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对于铝加工行业而言,质量是个绕不过去的坎,是所有从业者心中的痛!一方面,世界上*高十大建筑物上的铝材,大部分 中国制造。另一方面,所有的客户都在抱怨、投诉、退货,产供销都被一种焦虑情绪包围,一切的管理问题都在质量上找到宣泄口。一位北京的管理界大咖李老师多年前跟我交流时说过:“中国铝型材企业都是带着问题高速发展”,看问题可谓一针见血!一、中国的社会发展与质量意识:中华民族历尽苦难,有两个特征非常明显: 表面现象是爱钱,骨子里是勤俭节约,对未来的危机防范意识强,这种习惯跟传统的农耕对天气的依赖和战乱带给古人的灾难有关;第二是勤奋,骨子里坚忍不拔,这是五千年历史磨练而成的(新的说法是9000年,尚需考证),走出国门的同行们对外国人休闲懒散的工作氛围都有一些体验。中国人的两个特征恰恰是制造业(实体经济)发展的基础,中美贸易战,无论过程多么曲折,*终都难以真正实现特朗普希望的“制造业回流美国”,因为美国缺少这么多勤奋、爱钱的蓝领职工。回顾中国历史,即使是太平盛世,坚持勤俭持家、拒绝铺张浪费的传统文化已经深入人心,世界进入工业时代时,中国闭关自守,固步自封的农耕经济时代,物质贫乏是常态,衣食住行的基本需求是首位,建国后相当长的时期,对质量的关注只是很少的一部分群体,局限于 工程、军工等特殊领域,全民质量意识处于沉睡状态。官方推进质量的时间点:1978年,中国开始推行质量管理,并正式将每年的9月份定为“质量月”;1983年,国际消费者联盟组 织将每年的3月15日确定为“国际消费者权益日”;同年9月,中国消费者协会加入国际消费者联盟组 织,此后每年的3月15日“国际消费者权益日”开始组 织相关的宣传咨询服务工作;质量意识的加强,首先得益于政府的宣传推动,其次得益于中国经济高速发展,催生出数量庞大的中产阶级,在基本物资需求得到保证的基础上,追求更高、更好的消费体验,全民质量意识得到快速加强,中国制造开始了从量变到质变的脱变。时至今日,我们经历了 层面推动的质量管理(QC小组)、质量认证(认可)、工业产品生产许可证管理、名 牌战略、政府质量奖(卓越绩效管理模式)等一系列质量活动,并由此带动企业自主推动的精益制造、流程再造、零缺陷、5S管理、标杆管理等质量控制和改进活动,对于企业提高管理水平、保持质量稳定性有重要意义。理想很,现实很骨感,下面用质量统计中的一个表格加深一下大家对质量现状的直观印象。一句话说明:中国质量取得世界瞩目的跨越式进步,但仍然跟 经济的发展速度不匹配,与人民群众对美好生活的高质量期望值不匹配!二、中国铝加工的质量回顾:跟很多行业发展路线图相似,中国铝加工得益于整体经济的高速发展和房地产的爆发式增长,发展速度快,质量相对滞后,可以按三个阶段划分。 阶段:产量至上阶段(1988年-1997年)。在九十年代,铝合金建筑行业内将挤压机叫印钞机,开机就财源滚滚,一方面,产品以推拉窗为主,属于滑动装配,只要基本成型就可以安装使用,铝合金门窗属于新产品,普通消费者认知有限,没有太多的投诉和抱怨;另一方面,铝型材在相当长的一段时期内,处于供不应求的状态,在中国铝材 镇——南海大沥镇,每天都有一群客户和经销商,拧着密码箱到各个铝材厂抢材料,抢到就是赚到。那个时代顾客的关注点在于以下:1.铝材的化学成分:熔铸的原材料中,废料和洋垃圾比较多,各种途径买入的铝锭杂质含量高,俄罗斯前身苏联进口的大块铝锭纯度也欠佳,加上铝材厂上的太快,技术跟不上,化学成分波动太大。2.壁厚和支重:客户都是按长度销售,对支重超重比较敏感。3.包装重量:包装纸按铝材的价格卖,每吨铝材的包装纸重量都在120公斤以上。