CN107737902A - 用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺，应用本发明研制的镁合金汽车支架压铸零件具有“轻质、高强、减震和性能高度一致性”的优点。本发明首先通过确定镁合金充型压射阶段的冲头加速和匀速运动的临界值，冲头开始以低于临界值加速至匀速阶段，并已低于临界值的匀速度推射镁合金熔体，进而避免了进入模具型腔镁合金熔体的卷气；至金属液充满整个压室时，在模具型腔内开始建立高真空度，以避免高速镁合金流体对气体的裹挟，以及通过高真空吸力减少气体对流体的反向压力，实现高致密成型。当模具型腔真空度为5KPa时，本发明通过以上技术途径研制的AZ91镁合金汽车转向支架取样室温拉伸力学性能达到：σb=249MPa，σs=176.1MPa和δ=4.9%。

Description

用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺
技术领域：本发明涉及金属材料领域，特别涉及一种用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺。
背景技术：镁合金具有非常好的压铸工艺性能，因而高压铸造被认为是生产镁合金零件的最好方法。用此方法，几乎可直接浇注尺寸精密的镁合金结构件，铸件壁厚最薄可达1.0－2.0mm(铝合金：2.5-3.5mm)，凝固时间比铝合金短近50％，生产率比铝合金高25％，压铸模的使用寿命比铝合金高1-2倍。可是，在镁合金压铸过程中难以避免气体卷入，导致镁合金铸件性能远低于母体材料的性能，特别是这些气体的随机分布，还会导致铸件性能分布的不一致，不能用于承受较大载荷，且结构复杂的汽车支架类零件。镁合金压铸件中的气孔主要来自2个工艺过程：(1)压铸机压室冲头压射过程的卷气；(2)充型过程中模具型腔中气体的卷入。本发明采用慢压射和高真空压铸两项技术的复合应用，可最大限度地避免压铸件中气体的含量，提高镁合金压铸件的性能，以及性能的一致性。
发明内容：
发明目的：本发明的目的是改善和提高镁合金压铸件的力学性能，以及性能分布的一致性，以满足汽车支架类受力结构件的应用需求。
技术方案：
一种用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺，其特征在于：
压铸开始时以高压将熔融金属注射进模具内；
注射冲头以低于临界加速度加速至匀速阶段，并已低于临界匀速度压射镁合金熔体，进入模具型腔的镁合金熔体在高真空下充型；
所述临界加速度：acritical＝gh(0.9-0.785 5f)/L(1+f)；
所述临界匀速度：
其中，g为重力加速度；h为压室中金属液熔体自由表面的高度；f为压射前金属液在压室内的初始充满度；L为压室长度；
浇铸温度设为670-690℃，模具温度设为200-220℃，充型速度设为80m/s，模具型腔真空度设为5Kpa；
压铸过程中通过真空系统将模具型腔中的气体抽出，至金属液充满模具型腔时，关闭真空阀，高压凝固后开模取件。
所述用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺，其特征在于：凝固压力为70MPa。
所述用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺，其特征在于：本工艺适用于AZ91合金或Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金。
所述用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺，其特征在于：所述浇注温度为680℃，所述模具温度为200℃，压射冲头的加速度及匀速度低于临界值。
优点和效果：本发明将通过控制压射过程中冲头的加速与匀速运动低于不同的临界值，以保证进入模具型腔中的金属液体中无气体卷入；同时对模具型腔进行抽真空，使得金属液在继续充型过程中也不裹进气体，实现镁合金致密压铸成型。
附图说明：
图1为铸件压铸系统示意图。
图中标注：1真空阀；2排气道；3铸件；4浇道。
具体实施方式：
本工艺首先基于Garber理论，计算出慢压射的临界加速度：a critical＝gh(0.9-0.785 5f)/L(1+f)，慢压射的临界匀速度： 其中，g为重力加速度；h为压室中金属液熔体自由表面的高度；f为压射前金属液在压室内的初始充满度；L为压室长度；
