铝合金压铸件中产生的气孔分析

(上海沃众认证有限公司 上海 200232)

一、前言

压铸是工业中大规模生产高精度部件的最经济的工艺之一。半固态熔体的高湍流，快速冷却速度和凝固过程中的刚性约束使得难以理解铸造缺陷的形成机理，包括带状气孔分布，收缩孔隙和表层。

在压铸中，在铸造表面处形成表层并且与其相邻区域呈现出不同的微结构特征。由于具有明显的微观结构，机械性能和独特的位置，表面区域对压铸部件的性能有很大影响。表面的详细表征可以更好地理解压铸构件的本构行为和屈服行为。发现疲劳行为主要是由于亚表面微孔的存在。有限元模拟表明，当一个部件承受拉伸载荷时，表面附近的孔隙度会引起断裂应变。由于压铸件横截面上的应力分布不均匀，表面也会影响弯曲性能[1]。

作为一种异常表面，表层的形成机制引起了一些研究者的关注。Chen设计了两种特殊模具来研究Al-11Si-2Cu-1Fe压铸件中不同类型的表面微观结构。在流动冲击不直接的位置发现了表层。研究人员得出结论，在“闸门堵塞”之前，皮层的形成归因于固化，相对较低的模具温度和短时间的增强压力。Otarawanna等人研究了AlMg5Si2Mn合金压铸件的表层边缘(表层和内部区域之间的带状区域)，并将其归因于填充过程和强化过程中外部停滞层和内部移动层之间的剪切处理[2]。铝合金压铸件中出现气孔的原因有很多，本文将对铝合金压铸件生产的过程进行研究，将认真分析和研究产生的原因，并提出合理的预防方法和措施。

二、铝合金压铸件中气孔的分类

(一)缩气孔

铝合金材料具有常规材料的特性，在凝固会有收缩、变形、弯曲等现象的发生。当浇注的温度升高时，收缩的程度也会发生一定的变化，缩气孔在最后的合金凝固位置出现，出现时以特殊形状为主，严重时呈网状。

(二)分散性气孔

在铝合金压铸件的生产过程中，浇注温度是一个非常关键而且重要的影响因素，关系到浇注质量。一般在600到670℃之间变化，在这样的温度条件下，会有很多的气体等溶解在这些铝液中而产生气泡，氢气的溶解度与温度呈现正相关，当铝合金凝固时，便有大量的氢析出来以气泡的形态存在于铝压铸件中，因此会形成大量的分散性气孔[3]。

(三)因排气不良产生的扁形气孔

在铝合金压铸中，由于充型的速度没有按照操作规程进行，如果出现操作过快，型腔中的气体就会发生滞留[4]。一般来说，模具的排气通道是经过专业的机构和人员进行设计，经过专业人员制造出来的，但也会有质量低劣、排气设计不良的模具出现，压铸时型腔内的气体无法完全顺畅排出，造成在产品某些固定部位存在气孔。对于因排气不良而产生的气孔，应改进模具的排气通道，及时清理模具排气通道上的残留铝皮就可以避免。

(四)因产品壁厚差过大而引起的气孔

由于产品形状不同，各部位壁厚不均匀或者壁厚差过大时，由于温度传导的滞后性，铝水最后凝固在壁厚中心位置，这种地方也是最容易产生气孔，出现这种情况很难预防。

对产品的形状在设计时就应考虑尽量减少壁厚不均匀，或过厚的问题，采取空心结构，在模具设计上应考虑增设抽芯或冷铁，或水冷，或增加模具此处的冷却速度。在压铸生产中，要注意厚度大部位过冷量，适当降低浇注温度等。

(五)季节性气孔

在南方的春季，空气相对潮湿，则铝液中会容易进入更多的气体，特别是下雨天，空气湿度大，铝压铸过程中产生的气孔会更严重，形成季节性气孔。

这种情况可以安装排气设施，增加空气流动性，缩短水蒸汽在车间停留的时间，减少空气湿度。

三、预防方法和措施

(一)加强熔炼过程的控制工作

在熔炼过程中，由于操作工人的失误，造成了铝液吸氢量为0.2cm3/100g，不满足国家相关标准，通过改进工艺和控制熔炼温度、熔炼时间，使得铝液吸氢量为0.08cm3/100g，满足国家相关标准，没有出现针孔。因此，我们在大量生产条件下，为了减少铝合金熔炼时吸收氢气，一定要严格执行铝合金熔炼工艺规程。

(二)做好除气工作

目前，为了消除针孔，氯盐和氯化物是常用的除气物质，也有采用氯气、氮气、超声波、过滤除气。在除气的过程中，也可以采涌现代化的智能设备-除气机，可以有效的防止铝液大量喷溅，快速的将除气剂分批加入，节约大量的人力和物力，可以节省大量的生产成本。除此之外，除气时间也可以自己设定。压铸企业采购国外的新型除气机，每年可以节省生产成本50多万元，减少了人力的资源配置。做好除气工作，防止铝液增氢，消除去氢障碍，从而获得纯净的铝液，才能浇铸出合格的铸件。