4.硬度:壁厚薄,硬度不稳定,安装好的门窗抗风压表现差,容易变形。5.表面质量:膜厚概念不强,主要是不起彩就好。那时候的着色都是五颜六色,每一次到仓库拆开包装进行抽检都比较刺眼。封孔质量太差的话,很快会起腐蚀斑点。第二阶段:质量萌芽状态(1998年-2008年)这种情况在1998年之后慢慢出现变化,铝型材厂从风口开始落地,从完成订单生产向保证质量合格转变,企业之间开始有了一定程度的竞争,质量从口号和文件中走入生产一线,对客户和订单的影响开始加大,主要是受以下几个因素影响:1.1997年席卷东南亚的金融危机的外围影响,铝加工企业感受到一丝丝寒意。2.铝型材产品结构开始更新换代。推拉窗从老70、90系列推拉窗衍生出的82、85、新90系列推拉窗开始有装配要求,平开窗市场比例上升快,传统框架式幕墙开始推出,这些产品的加工、安装、使用中暴露出来的问题转换成对铝型材的质量要求。3.铝型材的产品种类发生变化。表面处理从单一的氧化着色,到电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳喷漆,着色的种类从古铜系列扩展到钛金、紫铜及染色,对产品制造过程和终端产品的要求都有提高。4.铝型材厂的产能提高。铝型材产品供不应求的情况得到改变,从卖方市场向买方市场转变,客户选择面变宽,铝型材厂开始意识到质量对于订单的重要性。第二阶段顾客开始掌握部分专业知识,关注点也开始出现变化,主要体现在如下几点:1.膜厚:对于部分铝型材厂的偷工减料有所察觉,知道测量各种表面处理涂层厚度。2.几何尺寸和装配:平开窗和幕墙使用的紧密装配多,加工、安装过程中对铝型材的成型度有了更高要求,也开始认识到基材和各种表面处理涂层的厚度对装配的不同影响。3.表面质量:对挤压线纹、白斑、擦花、碰伤开始关注,对表面处理后的焊合线、杂点、光泽、起粉也开始表示不满,起骨、分色开始投诉。4.包装:铝材厂的过度包装红利消失,顾客开始关注包装质量,在加强铝型材仓储、运输、搬运过程防护的前提下,还要求整齐、美观、上档次,对包装材料超重比较敏感。第三阶段:质量充分竞争阶段(2009年-2019年)这十年,中国经济总量增长了2.5倍,周其仁,北京大学 发展研究院教授,中国经济*杰出的观察家之一,对这十年的总结是“水大鱼大”,经济学家吴晓波深以为然,用《激荡十年,水大鱼大》作为新作书名。互联网与资本运作成为时代标记,产品、技术、思维的迭代总是超出大家的想象,中国经济的发展速度不断颠覆经济学家的判断。对于传统制造业的铝加工企业,分为两个区间,2014年前,借助于房价飙升和“四万亿”政策红利,业内整体乐观看好,热衷于跑马圈地,千亩新生产基地如雨后春笋般在全国各地破土动工。2015年,铝加工产能增长速度与市场需求放缓的矛盾开始显现,资金的本质是逐利,“脱实入虚”进一步加剧了企业的资金压力,铝型材企业开始优胜劣汰的两极分化,质量得到一定的重视。第三阶段的客户总体专业水平提高,涌现出一批管理先进、质量稳定的优质门窗幕墙专业制造商,在业内人士眼中,在此期间生产的铝合金门窗才是真正意义上的门窗产品,以前做的门窗,80%以上只是铝合金型材、玻璃、五金配件的简单混搭。此阶段的质量关注点有如下特点:1.保护膜:铝型材生产厂家贴保护膜成为标配,粘连力度变成检验指标,过大影响加工、施工速度,过小保护膜会脱落,影响美观和型材防护。2.几何尺寸:系统门窗、单元式幕墙、高精工业材的使用要求比较高,主要是紧密装配尺寸、扭拧度、弯曲度、平面间隙要求高,45°拼接后的平面高低差和圆弧面过度效果都是客户的关注重点。顾客利用铝加工企业的相互竞争不断试探精度极限,超高精级成为普通要求,*困难的是未区分主要尺寸,所有尺寸都严格要求。