板柵主要缺陷的產生及防止方法研究

裂紋缺陷的產生與防止方法裂紋是鑄件的嚴重缺陷，常分為熱裂紋和冷裂紋，根據板柵裂紋處斷面性質可以斷定板柵的裂紋屬于熱裂紋，必須設法防止。熱裂一般出現在鑄件的應力集中部位，如尖角、截面突變處或熱節處等。其主要形成機理一般與鑄件本身的材料添加劑、鑄件結構和工藝參數的設定有關［４］。常見的防止熱裂的方法有：①選擇結晶溫度范圍窄的合金生產板柵，如含Ｃａ的Ｐｂ基合金。因為結晶溫度范圍愈寬的合金，其液、固兩相區的絕對收縮量愈大，產生熱裂的傾向也愈大。②減少板柵合金中的促使合金熱裂的低熔點物質，如Ｓｎ、Ｃｄ、Ｚｎ等元素。反之，高熔點物質都可能緩解或者消除合金熱裂，如：Ｃａ、Ｃｄ、Ｓ、Ｓｅ，Ｃｕ與Ｓ以及Ｃｕ與Ａｓ的復合化合物、混合稀土等［４］。③改善鑄型的退讓性。退讓性愈好，機械應力愈小，形成熱裂的可能性愈小。但板柵用模具成形，鑄型是沒有退讓性的。④減小澆道對鑄件收縮的阻礙，內澆口的設置應符合同時凝固原則。根據要求，不考慮材質問題，主要從優化模具結構和工藝參數的角度解決裂紋的形成問題。首先采用相關的模擬軟件對板柵的成形進行鑄造模擬分析。經過建立三維幾何模型，網格劃分，初始條件和邊界條件的設定，模擬板柵的充型過程見圖５。凝固后期的熱節區域見圖６，固相率顯示見圖７（圖略）。模擬結果顯示與實際生產過程中的板柵出現裂紋的部位基本一致。從圖５和圖６可看出熱節區位于板柵橫梁處，當合金凝固收縮受到外界阻礙時，其產生的應變速率大到無法靠晶粒間調整或晶粒變形進行補償時，將產生晶間分離，即熱裂紋形成。如果晶間液相的補縮速率大于合金冷卻時的收縮速率，將不會有熱裂紋形成。板柵在冷卻后期由于拉應力作用導致裂紋的形成。板柵鑄件結構設計已定型，橫梁處冷卻方式是否合理，對鑄件能否形成熱裂有直接影響。因該處壁厚不均，屬于較厚部位最后凝固，收縮應力易集中于此處而出現裂紋。鑄件設計應盡量避免十字筋及過于厚大的壁厚以避免形成熱節；過渡部位設計鑄造圓角以避免應力集中形成裂紋；但過大的圓角也避免，因為會形成熱節，鑄件冷卻緩慢而造成晶粒粗大、強度和塑性降低難以抵抗收縮應力而形成裂紋。原模具冷卻水道的設計只考慮模具整體的熱平衡，而對橫梁處熱節部位可能產生的裂紋問題沒有足夠的重視。合金凝固過程中晶間液相補縮通道被阻斷后，進入了不可補縮區，如果合金凝固收縮受到阻礙，很可能造成晶間分離。如果晶間存在連續的補縮通道，晶間分離可以得到補縮，不會形成熱裂紋，如果晶間補縮通道被阻斷，晶間分離將進一步發展成為熱裂紋，依此，可將固相區分成可補縮區和不可補縮區。

