。这种穿透的沟槽即成为欠铸的一种特殊形式。这种欠铸现象多在由镶拼组成的深腔的情况下出现。
　　Ø浇料不足（包括余料节过薄）。
　　Ø立式压铸机上，压射时，下冲头下移让开喷嘴孔口不够，造成一系列的填充条件不良。
　　二、裂纹
　　铸件的基体被破坏或断开，形成细长的缝隙，呈现不规则线形，在外力作用下有发展的趋势，这种缺陷称为裂纹。在压铸件上，裂纹是不允许存在的。
　　造成裂纹的原因有：
　　1.铸件结构和形状
　　Ø铸件上的厚壁与薄壁的相接处转变避剧烈
　　Ø铸件上的转折圆角不够
　　Ø铸件上能安置推杆的部位不够，造成推杆分布不均衡
　　Ø铸件设计上考虑不周，收缩时产生应力而撕裂。
　　2.模具的成型零件的表面质量不好，装固不稳
　　Ø成型表面沿出模方向有凹陷，铸件脱出撕裂
　　Ø凸的成型表面其根部有加工痕迹未能消除，铸件被
　　Ø成型零件装固有偏斜，阻碍铸件脱出。
　　3.顶出造成　　Ø模具的顶出元件安置不合理（位置或个数）
　　Ø顶出机构有偏斜，铸件受力不均衡
　　Ø模具的顶出机构与机器上的液压顶出器的连接不合理，或有歪斜或动作不协调
Ø顶针顶出时的机器顶杆长短不一致，液压顶出的顶棒长短不一致。
　　4.合金的成分
　　1）对于锌合金
A有害杂质铅、锡和镉的含量较多
　　B纯度不够
　　2）对于铝合金
　　A含铁量过高，针状的含铁化合物增多
　　B铝硅合金中硅含量过高
　　C铝镁合金中镁含量高
　　D其它杂质过高，增加了脆性
　　3）对于镁合金
　　铝、硅含量过高
　　5）合金的熔炼质量
　　A熔炼温度过高，造成偏析
　　B保温时间过长，晶粒粗大
　　C氧化夹杂过多
　　6）操作不合理
　　A留模时间过长，特别是热脆性大的合金（如镁合金）
　　B涂料用量不当，有沉积
　　7）填充不良、金属基体未熔合，凝固后强度不够，特别是离浇口远的部位更易出现。
　　三、孔穴
　　孔穴包括气孔和缩孔
　　1、气孔
　　气孔有两种：一种是填充时，金属卷入气体形成的内表面光亮和光滑、形状较为规则的孔洞。另一种是合金熔炼不正确或不够，气体熔解于合金中。压铸时，激冷甚剧，凝固很快，熔于金属内部的气体来不及析出，使金属内的气体留在铸件内而形成孔洞。
　　压铸件内的气孔以金属卷入型腔中的气体所形成的气孔是主要的，而气体的大部分为空气。
　　产生气孔的原因
　　1.内浇口速度过高，湍流运动过剧，金属流卷入气体严重
　　2.内浇口截面积过小，喷射严重
　　3.内浇口位置
　　不合理，通过内浇口后的金属立即撞击型壁、产生涡流，气体被卷入金属流中
　　4.排气道位置不对，截面积不够，造成排气条件不良
　　5.大机器压铸小零件，压室的充满度过小，尤其是卧式冷压铸机上更为明显
　　6.铸件设计不合理。a形成铸件有难以排气的部位；b局部部位的壁厚太厚
　　7.待加工面的加工量过大，使壁厚增加过多。
　　8.熔融金属中含有过多的气体
　　2、缩孔　　铸件凝固过程中，金属补偿不足所形成的呈现暗色、形状不规则的孔洞，即为缩孔。其原因有：
　　I.金属浇入温度过高
　　II.金属液过热时间太长
　　III.压射的最终补压的压力不足
　　IV.余料饼太薄，最终补压起不到作用
　　V.内浇口截面积过小（主要是厚度不够）
　　VI.溢流槽位置不对或容量不够
　　VII.铸件结构不合理，有热节部位，并且该处有解决
　　VIII.铸件的壁厚变化太大
