(六)排气系统设计原则
由于差压铸造金属型模具材料本身没有透气性,排气系统设计不好会使铸件产生冷隔、浇不足、外形轮廓(花纹字迹)不清晰和气也等缺陷。对于铸造非铁合金,因其表面氧化膜较厚,更容易形成轮廓不清晰的缺陷。差压铸造金属型模具排气系统的设计一般应遵循以下原则:
(1)在确定铸件在金属型中的位置并进行浇注系统设计时,必须考虑金属液的充型过程,使其有利于将浇注时卷入的气体和挥发物产生的气体排出;
(2)可能时最好开设排气冒口;
(3)分型面上可开设排气槽;
(4)型腔中的凹处及个别凸起部位,钻孔后装进排气塞;
(5)金属型各部位的配合面(如芯座、活、顶杆与型体的配合面等)应开排气槽;
(6)排气系统的截面积,原则上应等于或大于浇注系统的最小截面积;
(7)排气系统的设置应不影响开型及抽芯。
(七)模具锁紧机构设计
差压差压浇注时,金属型模具要承受金属液的动压力和静压力。若金属型两半型不夹紧,金属液就会从两半型的分型处流出。锁紧机构的作用就是使两半型夹紧,使分型面的间隙最小,并在一定程度上防止金属型的翘曲变形。
常用的锁紧机构有偏心锁、摩擦锁、螺旋锁及楔销锁等。
(八)模具加热、保温及冷却
(1)金属型的加热,一般俗称型腔预热,是浇注前必不可少的工序之一。铸型(芯)在喷涂料前,为了粘接牢固,不易脱落,需要加热到150度左右。铸型(芯)在喷涂料后,还需加热到200~250度的温度,才能进行浇注。
(2)模具保温
对铸件的冒口和个别薄壁处,为延缓金属液的凝固,可采取对金属型局部保温措施,其方法如下:
①型腔外壁充填绝热材料,如石棉绳(粉)等;
②冒口部分内壁贴石棉板,喷绝热涂料,或用保温冒口套;
③型腔内壁控制涂料厚度;
④局部利用砂芯或耐火砖片。
(3)模具冷却
连续生产时,金属型的温度可能会超过工艺上所规定的温度。浇注前金属型温度过高,会导致铸件质量下降(如金属晶粒粗大等)、降低劳动生产率、加速金属型损坏、恶化劳动条件。铸件结构有时也要求对不同部位有不同的冷却速度。故金属型的冷却方法及其设计,是金属型设计的重要内容之一。
(九)模具材料的要求
差压铸造模具的工作零件是在高温、高压下和金属液接触,其工作条件较为恶劣,因此所有的材料应尽量满足如下要求:
(1)在高温下应有较高的强度、硬度、耐磨性和适当的塑性,在长期的工作中,其组织与性能应稳定;
(2)应有较好的导热性和抗热疲劳性能;
(3)在高温下不易氧化,能抵抗金属液的粘焊及熔蚀;
(4)淬透性好,热处理变形小;
(5)线胀系数小;
(6)在修复或修改模具时能焊接。
五、差压铸造生产连杆叉工艺过程
差压铸造的加压工艺过程分为六个阶段。0~t1为充气分阶段,t1~t2为压力平衡阶段,t3~t4为升液、充型阶段(其压力随时间的变化曲线见图1,充型过程中压力变化规律见图2,增压法压力随时间变化规律是一条递增曲线,减压力随时间变化规律是一条衰减曲线,)t4~t5为保压阶段,t5~t6为互通阶段,t6开始为上、下压力罐排气卸压阶段。
图1
图2
图3
根据上述压力变化曲线,可以绘制出差压铸造的充、排气特性图(见图3)。图3(a)为增压法充气特性曲张,0a为压力罐充气至p1压力;aa'为上、下压力罐平衡;a'b'为下压力罐充气升压力至p2曲线,金属液在a'b'充型速度会发生波动。图3(b)为减压法排气特性曲线。ab段为上压力罐的压力由p3开始排气至p4,即进行浇注;经保压结晶b'b'段后,再排气卸压至c'。由图可见,排气段ab占整个曲线的比例很小。如浇注铝合金时,充气压力为0.5~0.6MPa,ab段仅占总曲线的1/8~1/6,非常接近直线,所以采用减压法,金属液上升平衡,而增压法则较差。
六、实施差压铸造技术生产汽车连杆叉可行性研究结论
(1)差压铸造的工艺和设备以一种新颖的方法解决了连杆叉铸件的充型和凝固等铸造技术问题。
(2)在差压铸造中,连杆叉的压力和反压力之间的差值可以在一个较大的范围内进行调节和控制,因此,在两个压力之间有可能找到一个合适的差值来实现铸件以及铸件各部分的充型和成形,生产出的铸件能很好地复制铸模结构特征。
(3)工艺参数的可控性 差压铸造可以根据不同的零件选择不同的工艺参数,通过优化组合,使生产的铸件质量更高。
(4)在生产连杆叉过程中作用于砂型孔隙中的压力和作用于模具中熔体表面上的压力相等。因此,在差压铸造中,可使用各种类型的模具和型芯(如金属、砂、壳型等)。不论作用于系统中的压力有多大,模具和型芯都不会破坏或变形。
以上几点保证了差压铸造工艺能生产具有高精度和表面光洁的汽车连杆铸件。
差压铸造技术成本小,经济效率高市场前景广阔,因此,目前大力推广发展差压铸造技术生产汽车连杆技术是可行的。