铝合金压铸件浇口夹渣分析

某企业生产的一款125摩托车发动机铝合金箱体，其加工后质量为1．84kg，采用DC800T冷室压铸机铸造，内浇口开设在非加工面上，敲掉料饼后浇口处出现夹渣缺陷，因此处为外观面并且是曲轴箱的机油储存部位，基本无法修复而报废。2013年因夹渣报废的废品率为1．91％，经过一系列的研究，成功地将废品率降低到0．1％，并在其他部件中推广应用，取得了良好的效果。该产品采用YDC11压铸铝合金，其化学成分见表1。本课题主要从铝合金压铸件浇口夹渣的发生机理［1～5］和实际铸造条件等方面出发，分析产生浇口夹渣的原因和改善措施，以期为铝合金箱体压铸件生产提供参考。

1夹渣形态及形成机理

通过对废铝合金箱体分析，浇口夹渣主要有3种形态：缩孔类、油污类和冷硬层。其中以油污类的夹渣数量居多，占夹渣总数的60％以上；冷硬层占夹渣总数的35％左右；而缩孔类占夹渣总数的5％。

1．1类似缩孔缺陷

当敲掉铝合金箱体浇道料饼后，浇口处出现呈不规则形状、内部比较干净、表面粗糙的类似缩孔状的孔洞，见图1。缩孔类夹渣的铸件浇口表面凹陷，打磨涂装后外观仍不光洁。产生原因是内浇口温度比较高（实测最高模温为380℃），是最后凝固的部位，造成该处Al液来不及补缩，产生缩孔缺陷［1］。

1．2油污类缺陷

每一铸造循环需向冲头加注油，冲头油在Al液浇注后没有完全燃烧，被包裹在Al液中形成杂质一起填充到型腔。由于包裹有冲头油的Al液温度较低，会较早凝固，流动速度慢，因而在填充末了时停留在产品末端［2］。加之内浇口截面积小，流动阻力大，这部分包裹有冲头油且提前凝固了的Al液杂质更不容易通过，停滞于内浇口附近。敲掉料饼后，在内浇口处呈现黑色孔洞，其内壁粗糙，表面有明显油污，见图2。检查浇口和料饼夹渣情况，同样发现此类杂质。

1．3冷硬层缺陷

冷硬层是指被注入到料筒内的Al液与料筒低温表面接触急速冷凝所形成的壳体（光谱仪检查冷硬层化学成分未发现异常，均在标准允许范围内），在高速填充时随Al液一起被填充到型腔，见图3。固态的冷硬层密度（2．7g／cm2）比液态（2．45g／cm2）的Al液大，在冲头低速运行阶段，冷硬层慢慢聚集在Al液的末端。冲头高速运行时，部分冷硬层将被卷入型腔，形成缺陷。最终残留在内浇口的冷硬层形态见图4。冷硬层多为薄片状，表面有光泽且较硬，与周围母材多存在间隙，不仅影响外观，也降低零件的强度。

2消除夹渣的措施

2．1缩孔类夹渣的解决措施

缩孔类缺陷主要是模具温度过高造成的［3］，因此首先要确定模具实际温度，利用红外线测温仪测得开模后浇口处最高模温为380℃，其他位置也有超过350℃的情况，模具整体温度比正常状态高；其次，检查发现浇口附件的点式冷却水流量较小甚至堵塞，是铜管在使用过程中结垢后截面减小所致。部分冷却水管长度比设计的短很多，这是因为模具的冷却水铜管和冷却水孔都没有编号，在拆装模具时会把长的铜管剪掉一部分后装到短的水孔里，这样导致一些冷却水铜管较短，达不到冷却效果。可采取两个措施：①在《模具保全检查项目表》中加入冷却水检查项目，规定冷却水流量检测方法及频率；②按照图纸要求检查冷却水铜管长度，不符合要求的予以更换，并对模具冷却水孔和冷却水铜管进行编号，一一对应［4］。整改后，实测到的模具温度大幅度降低，平均模温约为240℃，浇口温度也降到300℃以下，几乎不再出现缩孔类夹渣。

