高压压铸中常见的制造缺陷
2025-01-14 15:02:57 点击数：0
在高压压铸这种高效且广泛应用的金属成形工艺中，虽然可以生产出高精度、形状复杂的铸件，但由于熔融金属在高压、高速下的充型和凝固过程，受到多种因素相互作用，不可避免地容易出现一些制造缺陷。深入了解这些常见缺陷对于优化压铸工艺、提高铸件质量、降低生产成本至关重要。
气孔
产生原因
- 气体滞留：在压铸过程中，熔融金属以极高的速度充满型腔。这个过程极其迅速，型腔内的空气往往无法及时完全排出。因此，它被快速流动的熔融金属截留在铸件内部，形成气孔。例如，在汽车铝合金轮毂压铸生产中，当金属液充型速度达到5m/s时，由于型腔排气不畅，铸件内部气孔缺陷率突然上升。从填充速度为3 m/s时的5%到15%。当熔融金属的充型速度达到每秒几米甚至更高时，滞留气体的可能性显着增加。
- 气体逸出：合金材料本身在凝固过程中会逐渐析出气体。以铝合金为例，如果其氢含量过高，在铸件凝固阶段，氢原子会结合形成氢气，以气孔的形式出现在铸件内部。一般情况下，氢在铝合金中的溶解度随着温度的降低而降低。当温度下降到一定程度时，就会释放出过饱和的氢气。研究表明，当铝合金中氢含量超过0.6毫升/100克时，铸件中出现气孔的概率显着增加。某铝合金压铸件生产中，由于原料中氢含量控制不当，达到0.8ml/100g，最终50%的产品出现气孔缺陷。
影响
- 机械性能下降：气孔的存在就像铸件内部的隐患。它降低了铸件的密度并破坏了其内部结构的连续性。当铸件受到压力或外力作用时，气孔周围发生应力集中，裂纹常从这些薄弱气孔区域萌生和扩展，从而显着降低铸件的整体强度和韧性。在汽车发动机的压铸件中，如果存在气孔，在发动机的高速运转下，当承受巨大的压力和交变载荷时，这些零件极有可能出现裂纹从气孔处扩展的情况，最终导致零件泄漏或损坏，严重影响发动机的正常工作。相关试验表明，气孔体积分数为5%的铝合金压铸发动机缸体，其抗拉强度比无气孔的产品降低20%，疲劳寿命缩短30%。
- 气密性问题：对于一些气密性要求严格的铸件，如航空航天领域的部件、燃气管道连接件等，气孔的存在可能会直接导致气体或液体的泄漏，使产品无法满足使用要求，甚至引发严重的事故。安全事故。在航空发动机喷油嘴压铸生产中，一旦出现气孔，即使是微小气孔，在高温高压喷油环境下，也可能引发燃油泄漏，导致发动机故障。据统计，由气孔引起的航空发动机部件故障占所有故障原因的10%。
缩孔和孔隙率
产生原因
- 凝固收缩：熔融金属在凝固过程中，其体积会收缩。如果在收缩过程中没有得到流道、冒口等部位的及时补缩，铸件的最后凝固部位就会形成缩孔或气孔。一般铸件的厚壁件比薄壁件散热慢，凝固时间长。在凝固后期，由于补缩不足，更容易产生缩孔或气孔。例如，压铸大型复杂结构件时，由于壁厚不均匀，较厚的区域在凝固时收缩量较大，而周围的薄壁件已经凝固，无法为铸件提供足够的熔融金属。喂养。因此，厚壁区域容易出现缩孔或气孔缺陷。市场上大型铝合金支架压铸过程中，厚壁件（壁厚20毫米）的冷却速度比薄壁件（壁厚5毫米）慢3倍。由于厚壁件补缩不足，缩孔、气孔缺陷率高达30%。
