前言：縮孔是鋁合金壓鑄件的致命質(zhì)量缺陷及報(bào)廢原因之一，其形成的機(jī)理是合金液凝固時(shí)的收縮特性所致。產(chǎn)品壁厚不均，薄壁處優(yōu)先凝固，阻礙合金液流動(dòng)和壓力傳遞，局部厚大熱節(jié)部位無(wú)法補(bǔ)縮而形成縮孔。而局部加壓補(bǔ)縮（以下簡(jiǎn)稱：擠壓銷(xiāo)）是有效解決縮孔缺陷的主要工藝措施。
由于被擠壓區(qū)域鋁液和模具溫度變化，擠壓銷(xiāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配尺寸的影響，使其在實(shí)際應(yīng)用中壽命短，易卡滯或卡死，擠壓效果不佳，被擠壓區(qū)域存在分層現(xiàn)象，且工藝量化固化困難，導(dǎo)致生產(chǎn)連續(xù)性差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。本文就如何用好擠壓工藝，在擠壓銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用上作簡(jiǎn)要解析。
01
擠壓銷(xiāo)結(jié)構(gòu)分類與優(yōu)劣點(diǎn)概述
擠壓結(jié)構(gòu):擠壓銷(xiāo)常用結(jié)構(gòu)可分為“成型銷(xiāo)，盲銷(xiāo)，出型避空銷(xiāo)”。通常基于產(chǎn)品缺陷部位形狀，所處位置與后工序處理要求而選擇不同結(jié)構(gòu)的擠壓銷(xiāo)，在“表1”列表中針對(duì)三種不同形態(tài)的擠壓銷(xiāo)的優(yōu)、劣點(diǎn)作了橫向比較。
02
參數(shù)與尺寸設(shè)計(jì)
1) 擠壓量的計(jì)算
V=a³
式中 V：縮松缺陷體積
a：取缺陷輪廓邊長(zhǎng)
注：模擬為正方體，以產(chǎn)品熱節(jié)部位最大體積設(shè)定，在乘以對(duì)應(yīng)Si含量的收縮率。見(jiàn)“圖1”
2) 擠壓油缸的選擇
a. 擠壓體積：V1＞1.2×V2
式中 V1：擠壓銷(xiāo)可擠壓體積；
V2：需要補(bǔ)縮的體積；
擠壓銷(xiāo)壓力：P1≥3×P2
式中 P1：擠壓銷(xiāo)壓力；
P2：產(chǎn)品設(shè)定鑄造壓力；
根據(jù)上述公式的計(jì)算原則，可選擇所需要的擠壓銷(xiāo)尺寸及油缸大小和行程。
3)溫度與間隙驗(yàn)證
a.驗(yàn)證方法：將擠壓銷(xiāo)與套同時(shí)加熱至600℃，每下降100℃測(cè)一組數(shù)據(jù)；
b.結(jié)果：如“表2”；擠壓銷(xiāo)，套材質(zhì)：SKD61
4) 擠壓銷(xiāo)結(jié)構(gòu)及相關(guān)要求
a. 結(jié)構(gòu)如“表3”
b. 精度要求如“表3”
c. 擠壓油缸與連接板設(shè)置定位銷(xiāo)
d. 擠壓銷(xiāo)與連接桿采用“T”型卡槽連接，留置間隙，讓其自動(dòng)歸正
03
擠壓銷(xiāo)的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)
1)擠壓延時(shí)：擠壓延時(shí)通常指型腔充填完成或者增壓?jiǎn)?dòng)開(kāi)始，至擠壓銷(xiāo)啟動(dòng)這段時(shí)間。延時(shí)過(guò)短，整個(gè)型腔金屬處于全液態(tài)狀態(tài)，金屬液尚未達(dá)到固-液相轉(zhuǎn)變溫度，在此階段型腔內(nèi)金屬液流動(dòng)性好，可通過(guò)澆道在鑄造壓力作用下得到整體補(bǔ)縮，但不能達(dá)到厚大區(qū)域局部補(bǔ)縮的目的；延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，用于擠壓補(bǔ)縮的金屬液或需補(bǔ)縮部位的液體已凝固，喪失流動(dòng)性，從而失去補(bǔ)縮的功能；正確的延時(shí)是需補(bǔ)縮的區(qū)域已成為孤立的固-液相區(qū)，其周邊通道已經(jīng)固化，擠壓補(bǔ)縮于厚大部位的最后凝固區(qū)。
2)持壓時(shí)間：是指擠壓銷(xiāo)開(kāi)始施壓到施壓結(jié)束這段時(shí)間。該段時(shí)間的長(zhǎng)短以被擠壓區(qū)域金屬液固化，擠壓區(qū)域不產(chǎn)生溢流珠為最短合適的時(shí)間，多則無(wú)益。該時(shí)間段的長(zhǎng)短受被擠壓熱節(jié)區(qū)域體積大小，模具溫度，鋁液溫度變化影響。