2．2油污类夹渣的解决措施

压铸油采用花野275冲头油，呈黑色粘稠状。脱模剂喷涂后，冲头退回进行料筒清扫，然后滴注冲头油。现有的滴注位置为冲头前方的料筒底部（见图5），一般箱体压铸油用量为5mL／模。现有油供给方式存在3个问题：①油滴注在料筒底部很容易被浇注的Al液包裹而形成渣滓；②油聚集在一块，短时间内无法完全燃烧，易被Al液包裹；③冲头顶部效果不好，易导致不均匀磨损。此外，冲头油的用量也存在偏多的现象。有3种解决措施。（1）调整冲头油用量冲头油由5mL减少为4mL并无断料饼发生，当减少到3．5mL时偶尔会发生断料饼。分析发现冲头冷却水铜管大部分比设计值短，冷却效果不良。因此，恢复冲头冷却水管长度（距冲头内壁15mm），并纳入日常点检项目，再把油用量降到3．5mL。（2）调整油的加注位置及供给方式将原来的料筒底部加注油改为冲头顶部加注。油借助惯性顺流至整个冲头表面，面积加大，便于燃烧。改善后的滴注位置见图6。（3）调整冲头油供给方式虽然冲头顶部滴注方式有较好的效果，但扩散不好，面积不够，燃烧不完全。采用喷射可以在冲头表面形成雾化的油膜，扩散面积大，更利于燃烧，具有更好的效果。经改善后，浇口断面比原来干净了很多，夹渣下降了将近90％，也没有出现断料饼现象。

2．3冷硬层夹渣解决措施

2．3．1调整压射延时Al液注入到料筒后会在其接触面形成冷硬层，接触时间越长，产生的冷硬层就越多。因此，缩短压射延时，即缩短Al液与低温料筒接触时间是减少冷硬层的一个行之有效的方法。具体操作是将压射延时由原来的2．5s调整为0．5s。2．3．2调整汤勺退回待机时间现场调查发现，由于操作者熟练程度参差不齐，导致铸造CT存在差异。若采用完全统一的工艺参数就会导致细节失误。如汤勺退回待机时间都设定为20s，对于不熟练工人来说，由于动作较慢，合模完毕时汤勺已经舀汤完成后在料筒上方等待了6s以上。根据操作者的熟练程度，灵活调整汤勺退回时间，汤勺在料筒上方等待时间控制在1s以内。并且，把汤勺退回待机时间纳入领工日常巡视项目，确保现场执行力。2．3．3过滤汤勺的应用传统的汤勺（见图7a）在舀汤时不可避免的会舀入一些氧化层。采用过滤汤勺式样（见图7b）在舀Al液时可以有效避免氧化物被舀入，Al液的纯净度大大提高了。2．3．4规范Al液除渣除气作业要求新旧炉料、除渣剂、除气剂和熔炼工具必须烘干；熔炼温度控制在750℃以下，避免Al液溶解过多的氢气［5］；Al液转运之前应在转运包中进行旋转脱气和二次除渣处理，然后静置2h以上再对Al液应进行二次除气处理。这样提高Al液纯净度，减少Al液冷硬层。

3结语

针对压铸摩托车曲轴箱体浇口夹渣，从弄清产生夹渣的机理出发，总结现有生产条件的不足及与夹渣的关联性，从而制定相应的改善措施，保证合适的模具温度，纠正错误的冲头油供给方式，实现铝合金熔炼的标准化，并验证效果，使曲轴箱浇口夹渣问题得到有效控制。

作者：杨诚 杨兴国 唐和雍 杨正平 单位：重庆大学汽车工程学院 重庆建设•雅马哈摩托车有限公司