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镁合金手持工具压铸件热裂纹的研究
摘要:研究了镁合金手持工具压铸件的热裂纹,通过调整压铸工艺参数和改善产品出现裂纹位置壁 厚差来防止热裂纹缺陷,经过生产过程验证解决产品热裂纹。 关键词:镁合金,手持工具,热裂纹
1 前言
镁合金是实用金属中最轻的金属材料,具有 刚性佳,比强度高,阻尼减震性好,以及防磁、 屏蔽、散热等许多特性,由于其优良的成形性, 可以压铸壁厚为 0.4-10mm 的薄壁铸件[1],广泛 应用于制造 3C 产品、汽车和手持工具零部件等 领域。由于薄壁铸件容易出现热裂纹,铸件的成 品率不高。造成压铸件热裂纹的原因主要有合金 成分、铸件形状、压铸工艺、凝固收缩量、凝固 温度梯度、不同部位的凝固速度以及诸多因素的 相互影响[2]。以本公司压铸生产的手持工具箱体 出现的热裂纹为例,本文研究了压铸工艺参数和 产品结构对热裂纹的影响,并提出了相应的解决 方法。
2 箱体压铸件及裂纹缺陷
图 1 所示为本公司生产的带浇冒口、溢流槽 的手持工具箱体铸件,由镁合金 AZ91D 压铸成 形,铸件平均壁厚为 3mm,产品结构较复杂且不 对称,在生产过程中,裂纹大量存在,经检验发 现裂纹缺陷主要集中在进浇口及进浇口一侧的 耳朵结构根部位置,见图 2,该位置有一定的圆 角,刚好处于进浇口与铸件连接的热节区,裂纹 出现在圆角固定位置,最大深度达 0.3mm,长短 不一致,导致铸件报废。
3 裂纹缺陷金相分析
将产生裂纹的部位切开制作金相试样,并在 显微镜下对裂纹进行观察分析。图 3 为在显微镜 下观察的裂纹金相图。由图 3 可见,裂纹处的组 织晶粒明显粗大,裂纹曲折且
不规则,在铸件表 面形成不连续的热裂纹。
4 箱体热裂纹的防止研究
为了解决热裂纹,提高成品率,主要从压铸 工艺参数和产品结构方面来入手。本公司采用的 是力劲 400T 压铸机进行生产,压铸工艺包括模 具温度,压射速度,留模时间,镁液温度,产品 结构主要从裂纹缺陷位置的产品壁厚均匀性方 面考虑进行修改。
4.1 工艺参数
4.1.1 模具温度 在连续生产过程中,用红外测温仪随时监测
模具温度,结果表明,模具温度范围在 230-260℃ 之间,裂纹缺陷出现的比例相对较少,约 30%, 一旦生产中途因故停机生产, 模具温度低于 230℃生产时,裂纹缺陷比例迅速增加,直至模 具温度稳定在 230-260℃温度范围后,裂纹缺陷 出现比例才得以缓解。由于压铸模具温度对铸件 形成热裂的影响是综合的,每一模铸件向模具传 递的热量和模具因吸热而升高的温度是确定的, 控制模具温度主要是减少凝固过程中的温度差 [3]。为了解除停机后再生产时裂纹缺陷比例大的 难题,我司采用了连接模温机进行生产,模温机 设定温度为 250℃,但实际生产时裂纹缺陷并未 得到完全解决。
4.1.2 镁液温度 连续生产时在熔炉温度控制面板上设定的
熔室镁液温度是 690℃,镁液温度过低,镁合金 的流动性差,压铸出的产品经过 X 射线探伤发现 内部有较多的气孔和夹渣,而且产品远端位置有 较多的冷隔和花纹。一旦镁液温度高于 700℃, 镁合金容易氧化,进浇口及耳朵结构根部位置会 同时出现裂纹,由于使用了模温机,降低了铸件 和模具的温度梯度,但是裂纹仍然出现,因此判 断镁液的温度不是导致箱体产品裂纹出现的直接影响因素。
4.1.3 留模时间 箱体产品最初压铸工艺参数设定的留模时
间为 8s,在实际生产过程中,通过调整后观察裂 纹缺陷的比例,发现留模时间 8s 相对较短,热 裂纹很可能是产品还未完全凝固就出模时形成 的。最终设定的留模时间为 10s,该留模时间下 裂纹缺陷出现的比例明显有减少。
4.1.4 压射速度 箱体产品连续生产时,快压射速度范围为
3.5-4.5m/s。但快压射速度在 4 m/s 以上压铸出的 产品无论从外观冷隔缺陷还是 X 射线探伤内部 组织缩松缺陷来看都要好些,同时,裂纹缺陷的 比例也最小。这是由于高速度对应的高压射比压 使压铸件的组织更为致密所致[4]。一旦压射速度 超过 4.5m/s,压铸出来的箱体产品通过 X 射线探 伤发现内部缩孔和气孔较多,压射速度过高镁液 卷进太多的气体,不能到达产品气密性实验的要 求。
4.2 产品结构 通过对以上工艺参数的调整,箱体产品裂纹
5 结束语
镁合金手持工具产品容易出现热裂纹, 尤其是薄壁件。热裂纹主要出现在产品壁厚不均匀处的 R 角根部位置。为了防止热裂纹,主要从压铸工艺参数和调整 产品结构,使其壁厚均匀入手,压铸工 艺参数中对热裂纹影响明显的是模具温度和留模时间,产品结构也是影响裂 纹出现位置的重要原因