镁合金压铸方式
镁合金压铸方式
1.镁合金压铸方式
镁合金可用冷室或热室压铸机压铸。目前对热室压铸机的改进主要包括：采用储能器增压，压射柱塞的压射速度可达6m/s；感应加热鹅颈管和喷嘴，使之保持最适宜温度；采用双炉熔化保温，并采用绝热装置和再循环管道，精确保持熔池温度。当用普通冷室压铸机压铸镁合金时，必须对压铸机的压射系统和自动给料系统进行必要的改造，使之适用于镁合金压铸的要求。改造的内容包括：
(1) 将压射系统的快压射速度由压铸铝合金时的4～5ｍ/ｓ提高到6～10ｍ/ｓ；
(2) 缩短增压过程的建压时间；
(3) 提高压射力；
(4) 采用电磁自动定量给料装置，防止镁合金在浇注过程中氧化；
(5) 如采用真空压铸等特种压铸工艺时，配置必要的配套设备。
和其他压铸合金一样，传统的压铸技术使镁合金液以高速的紊流和弥散状态充填压铸型腔，气体在高压下或者溶解在压铸合金内，或者形成许多弥散分布在压铸件内的高压微气孔。因此用传统压铸方法生产的镁合金压铸件不能进行热处理强化，也不能在较高温度下使用。为了消除这种缺陷，提高压铸件的内在质量，扩大压铸件的使用范围，近20年来研究开发了一些新的压铸方法，其中包括充氧压铸，半固态金属流变或触变压铸和挤压铸造，以及几经起伏的真空压铸等。
真空压铸通过在压铸过程中抽除型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体，提高压铸件的力学性能和表面质量。目前已成功地在冷室压铸机上用真空压铸法生产出AM60B镁合金汽车轮毂，在锁型力为2940kN的热室压铸机上生产出AM60B镁合金汽车方向盘零件，铸件伸长率由8%提高至16%[6]。
充氧压铸又称无气孔压铸(Pore-Free Die Casting Process，即P.F法)。该法在金属液充型前，将氧气或其他活性气体充入型腔，置换型腔内的空气，金属液充型时，活性气体和充型金属液反应生成金属氧化物微粒弥散分布在压铸件内，从而消除压铸件内的气体，使压铸件可热处理强化。日本轻金属(株)用充氧压铸法生产计算机的AZ91镁合金整体磁头支架，代替原先的多层叠合支架，不但减轻了支架重量，并且取得了很大的经济效益。该公司还用充氧压铸法成批生产了AM60镁合金汽车轮毂和摩托车轮毂，和铝轮毂相比，重量减轻15%。
近年来美国、日本和英国等国的公司相继成功开发出镁合金半固态触变射压铸造机。镁合金半固态触变射压铸造机以一定压力将半固态镁合金射入压铸型内而使之成形，其工作原理类似于注塑机。它将预制的非枝晶态镁粒送入螺旋给料机构，在螺旋给料机构中将镁粒加热到半固态，并通过螺旋给料机构另一端的镁合金浆料收集室将半固态镁合金浆料送入压射室进行射压成形。这种铸造成形方法代表了镁合金铸件生产的一个发展方向。
2.镁合金熔炼作业和安全生产
由于镁合金液很容易氧化，而且表面生成的氧化膜是疏松的，其致密系数α值仅为0.79，不能防止合金继续氧化。镁合金液和大气中氧、水蒸气、氮反应生成不熔于镁液的难熔的MgO、Mg3N2等化合物，混入铸型后即形成“氧化夹渣”。因此，熔炼合金时防氧化至关重要。镁合金的熔体保护主要有两种方法，即熔剂保护和气体保护。
用保护熔剂熔炼通常会带来以下问题：
(1) 氯盐和氟盐高温下易挥发产生有毒气体，如HCl，Cl2，HF等；
(2) 由于熔剂的密度较大，部分熔剂会随同镁液混入铸型造成“熔剂夹渣”；
(3) 熔剂挥发产生的气体有可能渗入合金液中，成为材料使用过程中的腐蚀源，加速材料腐蚀，降低使用寿命。
