(一)比壓的選擇
擠壓鑄造的主要特點之一是對液態(tài)金屬施加較高的機械壓力來提高鑄件質(zhì)量。為了消除液態(tài)金屬凝固過程中因體積收縮而產(chǎn)生的有關(guān)缺陷,以獲得晶粒細、力學(xué)性能好,表面質(zhì)量高的鑄件,對液態(tài)金屬必須施加足夠的壓力,否則難以獲得優(yōu)質(zhì)鑄件。對于每一種鑄件都有一個臨界壓力。低于臨界壓力,就無法獲得優(yōu)質(zhì)鑄件。
比壓的大小與合金的種類、擠壓形式、鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)條件要求等方面有關(guān)。擠壓鑄造非鐵合金鑄件的比壓小于黑色合金鑄件;直接沖頭擠壓的比壓小于間接沖頭擠壓;鑄件形狀簡單的比壓小于形狀復(fù)雜和薄壁鑄件。根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗,采用柱塞擠壓或間接沖頭的非鐵合金鑄件的比壓可選用50。100MPa;直接沖頭擠壓的比壓可選用25~50MPa。黑色金屬鑄件的比壓約比有色金屬鑄件大兩倍左右。
(二)加壓開始時間、加壓速度和保壓時間
加壓開始時間是指金屬液澆入鑄型至開始加壓的時間間隔。金屬液一般都是在過熱條件下澆注,但加壓不一定需在過熱狀態(tài)下。根據(jù)研究,在金屬液處于開始出現(xiàn)少量固相,亦即在金屬液處于零流動性溫度時才開始加壓,可獲得最佳的效果。在金屬液冷卻到液相線溫度以下才開始加壓,可最大限度地減薄金屬自由結(jié)殼的厚度。開始加壓時間過晚,致使金屬自由結(jié)殼厚度增大,增加金屬變形擠壓能力,降低加壓效果,影響鑄件質(zhì)量,使鑄件的抗拉強度和伸長率均降低。因此,一般應(yīng)盡量縮短加壓開始時間。適宜的加壓開始時間主要是根據(jù)合金的澆注溫度、鑄型溫度和鑄件壁厚等因素來確定。在擠壓鑄造鋁合金時,除薄壁件外,一般應(yīng)在澆注后10~20s加壓。對鑄鋼件來說,由于鑄型和金屬液之間的溫度差大,金屬液澆入鑄型后很快達到最佳擠壓溫度,可以立即加壓。但對斷面厚度超過60mm的鑄鋼件,澆注后應(yīng)間隔一定時間再加壓。
加壓速度是指沖頭接觸到金屬液面以后的運動速度。如果加壓速度過大,會引起飛濺,甚至使鑄件產(chǎn)生披縫,同時,由于瞬時壓力過高會使鑄件上部過早凝固,影響加壓效果;加壓速度過小,由于金屬液溫度降低過大,使結(jié)殼厚度過大面影響加壓效果。加壓速度的大小與鑄件的尺寸大小和形狀有關(guān)。直接沖頭擠壓的合適加壓速度,對于小件為O.2~0.4m/s,對于大件為0.1m/s左右。
保壓時間是指開始加壓到金屬完全凝固的時間。保壓時間過短,則鑄件中心部分凝固時難以得到良好補縮,可能產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷;保壓時間過長,雖
可提高鑄件的密度,但對鑄件的力學(xué)性能提高不大,卻使鑄件的出型困難,影響鑄型的壽命,降低勞動生產(chǎn)率。保壓時間主要根據(jù)合金種類、鑄件的尺寸大小和