　　在压铸件上，产生缩孔的部位，往往是容易产生气孔的处所，故压铸件内，有的孔穴常常是气孔、缩孔混合而成的。
　　四、条纹　　填充过程中，当熔融金属流动的动能足以产生喷溅或虽然聚集成流束，但又相连得不紧密的条件时，边界——凝固层便具有“疏散效应”，而处于这种状态金属在随后的金属主流所覆盖之前，早就凝固，于是，在铸件表面上便形成纹络，这就是压铸件上常见的条纹。铝合金铸件上条纹最为明显，而在铸件的大面积的壁面上，就更为突出。
　　这种条纹呈现不同的反射程度，有时比铸件的基体的颜色稍暗一些，有时硬度上也稍有不一样。根据工厂初步测定条纹的深度约在0.2毫米以内，而深度为0.05毫米起，外观就已经明显地看出来。
　　对条纹作化学的、摄谱的和金相的研究发现，条纹与铸件本身相同的化学成分，可而条纹不是硅偏析、渣滓、污损，也不是合金的其它化学本性原因造成的。条纹的深度仅0.08~0.20毫米。有时条纹有着清晰的边界，有时条纹与铸造组织混杂在一起，看不到明显的过渡区。条纹的微观组织基本上没有不同于主要组织，只是它更细致一些。对于铝合金来说，条纹内铝—硅共晶组织更加细致，合金组元中的金属间化合物也是如此。条纹也呈现硅的不足（暗的组成物），但没有发现化学上的差异。在条纹更细的组织中，硅的分布也不一样，既然硅比铝要黑些，因而条纹的颜色常常看来更暗。
　　综上所述，压铸件表面的条纹，是填充过程中必然发生的结果，尤其是铝合金铸件的表面更为突出，而条纹的组织和性质对于压铸件的使用来说，在一般的情况下没有影响的。只有在壁很薄时，才对条纹的深度有限制。至于在光饰要求高的表面上则还是不应该存在的。
　　既然条纹是由于边界——凝固层的“疏散效应”所形成，而根据填充过程的特性，便可对产生这种“疏散效应”的原因作如下的分析：
　　I.填充时，剧烈的湍流将气体卷入金属流中，从而对金属流速产生弥散作用。
　　II.在填充过程中，铸件的外壳层（边界——凝固层）常常不是整个地同时形成的（在填充理论的叙述中已经提到）在尚未形成壳层的区域便出现“疏散效应”。对于有大平在面的铸件，在大的平面壁上就更为明显。
　　III.模具温度低于热平衡条件所应有的温度，使“疏散效应”更为强烈，产生的区域亦大为增多。
　　IV.金属流撞击型壁而产生溅射所造成的“疏散效应”十分明显，当撞击后的金属分散成密集的液滴，便成为麻面。这就是铸件表面上总是带有强烈的溅射痕迹的原因。正对内浇中的型壁是撞击溅射最常见的区域。
　　V.涂料涂层不匀，厚的部位受到金属流的炽热混杂在金属中，并使金属产生“分隔”，从而造成“疏散效应”。
　　VI.涂料局部沉积而气体又未挥发干净，余下的气体被金属流所包卷，对金属流产生弥散作用。
　　VII.排溢系统不合理，逸气不通畅，型腔中的气体过多，金属流因气体而弥散的作用增强。
　　根据条纹产生的原因，可见其深度是随时变化的。所以，生产中，常常按深度的不同，将条纹分别称为花纹、流痕、麻面和冷纹等等。而冷纹的深度则是条纹中最深的一种。
　　五、表层疏松
　　压铸件的外壳层（边界——凝固层）一般约为0.5~0.8毫米左右。在这个壳层（也称表皮层）上有一种呈现松散不密实的宏观组织，即为表层疏松。
　　表层疏松的形成的原因与条纹相似，故其性质也很接近，也是有时有清晰的边界，有时则无明显的过渡区。但其深度则较条纹更深一些，而且总是与涂料过多而沉积有关，因此，表层疏松的颜色比条纹更为灰暗，反射更差。有时，也带有涂料受炽热而烧灼的颜色，所以有时这种还与涂料的本色有关。
