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锁扣半固态 压铸模具及压铸技术工艺

发表时间: 2018-10-26 14:00:58

 1 半固态压铸 模具设计

 

根据半固态 金属浆料的粘度及充型特点,结合锁扣的 压铸工艺要求,设计并制造 出了锁扣半固态压铸模具。由于锁扣使用过程中成对出现,为了保证零 件的 使用性能,采用成对压 铸。同时为了提高生产效率、降 低成本,设计过程中 采用14,对称分布,铸件结构 分布的三维 造型见图1ZL102铝合金锁扣 半固态压 铸模具的内 浇道尺寸比液态压铸的要大,设计时采用 不同的内浇道截面积。该铸件批量大,压铸过程连 续,模 具温度为250~30 °C。半固态压 铸件成形时温度较低,模具材料选 择常用耐热钢 H13(4Cr5MoSiV1),模具结构见 图2

 

2 半固态压铸 过程模拟

 

利用有限元 分析软件Flow-3D对铝合金半 固态压铸充型及凝固过程进行模拟,并对压铸成 形时零件内部 可能产生的 气孔、缩松、缩孔等缺陷进行预测。在铝 合金半固态 压铸的数值模拟过程中,对半固态金 属流体 做以下几点 假设:

 

1 半固态金属  流体具有“剪切变稀”的 特征,即使在较高 固相率时,加以强烈搅 拌,半固态金属 依然具有相 当低的剪切应力,因此在模拟 过程中将其视 为连续的、 不可压缩的金属流体,其流动特性 由表观粘度表示;

 

2 充型过程所 需充填时间很短,几乎是在瞬 间完成的,流体的传热 时间很短,温度变化很 小,因此,将半固态成 形过程的流动近似为等温流动;

 

3 浆料为牛顿 流体,其表观粘度 系数为常数,充型过程为 层流;

 

4 在充 型过程中只 考虑半固态浆料的存在,而忽视另一 流体 ——— 空 气 。

 

2 .1 边界条件设 定

 

压铸ZL102合金,其密度为2.65g/cm3,固相线温度 为555 °C,液相线温度 为615 °C,模具材料为  H13 钢。环境温 度设为20 °C,型腔内气压 为一个标准大气压(0.101MPa),模具与铸件 界面的传热系数2000W/(m2·K)

 

2 .2 充型及凝固 过程模拟结果分析

 

通常,液态压铸时 金属液充入型腔后呈流射状充 填,直到金属液 冲击到对面型腔后,两次流体前 沿向型 腔两侧散开 ,并以反射压 力流的形式加速向下沿型壁流 动,最终上部扩 散的压力流与下部反射的压力流在入口 两侧交汇,形成两个很 大范围的涡流,该区域往往 是卷 气、夹杂等 铸造缺陷存在的地方。而锁扣半固态压铸充 型过程见图 3a~3d,半固态浆料 在压射冲头的作用 下进入型腔 ,在充型过程 中,半固态浆料 进入直浇道之 后,在浇道内快 速堆积,待浇道充满 后才开始充填型腔。 整个充填过 程平稳,基本没有飞 溅现象,直至充填完 成。

 

凝固过程见 图3e和图3f,在凝固过程 中,由于铸件中 心部分厚度比直浇道大,因此凝固时 间与直浇道相比相对久一些,而料柄部分 最后凝固。改变 ZL102铝合金的半 固态压铸条件,采用第2 组参数,即浆料温度 为580°C,压射速度为   1m/s,模具 预热温度为 220 °C及第3组参数,即浆料温度 为600 °C,压射速度为   1m/s,模具预热温 度为 240 °C。其充型凝 固过程与第1组参数(浆料温度为 590 °C,压射速 度为1m/s,模具预热温 度为 240°C)模拟过程基 本相同。

 

从以上3组参数的凝 固结果分析可知,1组参数铸件 的微缩孔比例为1.43%,2组参数的微 缩孔比例为2.33%,3组参数的微 缩孔 比例为1.98%, 并且可以发 现内浇道截面积大的一侧的微缩孔要比截面积小的一侧缺陷要少。根据以上分析,1组工艺参数 生 产出的铸件 质量优于第2组和第3组工艺参数 下的铸件质量。

 

3 半固态压铸 试验

 

3.1 试验过程

 

半固态压铸 试验是根据以上3组工艺参数 进行的。ZL102合金的熔化 采用工业电阻炉,采用C2Cl6 对熔化 后的铝合金 进行精炼,并用电磁搅 拌法对铝液进行等温搅拌,制得半固态 浆料。选用J1118F型压铸 机进行压铸 。首先在模具未预热情况下进行压铸,生产出的铸 件未充满,且缺陷较多 。进行预热后按上述工艺参数生产出的铸件成形良好,表面光洁无 缺陷。

 

3 .2 试验结果及 分析

 

与第1组参数相比 ,当浇注温度 为580°C600°C ,压铸件的硬 度反而降低。这是因为温度过低时,枝晶较大,导致硬度相 对较差;同样,温度过高,枝晶长大,也会造成同 样的情况。但是在3组工艺条件 下,内浇道截面 积大的铸件硬度 都要好于内浇 道截面积小 的铸件,即在适当的 范围内,内浇道截面 积要尽量与入口处的型腔一致,可以有效提 高压铸件的品质。

 

内浇道截面 积不同的压铸件金相组织也有明显差异,见图7。内浇道截 面积大的初生固相率要高于内浇 道截面积小 的铸件,并且两铸件 的初生晶粒之间均伴随 很多细小的 球状晶,这是由于铸 件压铸成形期间浆料与 铸型型腔相 接触发生二次凝固造成的。

 

4 结 论

 

(1)模具温度对 半固态压铸影响较大,半固态压铸 过程必须保证模具温度在250~300 °C范围内,这样有利于 压铸件充型和凝固。

 

(2)根据模拟结 果得到的最优半固态压铸工艺参数:压射速度为   1m/s,模具预热温 度为 240 °C,浆料温 度为590 °C,整个充型过 程平稳,没有飞溅现 象。

 

(3)半固态压铸 模具设计过程中内浇道尺寸比液态压铸模尺寸大,根据铸件壁 厚的特点,设计的较大 内浇道面积(17mm2)的铸件硬度  优于较小内浇道面积(11mm2)的铸件硬度 。

 
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