部分客户直接使用冷加工的机械标准标准技术要求。3.表面质量:对线纹、白斑、擦花、碰伤、焊合线、杂点、光泽、起粉、杂色、起骨、分色不能接受,投诉概率增大。对各种个性化表面处理效果提出高要求,例如:用阳极氧化表面效果要求粉末喷涂和氟碳喷漆的杂点,用电解着色的表面效果要求有机染色的均匀性,用氟碳喷漆的表面效果要求高含量金属色的粉末喷涂,投诉量上升。4.门窗性能:加工完成后的门窗水密性、气密性、抗风压性能指标成为新的质量关注点,特别是水密性,有问题容易被终端客户发现。有两个场景在我的记忆中很清晰:2005年,我跟几个地产界大咖沟通节能隔热铝合金门窗的优点,一个副总说:“你说的我明白,关键是房子不是我们自己住,塑钢窗成本低,差不多就行了”。2014年,去北方乡下朋友家去玩,碰上建房,我说塑钢差不多了,户主说:“那不行,必须安装隔热断桥铝合金,我们这里流行这个”,那不容置疑的坚定神态深深触动了我,中国的建筑市场,当消费者愿意为质量付出一定成本之时,就是质量意识真正深入人心之时,标志着中国消费者进入关注质量的成熟期。三、质量缺陷与瑕疵的分类:目前铝加工行业的*大矛盾之一,是客户日趋严格的质量要求,与铝加工过程能力指数不匹配之间的矛盾,详细展开分析太复杂,本文只针对铝加工企业的质量管理环节,讨论质量缺陷与瑕疵的分类,将质量缺陷作为管控重点。首先,我们看看 法律法规关于缺陷和瑕疵的定义。缺陷是指产品不能提供人们有权期待的性,或存在不合理的危险。主要包括设计缺陷、制造缺陷和指示缺陷。《中华人民共和国产品质量法》第四十六条本法所称缺陷,是指产品存在危及人身、他人财产的不合理的危险;产品有保障人体和人身、财产的 标准、行业标准的,是指不符合该标准。瑕疵的定义:《产品质量法》第四十六条,是指产品不具备应当具备的使用性能而事先未作说明的,或不符合以产品标准、产品说明书和实物样品等方式表示的明示担保条件,但不存在危机人身和财产的不合理危险的.瑕疵是指产品质量不符合《产品质量法》第二十六条第二款规定:“产品必须具备产品应当具备的使用性能,但是,对产品存在使用性能的瑕疵作出说明的除外”、第三款规定:“符合在产品或者其包装上注明采用的产品标准,符合以产品说明、实物样品等方式表明的质量状况”规定的要求,不存在危及人身、财产的不合理的危险,或者未丧失原有的使用价值.缺陷:《产品质量法》第四十六条,是指产品存在危及人身和财产的不合理的危险,有保障人身和财产的 标准、行业标准的,是指不符合 标准和行业标准。其次,我们再看看ISO国际标准化组 织关于质量和缺陷的相关解释。质量:客体的一组固有特性满足要求的程度。客体是可感知或可想象到的任何事物。要求是明示的、通常隐含的或必须履行的需求或期望。缺陷:与预期或规定用途有关的不合格。备注1:区分缺陷与不合格的概念是重要的,这是因为其中有法律内涵,特别是与产品和服务责任问题有关。备注2:顾客希望的预期用途可能受供方所提供的息的性质影响,如操作或维护说明。综上所述,我们可以看出,与缺陷对应的重点在于产品存在危及人身、他人财产的不合理的危险,需要承担相应的法律责任,对于铝加工产品而言,将产品瑕疵在文件或日常沟通中表述为缺陷,扩大了产品的法律责任,对企业和相关人员是存在一定的风险。四、质量缺陷的控制:理解了质量缺陷的内涵,识别并对铝合金型材产品质量缺陷进行分类,结合铝加工行业制造过程,采取一定的管理措施控制。1.质量缺陷分析:通过技术评审识别产品用途,评审产品存在的质量隐患,出具评审意见及技术控制方案。
