0 引言

近年來,隨著汽車工業(yè)對輕型化結(jié)構(gòu)的需要, 鎂合金已廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè), 特別是隨著 3 公 升耗油量汽車的推出, 這種趨勢日益上升。許多 汽車已使用鎂合金壓鑄件, 由于高純度鎂合金(HP)材料 AM20HP 、AM50HP 和 AM60HP 具有更 高的拉斷延伸率 ,在汽車工業(yè)的使用中 ,有了很大 的發(fā)展。另外, 在電子行業(yè)的輕量化和抗電磁輻 射中 ,也有了新的發(fā)展。特別是這幾年 ,高附加值 的手機骨架和外殼也采用了鎂合金來制造 ,最近 已應(yīng)用到筆記本電腦上了 ,在這些方面 ,鎂合金有 著獨特的優(yōu)點。在壓鑄過程中 ,其流動性好, 有較 好的剛?cè)嵝?既能做到薄壁,且尺寸精度高。

1 鎂合金的特性

1.1 鎂合金的優(yōu)點

純鎂的密度為 1.74g cm3 , 鎂合金的密度為1.75 ～ 1 .90g cm3 。僅為鋁合金的 2 /3 ,鐵的 2 /9 ,鎂合金的比剛度和比強度都高于鋁合金和鋼。鎂合 金還具有良好的屈服極限 ,高熱導(dǎo)率,無毒無磁且 可回收循環(huán)使用, 符合環(huán)保節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn) 略要求。

(1)鑄造特性

鎂合金粘度低, 流動性好, 易于充滿復(fù)雜型腔。用鎂合金可很容易地生產(chǎn)壁厚 1.0 ～ 2 .0mm 的壓鑄件 ,目前壁厚最小可到 0.6mm 。壓鑄過程 中對模具的沖蝕較小 ,且不易粘型 ,模具壽命明顯 延長。鎂合金件壓鑄周期比鋁合金件短 ,生產(chǎn)效 率可比鋁合金提高 25 %。

(2)良好的阻尼減震性

鎂合金的彈性模量低, 約為 45 000MPa , 因此具有良好的能量吸收能力 ,能承受比鋁合金更大 的沖擊裁荷。

(3)機構(gòu)加工性能

鎂合金可以最高速度切削加工 ,其相對能耗低于其它金屬。鎂合金件的切削速度比鋁合金件 提高 50 %, 加工能耗比鋁合金件低 50 %。

(4)尺寸穩(wěn)定性

鎂合金件突出的特性是不需要退火和消除應(yīng)力就具有很好的尺寸穩(wěn)定性, 且在負(fù)載下具有較高的抗蠕變強度 。

1.2　 鎂合金的缺點

鎂是極其活潑的金屬 ,在溶煉 、鑄造過程中極易氧化、燃燒, 必須采用混合氣體保護熔煉 、澆注和壓鑄生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備 。近年來使用的保護氣體主要是 SF6 , 但隨著 SF 6 破壞臭氧層的問題出現(xiàn), 人們又重新考慮使用 SO 2 。目前應(yīng)用的保護氣體如表1 所示。

2　 鎂合金壓鑄模設(shè)計

2.1　 鎂合金選擇

壓鑄合金的選擇不僅要考慮到物理性能、力學(xué)性能和化學(xué)成分 , 同時也要考慮到合金固有特性及其對壓鑄件加工性能及表面質(zhì)量的影響 。AZ91D和 AZ81 在工業(yè)壓鑄鎂合金中強度最高。AZ91D 是最廣泛應(yīng)用的壓鑄鎂合金, 具有優(yōu)良耐蝕性 、鑄造性能和強度的一種高純度合金 ,耐蝕性可通過嚴(yán)格限制三種金屬物質(zhì)即鐵 、銅和鎳的含量實現(xiàn) 。由于AZ81 的性能與 AZ91D 非常接近,很少應(yīng)用。AM60B、AM50A 和AM20 合金應(yīng)用在需要良好伸長率 、韌性和沖擊韌性且具有一定強度和優(yōu)良耐蝕性的場合。隨著含鋁量降低 ,鑄造性能和強度下降, 塑性提高 ,因此當(dāng)最高含鋁量的合金符合使用要求 時應(yīng)屬首選。AS41B 和AE42合金應(yīng)用在需要高溫強度 、抗蠕變及良好塑性和耐蝕性的場合。AS41B 的性能對于空冷汽車發(fā)動機的曲軸箱是很好的選擇 。

2.2　 壓鑄機選擇

一種鎂合金鑄件應(yīng)該選用熱室壓鑄機還是冷室壓鑄機進行加工, 主要取決于這個鑄件的壁厚。在一般情況下 ,小于 1kg 的鑄件需要采用熱室壓鑄機 ,以保證薄壁件的充滿;大件則推薦采用冷室壓鑄機。

2.3　 模具設(shè)計

鎂合金具有良好的壓鑄工藝性能 ,在壓鑄模設(shè)計過程中,應(yīng)結(jié)合鎂合金的壓鑄特性 ,采用適合于鎂合金的工藝參數(shù)和模具設(shè)計準(zhǔn)則。熔化的鎂合金對鋼鐵沒有親和性 ,這點與鋁不同 ,因此延長了模具的壽命。其它情況如熱學(xué)約 650℃和機械力學(xué)比壓對模具的沖擊與加工鋁時相仿 。鎂合金溶液很快在模具型腔中凝固 ,這要求充型時間很短 , 壓射沖頭的速度要比鋁高約30%。目前我們可以壓鑄薄至 0.6mm 的薄壁件 。通過實踐表明 ,第二級壓射的速度對鑄件的抗拉強度影響很大 , 主要有短的充型時間和充型時產(chǎn)生的旋渦兩個因素, 壓鑄模經(jīng)噴涂 ,表面分布著氧化物和噴涂材料的微粒, 為了保證這層均勻物,溶液在內(nèi)澆口的速度約為 90～ 100m s,對鎂合金來進,這樣的內(nèi)澆口速度不會造成很大的磨損。鎂合金壓鑄模特點

(1)充型 時間比鋁短 30%(通常取 10 ～100ms);(2)內(nèi)澆口速度約為 90～ 100m s;(3)內(nèi)澆口厚度薄(見表 3);(4)模具溫度為 220℃～ 240℃(必須用模溫控制器);(5)理想的澆道(如圖1、圖 2所示);(6)斜度小 ;(7)鎂流動性好 ,為了避免形成毛邊, 模具塑固度要求高。

4　 結(jié)束語

面對日益激烈的全球市場競爭 ,對鎂合金壓鑄件的高質(zhì)量要求迫使設(shè)計人員必須不斷提高設(shè)計質(zhì)量,縮短開發(fā)周期。在大多數(shù)情況下,鎂合金壓鑄生產(chǎn)的產(chǎn)品與其它合金壓鑄件設(shè)計相類似。但在設(shè)計中對鎂合金所具有的一些獨特特性應(yīng)該予以重視, 使壓鑄件的結(jié)構(gòu)和模具設(shè)計適合產(chǎn)品特點 ,做到既充分發(fā)揮鎂合金的優(yōu)良壓鑄性能 ,而又避免不合理設(shè)計所帶來的一些問題 , 確保獲得復(fù)雜而又高質(zhì)量的鎂合金壓鑄件。