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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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