压铸特别适合制造大量的中小型铸件,因此压铸是各种铸造工艺中使用*广泛的一种。同其他铸造技术相比,压铸的表面更为平整,拥有更高的尺寸一致性。1、铝合金压铸件表面有流痕和花纹:铸件表面上有与金属液流动方向一致的条纹,有明显可见的与金属基体颜色不一样的无方向性的纹路,无发展趋势。2、铝合金压铸件龟裂了:铝合金压铸件表面上有网状发丝一样凸起或凹陷的痕迹,随压铸次数增加而不断扩大和延伸。3、冷隔纹:铝合金压铸件表面有明显的、不规则的、下陷线性型纹路形状细小而狭长,有时交接边缘光滑,在外力作用下有断开的可能。4、铝合金压铸件表面有凹痕:在压铸件厚大部分的表面上有平滑的凹痕。5、表面痕迹:铝合金压铸件表面与压铸模型腔表面接触所留下的痕迹或铸件表面上出现阶梯痕迹。6、铝合金压铸件有粘附物痕迹:小片状及金属或非金属与金属的基体部分熔接,在外力的作用下剥落小片状物,剥落后的铸件表面有的发亮、有的为暗灰色。7、铝合金压铸件有裂纹:将铝合金压铸件放在碱性溶液中,裂纹处呈暗灰色。金属基体的破坏与裂开呈直线或波浪线形,纹路狭小而长,在外力作用下有发展趋势。
工业铝型材挤压温度是挤压生产过程中重要的工艺参数,为了降低金属的变形抗力,减小挤压力,需要提高工业铝型材挤压温度。但挤压温度提高到一定温度时,容易出现热脆现象,产生裂纹等缺陷。为避免这种现象,为提高挤压速度,需要降低挤压温度。这两个条件是相互矛盾的,为了既能降低变形抗力,又能采用较大的挤压速度,必须选择一个金属塑性*好的温度范围。但是工业铝型材挤压生产过程中,金属与挤压筒内衬、模具、垫片产生摩擦,以及金属本身产生变形等,会使金属的温度升高,往往会突破事先选好的挤压温度范围。实验证明:在整个挤压过程中挤压温度是逐渐升高的,挤压速度随着铸锭金属的减少而逐渐加快。因而工业铝型材产品尾端由于挤压温度的提高、挤压速度的加快而经常产生裂纹的现象。挤压过程中挤压温度的升高与工业铝型材的本性及挤压条件有关。对于工业铝型材而言,金属在模具出口处前后温度差为10-60℃之间。为了使工业铝型材挤压生产过程中挤压温度恒定在金属塑性*好的温度范围内,*好实行等温挤压。这是多年来工程技术人员探索的新工艺。要实现等温挤压需要具备很多条件,在挤压过程中各个环节都能自动调节,如铸锭温度、挤压筒温度都能梯度加热,模具进行冷却且可以调节温度,挤压速度能自动变化或采用等速挤压。另外更换模具后,由于挤压系数改变,上述各项条件也能做相应调整。可见要实现工业铝型材等温挤压是个很复杂的工艺。目前多采用对铸锭进行梯度加热的方法,做到近似等温挤压,也可以大大提高挤压速度和改善产品品质。随着电脑和数字化编程技术在工业上应用的逐步深入发展,现代挤压机也随之更新换代,配备有FI控制的等速挤压和TIPS控制的等温挤压。操作者只要选择按钮,依靠设备的自动化编程技术就可以获得所需要的等速挤压或等温挤压。
工业铝型材挤压温度是挤压生产过程中重要的工艺参数,为了降低金属的变形抗力,减小挤压力,需要提高工业铝型材挤压温度。但挤压温度提高到一定温度时,容易出现热脆现象,产生裂纹等缺陷。为避免这种现象,为提高挤压速度,需要降低挤压温度。这两个条件是相互矛盾的,为了既能降低变形抗力,又能采用较大的挤压速度,必须选择一个金属塑性*好的温度范围。但是工业铝型材挤压生产过程中,金属与挤压筒内衬、模具、垫片产生摩擦,以及金属本身产生变形等,会使金属的温度升高,往往会突破事先选好的挤压温度范围。实验证明:在整个挤压过程中挤压温度是逐渐升高的,挤压速度随着铸锭金属的减少而逐渐加快。因而工业铝型材产品尾端由于挤压温度的提高、挤压速度的加快而经常产生裂纹的现象。挤压过程中挤压温度的升高与工业铝型材的本性及挤压条件有关。对于工业铝型材而言,金属在模具出口处前后温度差为10-60℃之间。为了使工业铝型材挤压生产过程中挤压温度恒定在金属塑性*好的温度范围内,*好实行等温挤压。这是多年来工程技术人员探索的新工艺。