(三)改进质量管理体系

作为一个生产铝合金压铸件的企业来说，要想保证强大的生产铝合金压铸件优势，就要生产出可靠的、过硬的产品，这就需要企业加强精益生产，不断的总结质量管理经验，持续改善质量管理体系制度。

对于第一次合作的供应商，应该通过电话或者网络初步了解供应商的实力，主要了解供应商的资质、荣誉证书、规模、注册资金、成立时间、生产设备、生产能力、技术能力、检测手段、质量体系认证、人员素质、以往业绩等，对上述情况满意后应该组织相关质量、技术人员到供应商现场实地考察，看与之前调查的是否相符，如果相符则可以考虑纳入合格供方名录。

对于新的供应商除了调查评价外，还应有小批量样品的试验，要求供应商按铝锭牌号提供一定数量的样品，一般可先购买1-3吨铝锭压铸产品，压铸过程中根据压铸机的型号和性能调节温度、时间、压力等参数，并将这些参数记来下，作为今后操作的参考。然后再将压铸出的产品，放在在车床上试加工，看加工出的端面的气数量和大小，检查设备参数设置是否合理及原料是否符合要求。如果加工出来的产品没有气孔及其它问题，或者产品检测合格可以在这个供应商正常采购铝锭。

对于在合格供方处采购的铝合金锭的成份是否符合相关标准要求，应该定期抽检铝锭中的合金成份，对照供应商提供的出厂检验报告和要求的牌号标准，看检测结果是否相吻合。

产品加工过程中做好质量统计，出现大批量气孔超过规定标准的应及时分析，找出原因并及时改进。

(四)做好生产中的技术革新工作

1.不能单纯为了节省成本、追求更高的效益，在精炼剂和除气剂的选购上降低标准，坚决杜绝和禁止选用质量差、价格低的产品，确保铝液中不出现气孔。

2.脱模剂的选择也是非常关键的，确保选用的脱模剂起到良好脱模作用并发挥效果，不产生气孔，达到甚至超过生产铝合金压铸件的具体保准和要求。

因脱模济发气量大，用量过多时，浇注前未燃尽，使挥发气体被包在铸件表层。所以在同一条件下,某些工人操作时会产生较多的气孔的原因之一。选用发气量小的脱模济，用量薄而均匀，燃净后合模。

3.保证模具不出现堵死的情况发生，确保排气顺畅，保证模具中的气体不滞留且完全排出，尤其是在铝液最后聚合处排气通道必须通畅。

一般模具没有安装抽真空装置，模具浇道口设计不合理，模具排气口深度及口径较小，排气不顺畅，产品压铸过程中模具型腔内容易留下空气，空气会进入到产品内部，形成气孔，加工产品不合格。应该在模具排气包的末端增加一套真空阀，抽掉模具内的空气；修改浇道口，将浇道口深度增加，这样就增加了模具的排气量，使得模具排气速度加快，模具型腔内也不会滞留空气，减少压铸产品内部气孔数量。

4.按照生产铝合金压铸件流程和操作要求，制定好铝合金压铸件的生产和技术方案、计划，合理的安排操作人员，确保充型速度缓慢，防止气孔的出现。

5.在铝锭的选择上要挑选合格的供应商，一般选用A380型铝合金锭，在熔炼过程中，回料的比例也要控制在10-15%之间，回料比例过大也会产生更多的气孔。

6.压铸过程中根据产品不同，设置不同的工艺参数，比如：温度、保压时间、压力等。如果气孔较多可以适当增加推进时间，这样铝料在模腔内流动缓慢，不容易产生气泡。另外还可以考虑减少增压时间，这样模具对产品压力相对增加，空气容易全部排出。还有就是增加铝水温度，可以使铝水流动性增加，产品成型效果会更好。

7.增加试车环节。产品加工后，由于缺少无损探伤仪检测，导致压铸后的产品无法验证内部及加工面是否存在气孔，只能等到后续车削加工时才能发现加工面上是否有气孔，这时产品已经压铸完成，产生气孔的压铸产品只能报废回炉。通过增加试车环节，压铸首件产品在车床上试加工，查看产品加工面上是否有气孔，如发现则调整相关工艺参数，减少了批量不良品的发生。

四、结语

作为一个生产企业来说，要想保证强大的市场竞争力，就要生产出高质量的产品。本文分析了产生气孔原因，主要由于铸铝合金在熔炼时吸收了气体和在压铸操作过程中，铝液卷入型腔大量气体所致，在此基础上提出了加强熔炼过程的控制工作、做好排气工作、改善质量管理体系制度、做好生产中的技术革新工作。希望以此可以降低因气孔而造成的废品率，为铝合金压铸厂家提供一定的借鉴，为铝合金压铸厂家的质量管理水平的提升打下坚实的基础。