前言：鋁合金高壓壓鑄廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電子等關(guān)鍵零部件生產(chǎn)，在產(chǎn)品內(nèi)澆口區(qū)域因高速充型和凝固收縮階段易產(chǎn)生氣孔、氣縮孔等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品交付質(zhì)量。模具溫度作為關(guān)鍵工藝參數(shù)，直接影響金屬液流動(dòng)性與凝固同步性。現(xiàn)有研究多聚焦于壓射速度或壓力優(yōu)化，對(duì)模具溫度的系統(tǒng)研究仍不足。本文以汽車(chē)變速器箱體為對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論分析揭示模具溫度對(duì)澆口缺陷的作用機(jī)理，并提出工藝優(yōu)化方案。
01.
實(shí)驗(yàn)方法
1、材料與設(shè)備
合金材料：ADC12 主要成分（Si 9.6–12.0%, Cu 1.5–3.5%，F(xiàn)e＜1.3%，Mg＜0.3%，Zn＜1.0%，Mn＜0.5%，Ni＜0.5%）；
生產(chǎn)設(shè)備：力勁3000T冷室壓鑄機(jī)；
檢測(cè)設(shè)備：X射線探傷機(jī)；熱成像模溫檢測(cè)儀。
2、實(shí)驗(yàn)參數(shù)
固定參數(shù)：鋁液溫度660℃，慢壓射速度0.35 m/s，快壓射速度4.5 m/s，增壓比壓80 MPa。變化點(diǎn)：模具溫度分為三組（160–220℃；220–280℃；280–340℃），每組壓鑄8模次。
3、缺陷檢測(cè)
采用X射線探傷定量分析澆口區(qū)域缺陷；標(biāo)準(zhǔn)：孔徑>0.5 mm，統(tǒng)計(jì)合格率。
02.
1、模流分析結(jié)果
在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段的充型模流分析中可見(jiàn)，鋁液進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)澆口時(shí)，溫度在631~645℃區(qū)間，隨著高溫鋁液持續(xù)推進(jìn)，內(nèi)澆口溫度逐漸升高 ，直至產(chǎn)品型腔充型結(jié)束仍維持在660℃范圍值。
2、模具低溫對(duì)金屬液流動(dòng)的影響
在壓鑄冷模復(fù)產(chǎn)初期，關(guān)閉模具循環(huán)冷卻控制系統(tǒng)的條件下生產(chǎn)8件，采集初始階段模具溫度，模溫測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，內(nèi)澆口橫截面模具溫度在166.3~178.7℃區(qū)間（高溫區(qū)<220℃）；在此溫度基礎(chǔ)上，使鋁液與模具間的熱交換速率加快，顯著影響鋁液充型流動(dòng)性，黏度增大，并在內(nèi)澆口淤積冷凝層，致密度差，導(dǎo)致孔缺陷形成機(jī)率升高。
3、模具中溫對(duì)金屬液流動(dòng)的影響
隨著生產(chǎn)模次的增加，模具受鋁液加熱后整體溫度升高，鋁液與模具間熱交換速率減弱，累計(jì)生產(chǎn)16件，通過(guò)采集模具溫度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)澆口橫截面模具溫度已升至220~273.7℃（高溫區(qū)＞220℃）；經(jīng)斷料觀察產(chǎn)品內(nèi)澆口斷面致密度增加，無(wú)可見(jiàn)冷凝層現(xiàn)象。
4、模具高溫對(duì)金屬液流動(dòng)的影響
在連續(xù)生產(chǎn)24件后，再次采集模具溫度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)澆口橫截面模具溫度已升至284.5~330.6℃（高溫區(qū)>280℃）；由于模具溫度高，鋁液流動(dòng)性得到較大提升，在此階段生產(chǎn)的產(chǎn)品外觀亮度增加，內(nèi)澆口斷面致密度顯著增強(qiáng)，無(wú)可見(jiàn)冷凝層現(xiàn)象，但在產(chǎn)品內(nèi)澆口附近的加強(qiáng)筋與螺紋柱外表層局部區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重粘模與拉傷現(xiàn)象。
03.
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1、模具溫度對(duì)缺陷的影響
通過(guò)三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)體現(xiàn)，當(dāng)模具溫度在220–280℃區(qū)間時(shí)，金屬液流動(dòng)性適中，提高增壓補(bǔ)縮的有效性，產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定。
2、實(shí)物探傷缺陷分布
模具低溫組：氣縮孔多分布于澆口處螺紋柱中部，呈不規(guī)則收縮紋；
模具中溫組：內(nèi)澆口與螺紋柱區(qū)域內(nèi)部無(wú)可見(jiàn)縮松缺陷；
模具高溫組：內(nèi)澆口與螺紋柱附近可見(jiàn)氣縮孔，以及彌散微縮孔（＜0.3 mm）。
04.
1、溫度控制
復(fù)產(chǎn)初期模具預(yù)熱至220℃以上，并通過(guò)關(guān)閉模具水冷系統(tǒng)將模具進(jìn)澆溫度穩(wěn)定在240±20℃。
2、工藝協(xié)同
在優(yōu)化溫度區(qū)間內(nèi)，適當(dāng)提高壓射速度（4.5–5.0 m/s）以進(jìn)一步減少鋁液充型湍流形成包裹。
05.
結(jié)論
通過(guò)模具溫度的調(diào)控，可提高鋁合金液流動(dòng)性、減少氣體殘留，以及凝固過(guò)程增壓補(bǔ)縮的有效性，降低內(nèi)澆口缺陷形成幾率。實(shí)驗(yàn)表明，220–280℃為該產(chǎn)品壓鑄的優(yōu)化溫度區(qū)間，可使內(nèi)澆口缺陷消除，產(chǎn)品質(zhì)量滿足客戶要求。
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