要实现等温挤压需要具备很多条件,在挤压过程中各个环节都能自动调节,如铸锭温度、挤压筒温度都能梯度加热,模具进行冷却且可以调节温度,挤压速度能自动变化或采用等速挤压。另外更换模具后,由于挤压系数改变,上述各项条件也能做相应调整。可见要实现工业铝型材等温挤压是个很复杂的工艺。目前多采用对铸锭进行梯度加热的方法,做到近似等温挤压,也可以大大提高挤压速度和改善产品品质。随着电脑和数字化编程技术在工业上应用的逐步深入发展,现代挤压机也随之更新换代,配备有FI控制的等速挤压和TIPS控制的等温挤压。操作者只要选择按钮,依靠设备的自动化编程技术就可以获得所需要的等速挤压或等温挤压。
铝合金是世界上应用zui为广泛的合金材料之一,除了铝合金门窗外,zui常见铝合金非铝合金轮毂莫属。人人都喜欢铝合金轮毂,但是知道铝合金轮毂来由的人却是少之又少,所以今天我们就来简单说一下铝合金轮毂的起源。铝合金轮毂以其质量轻、散热快、减震性能好可靠,外观漂亮等优点深得人们喜爱。而赛车运动所需要的正是要具备这些的特质的轮毂,因此早在1920年,赛车设计师哈利米勒(harry a.miller)就萌生了制作铝合金轮毂的想法,并为此申请了概念 。可惜的是由于种种原因,他并未制作任何铝合金轮毂。但是,布加迪汽车的创始人埃托雷布加迪(ettore bugatti)十分中意这一创意,并于1924年在莫尔塞姆的铸造厂成功地用自己设计的模具铸造了铝轮、辐条以及刹车鼓,并将其安装在布加迪Type 35上。一般来说,簧下质量越低,惯性矩越小,操纵性也就越好。铝合金刚好具有质量较轻的特质,这也就使得安装铝合金轮毂的布加迪Type 35在操纵方面十分得心应手。对于早期长达几小时甚至几天的赛车比赛来说,铝合金轮毂无疑是给车手叠了一层“buff”,这也是布加迪能能够在1925年至1930年间统治世界赛道的原因之一。不过,铝合金轮毂的首次实战就没有这么顺利了。在1924年8月3日的里昂大奖赛上,布加迪将铝合金轮毂安装在参加比赛的Type 35赛车上,该轮毂由8个扁平辐条,一个可移动的轮缘和一个集成的制动鼓构成。埃托雷·布加迪称这款铝合金轮毂为一款精美的雕塑艺术品,一次艺术与技术的完美融合。往往打脸就是来得这么快。当日大奖赛上,所有安装铝合金轮毂的布加迪Type 35赛车都没有完成比赛。原因是赛车使用的轮胎并没有采用正确地硫化处理,导致了胎面在高速运动中飞了出去。但问题是出在轮胎上,对于铝合金的轮毂影响不大,所以埃托雷布加迪依旧对自己的轮毂创新充满心。在接下来的几年里,埃托雷布加迪制造了七种不同类型的铝合金轮毂,还分别为Type 35、Type 39型和Type 51赛车设计了三种不同的刹车系统。一般来说,车轮的空气流动性越好,涡流越低,对于车轮的设计就越严苛复杂。而同样的,对于空气动力学要求严格的赛车对于制动器的散热要求同等严苛。在高负荷的赛车运动中,制动器产生的热量必须迅速且充分地消散,而扁平化与开放式的轮毂设计刚好可以满足这一点。为此,埃托雷布加迪开始不断改进铝合金轮毂的造型,并顺手注册了“关于与冷却盘的车轮有关的改进”“弹性车轮与径向和轴向弹簧轮辋相对于车轮中心”等 。值得一提的是,这些与铝合金轮毂有关的 只不过是他个人所拥有的500项 中的寥寥一笔。也就从此时起,多辐条轮毂成为了布加迪的标志性特征。后来,布加迪的工程师则是将轮毂造型改为多辐条Y型布局,这种布局更加稳定,能承受的压力也更大。到了现在,铝合金轮毂的普及度已经不用多说了。想成为一家立足于世界的车企,着眼于未来必不可少,很显然,布加迪做到了,布加迪成功地把铝合金轮毂带向了世界。
