原標題：基于齒形溢流槽的鋁合金壓鑄件成形試驗分析

壓鑄充型結(jié)束時,模具型腔內(nèi)剩余的氣體含量直接影響最終成形的鑄件品質(zhì)。氣體含量越大，越易造成氣孔、縮孔、縮松等缺陷，導(dǎo)致鑄件致密度低，力學性能差。當金屬液快速充填型腔時，為避免型腔中的氣體阻礙金屬液順暢充填而導(dǎo)致壓鑄缺陷，必須將型腔中的氣體及時排出。在壓鑄件的實際生產(chǎn)中，在鑄件易產(chǎn)生缺陷位置附近開設(shè)溢流槽可防止氣孔、縮孔缺陷的產(chǎn)生。

一般壓鑄件在充填時，氣體可以從模具分型面處開設(shè)的排氣道排出。但當模具分型面的密合程度較好，分型面處開設(shè)的排氣道空間有限時，型腔中的氣體不能及時排出，此時必須設(shè)置溢流槽。溢流槽能排除型腔中的氣體，儲存混有氣體、涂料、殘渣和冷污金屬液的冷料。因此采用合理的溢流槽能迅速引出型腔內(nèi)的氣體，增強排氣效果，有效控制和調(diào)節(jié)金屬液充填流態(tài)，防止金屬液局部產(chǎn)生渦流，消除縮孔、縮松、渦流裹氣和冷隔。同時可以調(diào)節(jié)模具各部位的溫度，改善模具熱平衡狀態(tài)，減少鑄件流痕、冷隔和填充不良等缺陷。

對于帶有薄而深筋片的鑄件（如氣冷發(fā)動機的汽缸頭、風柵、鼓風機葉輪等）和薄壁殼形且深度大的零件時，盡管生產(chǎn)中也采取了開設(shè)溢流槽等措施，但由于受到模具空間的限制，還是會產(chǎn)生大量的氣孔和澆不足等缺陷。這通常是由于高速的金屬液流入深窄模具型腔時，快速的沖擊型腔而形成渦流。高速的金屬液將氣體卷入后,在凝固時將這些來不及排走的氣體包裹在其中，即使這些位置采用局部加壓、開大溢流槽等方法，仍然不能將其中卷入的氣體有效排出。為了減少鑄件在填充過程的各種缺陷，采用在原有模具上直接安裝齒形溢流槽結(jié)構(gòu)，在不改變原有模具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)能有效改善充型時型腔內(nèi)氣體壓力和金屬液充型能力，并有效排出低溫金屬液和浮渣，減少或消除各種壓鑄缺陷。通過多組試驗統(tǒng)計對比分析，得出的優(yōu)化工藝參數(shù)能有效減少壓鑄缺陷。

圖文結(jié)果

試驗用材料為ADC12鋁合金，模具模芯材料為H13鋼，模具溫度為240℃，鋁液初始澆注溫度為670℃，模具型腔部分采用油路來控制平衡溫度，控制油路進口溫度為200℃，出口溫度為220℃，其他部分采用冷卻水冷卻，進口和出口溫度分別為40℃和60℃。慢壓射速度為0.22m/s，快壓射速度為2.1m/s，慢壓射區(qū)間為272mm，快壓射區(qū)間為74mm，產(chǎn)品包括澆口和溢流槽的總質(zhì)量為0.787kg，壓鑄機合模力為3500kN，壓室直徑為φ60mm，壓室填充率為29.3%，料柄長度為16.3mm，增壓區(qū)間長度為10mm。

圖1 產(chǎn)品試制初期溢流槽3D設(shè)計模型

表1 壓鑄件試驗參數(shù)及缺陷統(tǒng)計

圖2 原始溢流槽和齒形溢流槽模型

表2 產(chǎn)品試驗參數(shù)及缺陷統(tǒng)計

圖3 采用原始溢流槽和齒形溢流槽的試驗效果

研究結(jié)論

（1）對薄壁殼形鑄件,采用傳統(tǒng)的溢流槽，有填充不良、氣孔等各種缺陷，這些壓鑄缺陷是由于模具型腔排氣不暢造成的。

（2）齒形溢流槽截面積大，能有效改善模具型腔的排氣，減少壓鑄填充時的充型壓力，改善金屬液充型能力，有效排出先行充填型腔的低溫金屬液和浮渣。采用齒形溢流槽代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直通型溢流槽后，試樣的廢品率從之前的11.0%降低到1.5%。在不修改模具基本結(jié)構(gòu)的前提下，通過采用齒形溢流槽，提高了產(chǎn)品合格率。

（3）采用齒形溢流排氣裝置節(jié)約了模具成本和生產(chǎn)成本，可以很方便地進行更換和再利用。

作者

戴偉 劉佳
華中科技大學材料成形與模具技術(shù)國家重點實驗室
程呈
武漢理工大學材料科學與工程學院
本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰(zhàn)略合作伙伴