對于板柵橫梁處，因鑄件壁厚較大，模具溫度過高，則會增加縮孔面積，從而減緩冷卻速度，促進了熱裂的形成，故對于橫梁處厚壁部分應盡量快速冷卻，并通過澆口保壓作用補縮熱節處，同時保證模具成形部分整體處于平衡溫度。在穩定的板柵壓鑄生產過程中，每一個壓鑄循環中鑄件向模具傳遞的熱量和模具因吸熱而升高的溫度是確定的。一方面當模具溫度低時，會使板柵壓鑄件在凝固過程中產生大的溫度梯度，加快了板柵鑄件的凝固速度，使得板柵鑄件的薄壁處快速凝固，而遠離澆道的厚壁處補縮不足，產生縮孔，從而為熱裂紋的產生提供了條件；另一方面當初始模具溫度較高時，板柵鑄件因冷卻速度降低而減小壁厚不均造成的收縮熱應力，而材料的強度、塑性下降導致熱裂形成。因此，板柵壓鑄模具溫度對鑄件形成熱裂的影響是綜合的。模具溫度需控制在一定的范圍內，一般在８０～１２０℃之間。減少凝固過程中溫度差，有利于防止熱裂紋的產生。圖８是板柵裂紋的斷面圖和板柵裂紋的表面圖。圖９為裂紋處的衍射圖譜。圖９ｂ為圖９ａ在裂紋處的Ｘ射線衍射圖譜。圖１０為遠離裂紋處的衍射圖譜。圖１０ｂ為圖１０ａ遠離裂紋處的Ｘ射線衍射圖譜。從衍射圖譜分析結果得知，遠離裂紋處的成分與裂紋處成分沒有明顯的差別。圖１１為板柵的顯微結構，可知板柵斷裂處塑性還是比較好的。圖１２為圖１１斷口處ＸＲＤ圖譜。針對板柵的裂紋缺陷，經過系統分析研究后，根據板柵合金的不同提出兩組工藝參數的設置數據。經生產實踐證明這兩組參數下生產的板柵總廢品率可以控制在５％以內，特別是解決了板柵的裂紋問題，裂紋出現的概率平均降低為１％以內。保證了生產的連續性。調整后的板柵生產工藝參數見表５；跟蹤統計某月生產板柵廢品情況見表６。

飛邊、毛刺的產生與防止造成零件飛邊與毛刺的主要原因是模具分型面上存在間隙。具體原因：①模具原因：模具碰損或磨損與分型面不平齊；模具變形或分型面不平；模具強度不夠造成變形。②工藝原因：壓射成形壓力太大，模具鎖模力不夠，導致脹型；澆注溫度太高；模具溫度太高；壓射速度過高，形成壓力沖擊峰過高。③設備原因：合模（鎖模）力不夠（可以忽略）。④操作原因：分型面上雜物未清理干凈，有雜物、夾料，導致模具合不攏。防止方法：①檢測合模力和增壓情況，調整工藝參針對板柵的裂紋缺陷，經過系統分析研究后，根據板柵合金的不同提出兩組工藝參數的設置數據。經生產實踐證明這兩組參數下生產的板柵總廢品率可以控制在５％以內，特別是解決了板柵的裂紋問題，裂紋出現的概率平均降低為１％以內。保證了生產的連續性。調整后的板柵生產工藝參數見表５；跟蹤統計某月生產板柵廢品情況見表６。

飛邊、毛刺的產生與防止造成零件飛邊與毛刺的主要原因是模具分型面上存在間隙。具體原因：①模具原因：模具碰損或磨損與分型面不平齊；模具變形或分型面不平；模具強度不夠造成變形。②工藝原因：壓射成形壓力太大，模具鎖模力不夠，導致脹型；澆注溫度太高；模具溫度太高；壓射速度過高，形成壓力沖擊峰過高。③設備原因：合模（鎖模）力不夠（可以忽略）。④操作原因：分型面上雜物未清理干凈，有雜物、夾料，導致模具合不攏。防止方法：①檢測合模力和增壓情況，調整工藝參數；②清潔型腔及分型面；③修整模具。

粘模的產生與防止粘模可能會導致鑄件相同部位表面粗糙不光滑，表皮凹凸不平、少肉，嚴重時甚至有表皮撕裂現象。粘模產生原因：模具表面局部溫度高，出模時合金粘附在模具上無法帶出；②噴涂不到位；③脫模劑配比不合適，產品脫模效果不好；④模具本身起模斜度不夠；⑤型腔表面硬度低，氮化層被破壞；⑥合金粘附物在模具上未及時清除，長時間后粘模現象會越來越嚴重，見圖１３。防止模具粘模的主要方法：①壓鑄時型腔內局部溫度過高時，先調整噴涂工藝，如果仍有粘模時，先將模具上的粘附物去除后，對易粘模部位用毛刷均勻地刷一層防粘蠟；模具型腔有鉛合金粘附時必須及時清除，用油石、砂紙打磨，非型腔部分粘模用鏟刀鏟除凸點，再用砂紙磨拋光。②模具澆口處的拋光處理，解決了因粘模帶來的產品缺陷，減少了板柵斷筋數量，總廢品率大大降石、砂紙打磨，非型腔部分粘模用鏟刀鏟除凸點，再用砂紙磨拋光。②模具澆口處的拋光處理，解決了因粘模帶來的產品缺陷，減少了板柵斷筋數量，總廢品率大大降低。模具澆口拋光處理前后鑄件表面見圖１４（圖略）。