铝型材散热器生产工艺:首先贴膜不能直接贴在铬化层上,否则会影响膜的附着力;其次,贴膜后要及时喷涂不能停放时间过长,否则容易导致贴膜脱落,严重时还要重新贴膜;再次是撕膜时要控制流平时间,不能贴膜后马上撕膜,这样会对产品质量带来一定的影响;*后是两种颜色的喷涂顺序要根据具体情况确定,既要考虑到两次固化,又要考虑到遮盖效果。贴膜质量控制:散热器铝型材质量控制中贴膜质量很重要,若贴不好,会导致喷涂困难,如贴膜的张力不大、压紧程度要控制好;对形状复杂的部位要分开贴膜,贴膜后要检查贴膜是否贴牢。否则将会给喷涂带来麻烦。影响喷涂质量。公司生产的铝型材产品均由专业的技术人员严格把关,并拥有专业的生产设备,保证质量问题,客户可放心选购我厂产品。铝型材散热器的贴膜材质:首先要对贴膜材质合理选择,根据散热器铝型材产品的要求、表面处理方式,选择相应的贴膜,同是还要考虑贴膜上的胶对铝型材表面质量的影响。
缩孔是铝合金压铸件常见的内部缺陷,常出现在产品壁厚较大或者易形成热点的位置。一般来讲,只要缩孔不影响产品的使用性能,都以合格的方式来判定。然而,对于一些重要部位,如汽车发动机汽缸体的冷却水道孔或润滑油道孔,出现缩孔是不允许判定合格的。
某企业的一款铝合金制发动机曲轴箱,采用布勒28000kN冷室压铸机铸造,材质为ADC12合金,成分见表1。铸件毛坯质量为6.3 kg,后工序进行X射线探伤时发现第二个曲轴轴承孔油道出现缩孔,离油道约8 mm,存在较大的漏油风险。据统计,2017年该位置的缩孔报废率为5%,经过一系列的探索,成功地将废品率降低为0.2%。本课题从铝合金压铸件缩孔的形成机理[1-5]和铸造条件两方面出发,分析铸件产生缩孔的原因,寻求改善措施,以期为日后解决铝合金压铸件缩孔问题提供参考。一、铝合金压铸件缩孔形成机理及形态--缩孔形成机理:导致铝合金压铸件缩孔的原因较多,追溯其本源,主要是铝合金从液相向固相转变过程中铝液补缩不足而导致。常见的缩孔原因有:①模温梯度不合理,导致铝液局部收缩不一致。②铝液浇注量偏少,导致料饼薄,增压阶段补压不足。③模具存在热结或尖锐区域。④模具的内浇口宽度不够,面积较小,导致铸件过早凝固,增压阶段压力传递受阻、铝液无法补缩。⑤铸造压力设置过低,补缩效果较差。图1为铝合金铸件缩孔形成的示意图。铸件缩孔形态:缩孔是一种铝合金压铸件乃至铸件常见的内部缺陷,常出现在产品壁厚较大、模具尖角和模温温差较大等区域。图2为某款发动机曲轴箱缩孔形态,缩孔呈似椭圆状,距离轴承油道孔约10 mm,内壁粗糙,无光泽。缩孔区域铸件壁厚较大,约为22 mm;油道孔销子前端无冷却水,模温较高。汽车发动机曲轴的两大轴颈(主轴颈和连杆轴颈)工作载荷较大,磨损严重,工作时必须进行压力润滑。在此情况下,轴颈的油道孔附近若存在缩孔,将会严重影响润滑效果。二、缩孔相关对策:铝合金压铸件产生铸造缺陷的原因有产品本身的结构特征、模具设计得浇注系统及冷却系统设计不合理、工艺参数设计不合理等原因[1~4]。根据常见的铸造缺陷原因以及铝合金铸件缺陷处理流程,探索解决铝合金压铸件厚大部位缩孔的相应对策。前期分析及对策:铸件缩孔的前期分析从容易操作的工艺参数出发,通过现场测量及观察,测得模具内浇口厚度为4 mm,计算的内浇口速度为40 m/s,产品壁厚*薄处为4.6 mm;料饼厚度为25 mm;铸造压力为60MPa。由经验可知,模具设计符合产品的结构特征,模具浇注系统应该不存在增压阶段补缩不足的问题。但是,增压阶段的铝液补缩与料饼厚度和增压压力有直接的关系,合适的料饼厚度与铸造压力才能形成内部组 织致密的铸件,因此,可以怀疑缩孔是由铸造压力偏低和料饼偏薄而导致的。前期铸件缩孔的对策分为两个:①铸造压力由之前的65MPa提高至90MPa;②料饼厚度有原来的25 mm调整为30 mm。