　　深度很浅的表层疏松，一般来说没有妨碍，但光饰（涂覆）则不允许存在。
　　六、冷隔　　金属流互相对接或搭接但未熔合而出现的缝隙，称为冷隔。对于大铸件来说，冷隔这种缺陷出现较多。
　　出现冷隔的部位通常是离内浇口远的区域。它是由于金属流分成若干股地流动时，各股的流动前沿已呈现冷凝状态（称为凝固前沿），但在后面的金属流的推动下，仍然进行填充，当与其相遇的金属流同样具有凝固前沿时，则相遇的凝固层不能再熔合，其接合处便呈现缝隙，这种缝隙便称为冷隔。严重的冷隔对铸件的使用有一定的妨碍，应视铸件的使用条件和冷隔的程度而定。
　　产生冷隔的原因有：
　　1.金属流在型腔中分成若干股地进行填充
　　2.溢流槽位置与金属流股汇集处不吻合
　　3.合金浇入温度过低
　　4.模具温度过低
　　5.内浇口速度太小
　　6.金属流程过长
　　七、凹陷
　　铸件表面上的瘪下部位称为凹陷，产生的原因有
　　1.铸件的热节部位填充满（内部有空洞），收缩时，表皮层虽有一定的强度，但在不破裂的情况下，仍然受到内部的收缩作用而表面呈现凹陷，即称为缩凹。
　　2.填充时，气体被挤在金属流与型腔壁面之间而未被排除出去，该处即出现凹陷。这凹陷的表面光洁，多出现在型腔难以排气，而铸件则是端旁边缘部位上。
　　3.在机器压射机构的性能较差（如旧的立式机器）的情况下，当工作液压力不稳定，压射压力也不稳定。推动金属的压力不连续，造成铸件的表皮层不止一次地形成，但是每次表皮层的边缘位置不同，前一次的表皮层有部分边缘未被后一次所覆盖，便产生条状的凹陷。
　　4.模具型腔有残留物，这在前面对产生欠铸的原因中已经提到过。但产生时凹陷，型腔的残留物并不一定是片状，而是带有不规则的各种形状，残留物高出型面的高度也不大，故铸件的入深度也较浅。
　　八、气泡
　　铸件表皮下，聚集气体因热胀将铸件表面鼓起的泡，称为气泡。气泡的表皮仍然是压铸表皮。产生的原因有：
　　1.型腔内气体过多
　　2.模具温度过高（或冷却通道失去作用）。
　　九、擦伤
　　铸件的表面顺着出模方向的拉伤痕迹，即为擦伤。它有两种特征：
　　1.金属流撞击型壁后，引起金属对型壁的强烈焊合或粘附（如同将稠糊状泥浆用力掷在墙上的粘附现现象一样，用力愈大，粘附愈多），而当粘附部位在脱模时，金属被挤拉而把表皮层撕破，铸件该部位就出现拉伤。
　　2.模具成形表面质量较差时，铸件脱模造成拉伤，多呈直线（脱模方向）的沟道，浅的不到0.1毫米，深的约有0.3毫米。
　　擦伤严重时，便产生粘模，铸件甚至脱不出来。擦伤现象以铝合金最为严重
　　产生擦伤的原因有：
　　1.成形表面斜度过小或有反斜度。
　　2.成形表面光洁度不够，或加工纹向不对，或在脱模方向上平整度较差。
　　3.成形表面有碰伤。
　　4.涂料不足，涂料性质不合要求。
　　5.金属流撞击型壁过剧。
　　6.铝合金中含铁量过低（小于0.6%）
　　7.金属浇入温度过高。
　十一、网状痕迹、网状毛刺
　　模具零件热裂造成铸件表面上的痕迹和突出金属刺，而又因模具热裂多呈现网状（放射状），当热裂程度较轻时，印在铸件上的即为网状痕迹；而热裂程度严重时，常形成裂缝，铸件上便有网状毛刺。熔点愈高的合金，这种热裂造成的　　现象愈严重。例如铜合金的模具，热裂就较为严重。而黑色金属压铸就更为严重。