真空压铸浇铸温度设为670-690℃，模具温度设为200-220℃，充型速度设为80m/s，模具型腔真空度设为5KPa，控制冲头以低于临界加速度加速至慢压射的临界速度，以此速度进行匀速压射，至金属液充满整个压室。
通过真空系统将模具型腔中的气体抽出，同时金属液由浇口快速充型，至金属液充满模具型腔时，关闭真空阀，凝固压力为70MPa，高压凝固后开模取件。对压铸件进行各项力学性能检测。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不受实施例的限制。
本发明涉及本发明涉及AZ91或Mg-7Al-1Ca-0.5Sn镁合金转向器支架制备方法，具体实施过程如下：
(1)通过慢压射高真空压铸制备高致密度的镁合金转向器支架；
(2)取样进行性能测试。
所述高真空压铸是指金属液充型伴随着模具型腔抽真空过程。经慢压射与高真空压铸复合技术压铸成型后，获得的镁合金支架的密度、强度和伸长率均高于非真空传统普通压铸工艺。
实施例1
选用AZ91合金，压铸工艺参数设置为浇注温度为680℃，模具温度为200℃，压射速度为3.4m/s，真空度为5KPa时，制备的转向器壳体压铸件表面光洁，轮廓清晰，成形良好，压铸态抗拉强度为：σb＝249MPa，σs＝176.1MPa和δ＝4.9％。
实施例2
选用Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金，压铸工艺参数设置为浇注温度700℃、模具温度220℃、压射速度4.7m/s、模具型腔内真空度为5KPa，为GM公司凯迪拉克CTS车型制备的发动机支架压铸件表面光洁，轮廓清晰，成形良好，压铸态抗拉强度为268MPa，伸长率为8.7％。
实施例3
实施例2中的Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金发动机支架经T6(400℃×15h+200℃×15h)处理后铸件的抗拉强度达到292MPa，屈服强度为217MPa，伸长率达到13％。
结论：
通过对慢压射高真空压铸复合技术压铸成型，可以明显提高镁合金压铸件的密度、抗拉强度和伸长率，满足汽车转向器支架、发动机支架等承力结构件的使用需求。
综上所述，本发明采用控制冲头以低于临界加速度加速至慢压射的临界速度的慢压射技术，进入模具型腔的镁合金熔体卷入的气体含量少；慢压射后再经高真空压铸，镁合金压铸件的含气量低，致密性高，综合孔隙率小于1％，抗拉强度与伸长率提高，力学性能的均匀性提高；采用慢压射与高真空压铸复合技术，制成的压铸件可进行热处理强化，因为进一步热处理加热时表面不会出现“鼓泡”和“变形”等缺陷。
实施例1制备的AZ91镁合金汽车转向支架与非真空普通压铸镁合金汽车转向支架同样部位取样的密度值对比如下表所示。
表1与非真空普通压铸对比不同部位的密度值

Claims (4)

1.一种用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺，其特征在于：
压铸开始时以高压将熔融金属注射进模具内；
注射冲头以低于临界加速度加速至匀速阶段，并已低于临界匀速度压射镁合金熔体，进入模具型腔的镁合金熔体在高真空下充型；
所述临界加速度：acritical＝gh(0.9-0.785 5f)/L(1+f)；
所述临界匀速度：
其中，g为重力加速度；h为压室中金属液熔体自由表面的高度；f为压射前金属液在压室内的初始充满度；L为压室长度；
浇铸温度设为670-690℃，模具温度设为200-220℃，充型速度设为80m/s，模具型腔真空度设为5Kpa；
压铸过程中通过真空系统将模具型腔中的气体抽出，至金属液充满模具型腔时，关闭真空阀，高压凝固后开模取件。
2.根据权利要求1所述用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺，其特征在于：凝固压力为70MPa。
3.根据权利要求1所述用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺，其特征在于：本工艺适用于AZ91合金或Mg-7Al-1Ca-0.5Sn合金。
4.根据权利要求1所述用于汽车支架零件的镁合金高致密压铸成型工艺，其特征在于：所述浇注温度为680℃，所述模具温度为200℃，压射冲头的加速度及匀速度低于临界值。
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