采用上述措施后,经过小批量专流验证,缩孔率由5%减低为4.8%,效果不明显,说明工艺参数不是引起铸件缩孔的主因。中期分析及对策:由于引起铸件缩孔的本质原因是铝液凝固时补缩不足而导致,而模具温度分布不均容易导致铝液凝固顺序不合理,从而补缩不足,因此,中期对策分析主要从确保合理的模具温度入手。由产品3D模型可知,铸件缩孔处壁厚为22.6mm,壁厚较大,容易引起较高的模具温度。铝液凝固时,壁厚较大铸件内部铝液由于温度较高,尚处于液相或者固液混合相,而此时内浇口进行补缩的通道可能已经凝固。这样,在增压阶段铸件无法进行铝液补缩,从而有形成缩孔的可能。为确保合适的模具温度,采用热成像仪测得脱模剂喷涂后模具*高温度为272℃(见图3),高于正常的模具喷涂后温度,其他区域模具温度及其分布整体正常。因此,需要降低缩孔处模温。另外,测得此处冷却水孔底部距离模具型腔表面距离较大为20 mm,因为较大的热传递距离会降低模具的冷却效果,所以需要对冷却水孔进行更改。为降低缩孔处模具温度,主要采取3个方法:①改善模具冷却系统。将缩孔附件的冷却水孔深度加深,由距模具表面20 mm变成12 mm,以此快速带走附近模具热量,降低模温;将所有模具冷却水管与水管统一编号,一一对应,防止模具保全时装错,影响冷却效果[5,6]。②降低浇注温度,由675℃变为645℃。③延长缩孔处模具喷涂时间,由2 s变成3 s。实施上述整改措施后,缩孔区域模具喷涂后温度大幅度降低,约为200℃,属于正常范围。缩孔率有4.8%降低到4%,说明此类措施对缩孔具有一定效果,但不能彻底解决此区域的缩孔问题。后期分析及对策:通过前面两次改善,基本保证压铸模具处于理论上的合理状态,即浇注系统设计合理、冷却系统布置合适,工艺参数设计*优。然而,铸件缩孔率仍有4%之多。铸件缩孔处壁厚为22.6 mm,远大于其他部位的壁厚,较大的壁厚可能引起铸件中心凝固时补缩不足,增压结束后此区域还没有完全凝固,继续收缩产生缩孔[7~10],模流分析见图4。因此,如何解决铸件缩孔处的补缩不足,也许才是问题的关键。一般来讲,铸件的补缩时通过料饼→浇道→内浇口→铸件这条路径进行的。由于铸件厚大部位后于内浇口凝固,切断了增压后期的补缩通道,因此无法补缩。
缩孔是铝合金压铸件常见的内部缺陷,常出现在产品壁厚较大或者易形成热点的位置。一般来讲,只要缩孔不影响产品的使用性能,都以合格的方式来判定。然而,对于一些重要部位,如汽车发动机汽缸体的冷却水道孔或润滑油道孔,出现缩孔是不允许判定合格的。
某企业的一款铝合金制发动机曲轴箱,采用布勒28000kN冷室压铸机铸造,材质为ADC12合金,成分见表1。铸件毛坯质量为6.3 kg,后工序进行X射线探伤时发现第二个曲轴轴承孔油道出现缩孔,离油道约8 mm,存在较大的漏油风险。据统计,2017年该位置的缩孔报废率为5%,经过一系列的探索,成功地将废品率降低为0.2%。本课题从铝合金压铸件缩孔的形成机理[1-5]和铸造条件两方面出发,分析铸件产生缩孔的原因,寻求改善措施,以期为日后解决铝合金压铸件缩孔问题提供参考。一、铝合金压铸件缩孔形成机理及形态--缩孔形成机理:导致铝合金压铸件缩孔的原因较多,追溯其本源,主要是铝合金从液相向固相转变过程中铝液补缩不足而导致。常见的缩孔原因有:①模温梯度不合理,导致铝液局部收缩不一致。②铝液浇注量偏少,导致料饼薄,增压阶段补压不足。③模具存在热结或尖锐区域。④模具的内浇口宽度不够,面积较小,导致铸件过早凝固,增压阶段压力传递受阻、铝液无法补缩。⑤铸造压力设置过低,补缩效果较差。图1为铝合金铸件缩孔形成的示意图。铸件缩孔形态:缩孔是一种铝合金压铸件乃至铸件常见的内部缺陷,常出现在产品壁厚较大、模具尖角和模温温差较大等区域。