3)擠壓速度：是指擠壓?jiǎn)?dòng)到行程結(jié)束過(guò)程中擠壓銷(xiāo)的運(yùn)行速度。從理論上講，擠壓銷(xiāo)擠壓的體積與合金液收縮過(guò)程不斷變化所需的體積同步最好，即擠壓銷(xiāo)運(yùn)行時(shí)間與熱節(jié)區(qū)域固化時(shí)間相同。
V1=S1×T×A
式中 V1：擠壓速度 S1：擠壓銷(xiāo)速度
T：擠壓銷(xiāo)運(yùn)行時(shí)間 A：擠壓銷(xiāo)截面積
4)擠壓區(qū)域溫度：該溫度是指由熱節(jié)區(qū)域合金液溫度，模具溫度，擠壓銷(xiāo)溫度所共同構(gòu)成的“溫度場(chǎng)”，該“溫度場(chǎng)”的穩(wěn)定與否直接關(guān)系到擠壓的效果。
綜合所述，擠壓銷(xiāo)的擠壓效果如何，一方面取決于上述參數(shù)設(shè)置是否合理。另一方面取決于各參數(shù)是否穩(wěn)定，特別是“溫度場(chǎng)”的相關(guān)參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需多次驗(yàn)證，通過(guò)產(chǎn)品外觀，擠壓深度，X射線探傷等判定是否達(dá)到擠壓效果，從而固化并穩(wěn)定相關(guān)參數(shù)。
04
案例分享
1)下“表4”是自動(dòng)變速器左箱體模具擠壓銷(xiāo)的運(yùn)用情況
擠壓油缸活塞直徑：Φ80mm,設(shè)計(jì)擠壓行程20mm；液壓站系統(tǒng)壓力160bar；
從表中可以看出，擠壓銷(xiāo)運(yùn)用效果良好，其關(guān)鍵參數(shù)是銷(xiāo)與套的間隙，表面硬度，“溫度場(chǎng)”等必須得到有效控制。
2)生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的處理
a.溫度變化導(dǎo)致的擠壓效果不佳，缺陷區(qū)見(jiàn)“圖2”
通過(guò)模具溫度測(cè)量，發(fā)現(xiàn)右側(cè)高壓油道擠壓區(qū)域噴涂后溫度偏高，“溫度場(chǎng)”發(fā)生變化，液態(tài)量因此增多，影響擠壓銷(xiāo)施壓效果。“圖3”中，右側(cè)溫度為214.5℃。
經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，下滑塊循環(huán)冷卻水處于關(guān)閉狀態(tài)，導(dǎo)致右側(cè)擠壓區(qū)域質(zhì)量波動(dòng)。“圖4”中測(cè)溫復(fù)查結(jié)果顯示，開(kāi)啟冷卻水后，右側(cè)降溫至173.9℃，左側(cè)降溫至176.0℃；X射線探傷確認(rèn)，右側(cè)高壓油道擠壓區(qū)域無(wú)縮松。注：調(diào)整期間需測(cè)量擠壓深度變化，并以X射線探傷確認(rèn)質(zhì)量。
b.擠壓銷(xiāo)粘鋁異響
擠壓銷(xiāo)發(fā)生異響時(shí)，應(yīng)即刻停機(jī)檢查擠壓銷(xiāo)芯子是否粘鋁，若粘鋁先將擠壓銷(xiāo)插出，快速噴涂降溫至表面水無(wú)沸騰效應(yīng)時(shí)，此時(shí)擠壓銷(xiāo)溫度低于100℃，吹干銷(xiāo)與套區(qū)域水分，采用80目研磨膏涂抹擠壓銷(xiāo)上，手動(dòng)抽插運(yùn)行，直至聲響消除，無(wú)明顯卡滯現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)上述措施處理，擠壓銷(xiāo)與套上黏附的鋁隨之清除，研磨膏會(huì)滲入間隙起到潤(rùn)滑作用，仍可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。
c.冷模復(fù)產(chǎn)不宜啟動(dòng)擠壓
冷模復(fù)產(chǎn)時(shí)“溫度場(chǎng)”環(huán)境條件達(dá)不到擠壓要求，極易出現(xiàn)銷(xiāo)彎，銷(xiāo)斷，卡滯等問(wèn)題，此時(shí)不宜啟動(dòng)擠壓程序。
05
結(jié)論
1.根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及要求選擇合適的擠壓方式；
2.根據(jù)需補(bǔ)縮的金屬液體積，科學(xué)計(jì)算擠壓銷(xiāo)的行程和壓力；
3.銷(xiāo)，套的材料，硬度（表面處理），配合間隙以及連接方式是擠壓銷(xiāo)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)；
4.穩(wěn)定的工藝參數(shù)及工作環(huán)境是擠壓銷(xiāo)效果的根本條件。
作者