- 凝固方式：合金的凝固方式对缩孔和气孔的形成也有重要影响。具有逐层凝固特征的合金更容易形成缩孔，而具有糊状凝固方式的合金则更容易产生气孔。例如锡青铜合金，由于接近逐层凝固方式，在压铸过程中出现缩孔缺陷的概率约为25%。与糊状凝固铝合金相比，缩孔问题更为突出。
影响
- 内部结构弱化：缩孔和气孔的出现破坏了铸件内部的致密性，导致铸件内部出现许多细小的空隙或多孔区域。这不仅降低了铸件的力学性能，使其在受到外力作用时容易变形、断裂，而且影响铸件的疲劳寿命。在一些需要承受反复交变载荷的零件中，例如汽车悬架系统中的压铸部件，缩孔和孔隙会显着降低其疲劳强度，导致零件过早失效。实验测试表明，存在气孔缺陷的汽车悬架压铸件的疲劳寿命比正常零件短40%。
- 耐压降低：对于需要承受高压的铸件，如液压阀体、高压管接头等，缩孔和气孔可能会导致其密封性能下降，在高压环境下产生泄漏，使其无法正常工作。 。例如，市场上某企业压铸生产的液压阀体，由于存在缩孔、气孔等缺陷，产品在20MPa试压时泄漏率达到15%，未能满足实际要求。使用要求。
冷门
产生原因
- 填充条件差：金属液充型过程中，由于浇口设计不合理，导致金属液流动不均匀、缓慢，或金属液本身温度过低，流动过程中热量散发过快，使得金属液的流动性下降。熔融金属的情况更糟。当两股或多股熔融金属流相遇时，它们无法完全合并，在铸件表面形成看似未完全熔化的间隙，即冷隔。例如，压铸形状复杂的薄壁铸件时，如果浇口位置不当，金属液流经薄壁区域时温度迅速下降，流速减慢。在薄壁区域的交叉点或熔融金属流的对接点处很容易产生冷隔。
- 模具温度不均匀：模具表面温度不均匀，部分部位温度过低。当熔融金属接触这些低温区域时，会迅速冷却并凝固，导致后续的熔融金属流无法与其很好地融合，从而产生冷隔。某模具生产中，由于冷却系统故障，导致模具局部区域温度比正常工作温度低50℃。该地区生产的铸件冷隔缺陷率高达40%。
影响
- 外观质量损坏：冷隔直接影响铸件的外观质量，使其表面有明显的不连续痕迹，降低了产品的美观度和整体质量。在一些对外观要求较高的产品中，如电子产品外壳、装饰品等，冷隔缺陷会直接导致产品报废。市场上某代工厂生产的电子产品铝合金外壳中，因冷隔缺陷，产品不合格率达到10%，造成直接经济损失数十万元。
- 性能下降：冷隔时的金属结合强度相对较低。这不仅降低了铸件的强度，使其在受到外力作用时容易从冷隔中破裂，而且还影响铸件的密封性能。对于一些需要密封的铸件，如汽车发动机缸体、泵体等，冷隔可能会导致液体或气体泄漏，影响设备的正常运行。研究表明，存在冷关缺陷的汽车发动机缸体密封性能下降30%，在高压试验下更容易发生泄漏。
闪光
产生原因
- 模具间隙过大：在压铸过程中，如果模具分型面之间或滑块与型腔之间的间隙过大，在高压熔融金属的作用下，熔融金属就会从这些间隙溢出，形成闪光。模具在长期使用过程中，由于高压熔融金属的冲刷、模具开闭的机械冲击以及热胀冷缩等原因，分型面会逐渐磨损，间隙增大。另外，如果模具制造精度不高，初期存在间隙过大的问题，也容易造成飞边。通过实验，某压铸模具使用5000次后，分型面间隙由最初的0.05毫米增大到0.15毫米，飞边缺陷率由2%提高到10%。