　　压铸上的网状痕迹一般是不作限制的。而网状毛刺在轻微程度时，通常都允许的；当达到严重程度时，则按使用条件而定。
　　造成模具热裂的原因有：
　　1.内浇口附近磨擦阻力最大，经受熔融金属的冲蚀最为严重，最易产生热裂。
　　2.模具成型零件有较大平面是薄弱（实体厚度小）区域。
　　3.冷却系统调节不当。
　　4.水剂涂料未经过预热，或喷涂不当，对模具激冷过剧。
　　5.涂料有化学腐蚀作用（如氟化钠）。
　　6.成型零件上镶拼（包括型芯孔至边缘过小）造成薄弱的部位，也会产生早期热裂，但这热裂是条纹状的。同样也再现痕迹和毛刺两种。
　　7.推杆和型芯（压铸件为小圆孔）处于经受金属流冲蚀较剧烈的部位（如浇口、浇道）时，其配合的孔口上缘将产生早期热裂，裂纹呈放射状扩展。使压铸件表面也会产生痕迹和毛刺。
　　8.模具材料有原始缺陷，锻造工艺不当、热处理方法不对所造成的潜在裂纹。
　　十二、接痕
　　因模具零件的镶拼、活动零件或分型接合处所造成的高低不平的印痕，称为接痕。接痕交界的两相邻表面的斜度有同一方向的和方向相反的两种。
　　十三、顶出元件痕迹
　　模具上顶出元件（如推杆）与铸件接触的顶面处于型腔内的工作位置时，与原型面不一样平齐，铸件便出现顶出元件痕迹。
　　顶出元件痕迹又有凸出凹入两种，其凸起高度和凹入深度应根据铸件要求而定。
　　十四：铸件变形
　　铸件的变形一般是指整体变形而言。常见的变形有翘曲、弯扭、弯曲等。
　　产生变形的原因有：
　　1.铸件本身结构不合理，凝固收缩产生变形。
　　2.模具结构不合理（如活动型芯带动、镶拼不合理等）。
　　3.顶出过程中，顶出温度过高（铸件的）、顶出结构不好、顶出有冲击、顶出力不均衡，都会使铸件产生变形。
　　4.已产生粘模，但尚未达到铸件脱不出的情况下，顶出时也会产生变形。
　　5.浇口系统、排溢系统（主要是溢流）布置不合理，引起收缩时的变形。
　　十五、铸件几何形状、尺寸与图纸不符
　　造成铸件几何、形状与图纸不符的原因有：
　　1.模具成形部分已损坏，但生产并未发现而继续生产。
　　2.模具的活动成形部分（如滑块）已不能保持在应有的工作位置上（如楔紧不够、装固位置变动）。
　　3.模具分型面金属物未清理干净，致使与分型面有关的尺寸发生变动。
　　4.型腔中有残留物。
　　十六、合金的化学成分不合标准
　　主要原因是：
　　1.熔炼过程没有按工艺规程进行。
　　2.保温时间、熔点低的元素容易烧损，成分发生变化。
　　3.保温时间过长，坩埚受到浸蚀，坩埚的某些元素渗入合金中，这一现象以铸铁坩埚较为明显，使合金的铁含量有所增加，其中又以铝合金最为严重
　　4.回炉料管理不善，不同牌号的合金混杂，回炉料的等级未严格区分。
　　5.回炉料与新料配比不当。
　　6.原材料进厂时未作分析鉴定。
　　7.配制合金时，配料计算不正确，加料有错误，称重不准。
　　十七、合金的机械性能不合标准
　　主要原因是：
　　1.合金的化学成分中对机械性能有主要影响的元素含量不对，特别是杂质含量过高。
　　2.保温时间过长或过热温度过高，合金晶粒粗大。
　　3.熔炼不正确。
　　4.回炉料与新料配比不当，回炉料过多或回炉料未加分级。
　　5.合金锭在室外露天堆放，氧化物过多。
　　6.试棒浇注过程不合要求。
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