目前多数厂家使用气体保护，即用干燥的SF6、N2、CO2、SO2气体中的2～4种组成混合气体，在镁合金熔池表面形成致密的连续薄膜以阻止镁合金液的氧化。SF6不是毒性气体，但它对地球的温室效应比CO2严重24000倍，而镁工业的SF6用量占世界总用量的7%(1996年)，将来必然会限制其用量乃至停止其使用，但目前尚未找到SF6的合适替代物。研究表明，用硫磺粉末撒于熔池表面形成的SO2对镁合金液有保护作用[7]。
镁合金压铸件生产的危险大多由加工及后处埋过程中的过失所引起。据日本方面统计，镁合金压铸件生产过程中引发的危险，熔炼占25%，铸造占10%，加工占39%，贮藏及废弃物占16%，电气占3%，其他占7%。显然，加工和后处理过程的危险性超过压铸过程3～4倍。加工过程中，无论是喷砂、车削、铣削、抛光等，均不可避免会产生镁尘屑及火花，如厂房内通凤不良，空气中镁尘浓度过大，一旦火花和空气或地面的镁尘接触，轻则燃烧，重则爆炸。因此厂房内必须安装集尘器并配备防火砂及防火设施。
3.压铸型设计
由于镁合金的化学、物理参数及压铸特性和铝合金有很大差异，因此铸型设计则不能完全套用铝合金压铸型设计原则[8]。
镁合金液易氧化燃烧，铸造时热裂倾向比铝合金大，在熔化、浇注及压铸型温控制等方面都比铝合金压铸复杂。镁合金充型时间短，排气问题尤为突出，镁合金的比热容和相变潜热均比铝合金低，因而压铸过程中容易发生局部(薄截面部位)提前结晶现象，导致补缩通道堵塞，产生浇不足的缺陷。镁合金压铸型设计主要考虑以下几个方面：
(1) 压铸机选择。采用何种形式的压铸机进行生产主要取决于铸件的壁厚。Roland Fink在对“镁合金压铸工艺的优化”问题进行研究的过程中，通过对镁合金压铸经济性、冷室压铸和热室压铸过程分析提出，一般情况下小于1kg的铸件需要采用热室压铸机，以保证薄壁件的充满，大件则推荐采用冷室压铸机。
(2) 工艺参数。在压铸生产过程中，选择合适的工艺参数是获得优质铸件发挥压铸机最大生产率的先决条件，是正确设计压铸模的依据。压铸时，影响合金液充填成型的因素很多，其中主要有压射压力、压射速度、充填时间和压铸模温度等等。由于压铸件壁厚和复杂程度的不同，工艺参数选择的变化范围很大。镁合金同铝、锌合金相比，流动性更好，因此二级压射速度可以更大，镁合金的冲头速度比铝合金快约30%，最大甚至超过10ｍ/ｓ。由于镁合金铸造性能如流动性对型温和浇注温度相当敏感，在充型过程中镁合金液极易凝固，必须精确控制型温和浇注温度，否则就易出废品。
(3) 浇注系统设计。浇注系统对金属液流动的方向、排气溢流条件、模具的温度分布、压力的传递、充填时间的长短及金属液通过浇道处的速度和流动状态等各个方面，起着重要的控制和调节作用。浇注系统设计总结如下：
内浇道位置：由于镁合金在型腔中比铝、锌等合金凝固都要快，并且一般镁合金压铸件为薄壁零件，因此内浇道位置的选择必须尽量避免直接冲击型腔表面，保证金属液在型腔中的流动路径最短，以防止出现浇不足和冷隔现象。
充型速度：一般说来，由于镁合金的热力学特性，合金向模具的热传递速度很快，而且凝固区间大，流动性较差，因此为避免浇道镁液过早凝固，应使镁液高速平稳地充入型腔[9]。一般内浇道流速为90～100ｍ/ｓ，对于有些薄壁镁合金压铸件来说，内浇道速度甚至高达20ｍ/ｓ。
内浇道尺寸：在许多情况下，内浇道通过机加工去掉。内浇道宽度应该小于壁厚的50%，以避免修边过程中对铸件造成损伤。为了获得最小的内浇道厚度，同时保证镁压铸件薄壁的要求，内浇道宽度应该尽量取大以保证合适的内浇道截面积。
充填时间：它和内浇道速度紧密相关，对于表面质量要求高的薄壁铸件影响很大。充填时间较铝合金少0%，通常取为10～100ｍｓ。
溢流槽设计对于薄壁镁合金压铸件，最佳的溢流槽入口面积约为内浇道截面积的20%～25%[9]。
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