- 锁模力不足：压铸时，需要足够的锁模力来抵抗型腔内熔融金属产生的压力。如果锁模力不足，不能有效阻止模具分型面张开，熔融金属就会在压力差的作用下从分型面溢出，形成飞边。例如压铸大型铸件或薄壁铸件时，由于金属液的充型压力较大，如果锁模力选择不当，极易产生飞边。压铸尺寸为500毫米×300毫米的大型铝合金铸件时，当锁模力低于理论要求的80%时，飞边缺陷率由5%飙升至25%。
影响
- 增加后处理工作量：飞边的存在大大增加了铸件后续的清理和加工工作量。去除毛边需要大量的人力、物力、时间，增加了生产成本。常见的去除毛边的方法包括手工打磨、机械加工、化学腐蚀等。然而，无论采用哪种方法，都需要额外的工序和资源投入。据统计，某压铸厂因飞边缺陷导致后加工成本增加20%，每年额外增加成本约50万元。
- 尺寸精度和装配问题：飞边可能会导致铸件尺寸超出设计的公差范围，影响其与其他零件的装配精度。在一些对尺寸精度要求极高的装配场合，例如航空发动机部件的装配，飞边引起的尺寸偏差可能导致整个装配无法完成，甚至影响产品的性能和安全性。某航空发动机叶片装配过程中，由于叶片飞边造成0.1毫米的尺寸偏差，导致装配故障率从1%上升到10%，严重影响生产进度。
表面划痕
产生原因
- 摩擦效应：压铸过程中，铸件与模具表面之间存在很大的摩擦力。当模具表面不够光滑，有细小的突起、划痕或拉伤痕迹时，铸件表面在脱模过程中很容易被模具表面的缺陷划伤，形成表面划痕。另外，涂层涂抹不均匀，无法在铸件与模具表面之间形成有效的润滑隔离层，也会增加摩擦力，导致表面划伤。例如，涂层过少的区域，铸件直接与模具接触，摩擦力增大，容易产生表面划痕。在某压铸生产中，当模具表面粗糙度Ra值由0.8μm提高到1.6μm时，铸件表面划伤缺陷率由3%提高到10%。
- 工艺参数不合理：压铸工艺参数设置不合理，如压铸速度、拔模斜度等，也会增加表面划伤的风险。过高的压铸速度会瞬间增大铸件与模具表面之间的摩擦力，而过小的拔模斜度会增大铸件脱模时的阻力，两者都可能导致表面划伤。在某压铸工艺中，当压铸速度从3 m/s提高到5 m/s，拔模斜度从3°减小到1°时，铸件表面划伤缺陷率从5％至20％。
影响
- 表面质量下降：表面划痕直接破坏铸件表面完整性，降低其表面质量。这不仅影响铸件的外观，使其表面粗糙、凹凸不平，而且还降低了铸件的耐腐蚀性能。在潮湿或腐蚀介质环境下，划伤部位容易成为腐蚀起点，加速铸件的腐蚀损坏。通过实验，在盐雾腐蚀环境下，表面有划伤缺陷的铸件的腐蚀速度比正常铸件快50%。
- 应力集中和疲劳寿命缩短：划伤区域会形成应力集中点。当铸件受到外力或交变载荷作用时，这些应力集中点容易萌生和扩大裂纹，从而降低铸件的疲劳寿命。对于一些需要承受长期交变载荷的零件，如汽车发动机的曲轴、连杆，表面划伤会显着缩短其使用寿命。研究表明，表面有划痕缺陷的汽车发动机连杆的疲劳寿命比普通连杆短35%。
了解高压压铸件常见的制造缺陷及其产生的原因和影响是解决和预防这些缺陷的关键。通过优化模具设计、改进压铸工艺参数、加强模具维护保养、提高操作人员技能等多方面措施，可以有效减少制造缺陷的发生，提高高压模具的质量和可靠性。可对铸件进行改进，以满足不同行业对高质量铸件的需求。
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