压铸机加氧压铸法在汽车发动机部件生产中的应用

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压铸机加氧压铸法在汽车发动机部件生产中的应用在压铸机压铸过程中加氧压铸发在汽车发动机部件生产中的作用
摘要：通过特殊的加氧压铸法，可以有效减少铸件含气量，防止铸件在热处理过程中的变形。
关键词：加氧压铸、热处理、含气量、变形
某汽车发动机用冷却水泵安装座，使用压力铸造成型，材质为铝合金（牌号：ADC12）。要求铸件热处理后硬度大于HRB45，必须进行热处理。在使用普通铸造法时，因铸件内部含气量过多，在进行T6热处理时，铸件内部所含气体膨胀，表面起泡，造成产品变形，无法达到使用要求。因此，如何减少铸件的含气量，便成为此产品能否顺利生产的关键所在。
为了减少铸件的含气量， 在本制品的生产上，我们采用了特殊的加氧压铸法。本文将从各个工艺细节上对该铸造方法加以介绍。
1.加氧压铸法的特点及应用
3 d' c& x. n! U1 j) v) m* s. u% j4 E1.1 加氧压铸法简称PF法（Pore-Free Die casting），在压射前，往压室及型腔内预先通入氧气一类的活性气体，从而取代型腔中的空气及其它气体。在金属液充填型腔时，一部份氧气通过排气道排出，另一部份未及时排出的氧气与喷射的金属液与发生化学反应而产生金属氧化物微粒，并分散于铸件内部，从而减少了铸件内部的含气量。
* ~3 ~" J# V. ?" |0 d( H! S9 O" ?# g为使熔液形成微小的颗粒，并且与氧气的反应时间在3/100秒以内，加氧压铸要求有较高的浇口速度。
& u; g: E3 ?; b% x! M  g1.2 加氧压铸法与普通铸造法的比较（铝合金压铸件）
普通铸造法 —铸件密度(g/cm3) 2.529-2.590 —含气量（cc/100gAl） 10-50 —浇口速度(m/s) 40-60
' w1 I1 X6 t7 `0 O3 g  K" g5 l加氧压铸法  —铸件密度(g/cm3) 2.673-2.675 —含气量（cc/100gAl） 1-3 —浇口速度(m/s) 60-70
1.3 加氧压铸法的应用
8 I4 r( H" M! o+ ]7 N& @（1） 对气孔或含气量有严格要求的铸件
- `1 J# N! M$ C) N0 e0 D: ^（2） 要求在200-300℃环境中工作的铸件
" U5 c4 G7 m# e/ a% N（3） 要求进行热处理，对硬度及强度有特殊要求的铸件
2.工艺设计
2.1 模具工艺设计
5 }3 B# R0 P, f5 B浇口设计为点状圆形截面浇口（图1），以使金属液呈集束状喷射入型腔。设计时应考虑到避免直接冲击型芯。此外也可将相邻浇口互成一定角度，以便使两股金属流相互撞击产生更细小的金属颗粒，从而可以更充分地与氧气产生反应。
  y% q9 v" J7 G% L% Z2 W0 N- E% b排气选择使用齿形排气槽（图2）。因各排气槽封闭时间不一，为防止部分排气道排气不畅，高温的氧气与模具材料反应而造成模具冲蚀的情况发生。需要将各排气槽分隔开来，进行分开排气。
2.2 冲头润滑剂及涂料喷涂工艺
因在充填过程中，型腔内含有大量氧气，为防止油性冲头润滑剂及涂料与氧反应产生爆炸以及产生大量气体，在加氧铸造中采用了不含油性成份的水基冲头润滑剂及涂料。
+ g6 r: T* X& h7 c冲头润滑剂及涂料由两套系统自动配比稀释后，由喷涂机械手进行分别喷涂，喷涂完成后，进行吹气清扫动作，以防止残水。（图3）
2.3 压射部工艺设计
加氧压铸法使用与普通铸造法相同的冲头，但需对压室进行改造。如图4所示：在普通压室给料口右上侧开一供氧口，以便提供铸造时所需氧气。给料口右下侧靠近压室末端开一小排水口，用于排除喷涂时多余的冲头润滑剂。
6 t9 r# g6 B7 k* P5 [# t1 u3.铸造工艺流程
; |9 r& B& L7 u如图4所示，铸造过程如下：
[1]机台启动，冲头前进至供氧位置。
[2]模具闭合限信号ON后，开始由供氧口大流量供氧。供氧量200L/min，供氧时间1s。
7 H& L2 m% P* w) M[3]大流量供氧结束，冲头后退的同时开始小流量供氧，供氧量50L/min。
[4]冲头后退至浇料位置，立即开始浇料。
! X' j2 J' V) [% @" v[5]浇料结束后，冲头前进进行压射。前进至低高速切换位置时，停止供氧。
[6]完成充填，凝固保温。
[7]开模，推出，取件。
+ l( ~' x& ^+ s7 R" {% D& {" E[8]由机械手向压室内喷涂冲头润滑剂及向型腔喷涂料，进行吹气清扫。
[9]下一循环开始。
4. 铸造设备
/ T& D. ]7 N, ?7 U$ @加氧铸造法可使用与普通铸造法相同的铸造设备，但需对其进行改造。
1 e+ x/ b, M3 y) w. F) f[1]追加一套液氧气化及流量控制装置。
[2]追加一套专用涂料及冲头润滑剂供给装置。
[3]追加铸造参数控制装置，如供氧时间，氧气流量的设定。
- |, X* [9 L/ U[4]修改压铸机程序，用于控制机器按设定工艺流程动作。
5. 加氧压铸法的实际效果
" {$ ?' f3 N. ]) T1 R. @+ I1 g5.1铸件的含气量
对用普通压铸法及加氧压铸法的铸件进行内部含气量测定，结果如下：

5.2热处理后产品合格率
对用普通压铸法及加氧压铸法的铸件进行T6热处理，计算产品尺寸合格率处理条件为：固熔480℃120分钟，人工时效300℃480分钟，结果如下：

此外，通过对喷雾机械手喷涂量及吹气清扫程序的调整和完善，量产状况下产品尺寸的不合格率更可降低至0.3%以下。
" @  q) J& }* d! P' o' }1 W3 q, A6.结语
6 w% O; F# W9 _3 K& S, b* C; S9 X加氧压铸法，可以有效地减少铸件内部的含气量，提高铸件的强度及防止铸件热处理中的变形，能够稳定大量地生产优质铸件。其在今后中国汽车零部件及其它高品质铸件的生产中必将会得到更广泛地应用。