图2为某款发动机曲轴箱缩孔形态,缩孔呈似椭圆状,距离轴承油道孔约10 mm,内壁粗糙,无光泽。缩孔区域铸件壁厚较大,约为22 mm;油道孔销子前端无冷却水,模温较高。汽车发动机曲轴的两大轴颈(主轴颈和连杆轴颈)工作载荷较大,磨损严重,工作时必须进行压力润滑。在此情况下,轴颈的油道孔附近若存在缩孔,将会严重影响润滑效果。二、缩孔相关对策:铝合金压铸件产生铸造缺陷的原因有产品本身的结构特征、模具设计得浇注系统及冷却系统设计不合理、工艺参数设计不合理等原因[1~4]。根据常见的铸造缺陷原因以及铝合金铸件缺陷处理流程,探索解决铝合金压铸件厚大部位缩孔的相应对策。前期分析及对策:铸件缩孔的前期分析从容易操作的工艺参数出发,通过现场测量及观察,测得模具内浇口厚度为4 mm,计算的内浇口速度为40 m/s,产品壁厚*薄处为4.6 mm;料饼厚度为25 mm;铸造压力为60MPa。由经验可知,模具设计符合产品的结构特征,模具浇注系统应该不存在增压阶段补缩不足的问题。但是,增压阶段的铝液补缩与料饼厚度和增压压力有直接的关系,合适的料饼厚度与铸造压力才能形成内部组 织致密的铸件,因此,可以怀疑缩孔是由铸造压力偏低和料饼偏薄而导致的。前期铸件缩孔的对策分为两个:①铸造压力由之前的65MPa提高至90MPa;②料饼厚度有原来的25 mm调整为30 mm。采用上述措施后,经过小批量专流验证,缩孔率由5%减低为4.8%,效果不明显,说明工艺参数不是引起铸件缩孔的主因。中期分析及对策:由于引起铸件缩孔的本质原因是铝液凝固时补缩不足而导致,而模具温度分布不均容易导致铝液凝固顺序不合理,从而补缩不足,因此,中期对策分析主要从确保合理的模具温度入手。由产品3D模型可知,铸件缩孔处壁厚为22.6mm,壁厚较大,容易引起较高的模具温度。铝液凝固时,壁厚较大铸件内部铝液由于温度较高,尚处于液相或者固液混合相,而此时内浇口进行补缩的通道可能已经凝固。这样,在增压阶段铸件无法进行铝液补缩,从而有形成缩孔的可能。为确保合适的模具温度,采用热成像仪测得脱模剂喷涂后模具*高温度为272℃(见图3),高于正常的模具喷涂后温度,其他区域模具温度及其分布整体正常。因此,需要降低缩孔处模温。另外,测得此处冷却水孔底部距离模具型腔表面距离较大为20 mm,因为较大的热传递距离会降低模具的冷却效果,所以需要对冷却水孔进行更改。为降低缩孔处模具温度,主要采取3个方法:①改善模具冷却系统。将缩孔附件的冷却水孔深度加深,由距模具表面20 mm变成12 mm,以此快速带走附近模具热量,降低模温;将所有模具冷却水管与水管统一编号,一一对应,防止模具保全时装错,影响冷却效果[5,6]。②降低浇注温度,由675℃变为645℃。③延长缩孔处模具喷涂时间,由2 s变成3 s。实施上述整改措施后,缩孔区域模具喷涂后温度大幅度降低,约为200℃,属于正常范围。缩孔率有4.8%降低到4%,说明此类措施对缩孔具有一定效果,但不能彻底解决此区域的缩孔问题。后期分析及对策:通过前面两次改善,基本保证压铸模具处于理论上的合理状态,即浇注系统设计合理、冷却系统布置合适,工艺参数设计*优。然而,铸件缩孔率仍有4%之多。铸件缩孔处壁厚为22.6 mm,远大于其他部位的壁厚,较大的壁厚可能引起铸件中心凝固时补缩不足,增压结束后此区域还没有完全凝固,继续收缩产生缩孔[7~10],模流分析见图4。因此,如何解决铸件缩孔处的补缩不足,也许才是问题的关键。一般来讲,铸件的补缩时通过料饼→浇道→内浇口→铸件这条路径进行的。由于铸件厚大部位后于内浇口凝固,切断了增压后期的补缩通道,因此无法补缩。
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