形狀及鑄型傳熱條件而定。其原則是在保證充型和壓力下結(jié)晶并使金屬部分塑性變形的前提下,保壓時間短些為好。根據(jù)經(jīng)驗,對于鋁合金鑄件,壁厚小于50ram時,按壁厚每lOern保壓3~5s,即0.3~0.5s/m進行計算;對于銅合金鑄件,壁厚小于50ram時,按l一1.5s/ram進行計算;對于直徑在100mm以下的黑色合金鑄件,可按4~.5s/ram進行計算。
《三)鑄型用涂料及預(yù)熱
為了防止鑄件粘焊鑄型,使鑄件能順利地從型腔中取出,以降低鑄件表露襁糙度,提高鑄型的壽命;減緩液態(tài)金屬在加壓前的結(jié)殼速度,以利于液態(tài)金屬在壓力下充型和補縮,在擠壓鑄型的表面一般都必須噴涂涂料。在擠壓鑄造中不能采用涂料層來控制鑄件的凝固,因為施加在金屬液上的高壓將使涂料層剝落,引起鑄件產(chǎn)生夾雜缺陷,為此,采用50弘m左右的薄層涂料。涂料的種類及成分主要根據(jù)鑄件的形狀、尺寸大小,合金種類,鑄型材料和對鑄件的工藝要求來決定。對非鐵合金鑄件,大多數(shù)采用膠狀石墨涂料,包括水基和油基膠狀石墨涂料兩種。水基涂料的組成主要有氧化鋅、膠狀石墨、水玻璃和水。油基涂料的組成主要有膠狀石墨、機油(也有用錠子油、植物油)、黃蠟或松香等。
黑色金屬擠壓鑄造時,大多數(shù)采用水基涂料。其組成主要有石蠟、地蠟、玻璃粉、石棉粉、石墨粉和水玻璃等。有的也采用先噴涂一層氧化鋁涂料,再噴涂膠狀石墨涂料。鑄型溫度的高低直接影響鑄件的質(zhì)量和鑄型的壽命。鑄型的溫度過低,澆洼的液態(tài)金屬迅速冷卻,加壓前就已形成較厚的結(jié)晶硬殼,嚴重地影響加壓效果,同時,由于金屬的溫度梯度增大,鑄件容易形成柱狀晶;鑄件容易產(chǎn)生冷隔和夾雜等缺陷。鑄型溫度過高,容易使金屬液與型腔表面熔焊,脫型困難,影響鑄型的壽命。
鑄型溫度根據(jù)鑄件的合金材料不同有所區(qū)別。鋁合金鑄件鑄型預(yù)熱溫度為150。200~C,工作溫度為200~300℃;銅合金鑄件凹型的預(yù)熱溫度為170~200~C,沖頭的預(yù)熱溫度為200~250%;工作溫度為200~350~C;黑色金屬鑄件,鑄型連續(xù)澆注一段時聞后,溫度將上升,為了保持鑄型的正常工作溫度,應(yīng)對鑄型進行冷卻,一般采用風冷或水冷。
(四)澆注溫度
擠壓鑄造合金的澆注溫度應(yīng)比同種合金的砂型及金屬型鑄造略低些。因為采用低溫澆注可減少鑄件的收縮和因收縮而產(chǎn)生的缺陷,可提高鑄型的壽命,減少液態(tài)金屬的噴濺和披縫,細化晶粒組織,減少合金中的氣體含量,有利于鑄件質(zhì)量的改善與提高。由于擠壓鑄造是靠壓力充型,故有條件實現(xiàn)低溫澆注。但如果澆注溫度過低,將使金屬凝固結(jié)晶硬殼厚度增大,妨礙以后沖頭的施壓。通常是根據(jù)合金的液相線溫度和結(jié)晶溫度范圍來決定合適的澆注溫度。對于結(jié)晶溫度范圍窄的合金,則應(yīng)選液相線溫度以上較高的澆注溫度;對于結(jié)晶溫度范圍寬的合金,則可用較低的澆注溫度;對壁薄、外形不規(guī)則的鑄件,則應(yīng)采用較高的澆注溫度;銅合金和鑄鋼件與鑄型型腔接觸的部位凝固較快,澆注溫度應(yīng)選擇高些,一般可選在液相線溫度以上30~150℃。