基于工艺参数调整的抗拉强度提升试验研究

引言

汽车安全带作为汽车发生碰撞过程中保护驾乘人员的基本防护装置,关系到千千万万乘驾者的生命安全,既然它是这么重要的一个部件,汽车设计者就必须使其性能满足最高要求,提高它的拉力,满足x-3s≥17.5kN,这就对目前生产汽车零部件的企业提出了更高的要求。本研究针对某型号铝合金安全带滚轮压铸件的压铸,由射出高速速度、铸造压力、模具温度、高速区间等参数的正交试验,确定最优压铸工艺参数,以此提高产品的拉力强度。

1试验产品和材料成分

材料采用ADC12,化学成分如下:

si:硅,是改善流动性能的主要成分。

Cu:铜,可以提高机械性能,使切削性变好。但铜会导致耐蚀性降低,容易发生热间裂痕。

Mg:镁,铝镁合金的耐蚀性好。

Fe:铁,含有杂质的铁会生成FeA13的针状结晶,量低于0.7%则有不易脱模的现象,所以控制铁含量在0.8%~1.0%反而好压铸。但铁含量超过1.2%时,合金的流动性相应降低。

Ni:镍,能够提高抗拉强度和硬度,改善耐蚀性。

Mn:锰,能提高再结晶温度,阻止铝合金的再结晶过程,并能显著细化再结晶晶粒。锰是铝合金的重要元素,可以单独加入A1-Mn二元合金,更多的是和其他合金元素一同加入,因此大多铝合金中均含有锰。

Zn:锌,高温脆性大,在日本标准中规定在1.0%以内,但其他标准有到3%的。杂质锌有使铸件产生裂纹的倾向。

Cr:铬,在铝中形成(CrFe)A17和(CrMn)A112等金属间化合物,对合金有一定的强化作用,阻碍再结晶的形核和长大过程,还能降低应力腐蚀开裂敏感性和改善合金韧性,同时也会增加淬火敏感性。

Ti:钛,虽说是微量元素,但可以使导电率下降,机械性能提高。

Pb、sn:铅、锡等杂质元素是低熔点金属,它们在铝中固溶度不大,会降低合金强度,但能改善切削性能。

铝合金压铸时将原材料加热熔化并保持在680℃,将溶液加入到熔杯中,通过高速高压快速将溶液压射到型腔内,通过模具冷却后得到所需产品。产品质量好坏决定于模具设计、原材料成分、铸造工艺参数等等,其中模具设计、原材料等都已经确定、无法更改了,只能通过调整工艺参数、优化压铸工艺参数来提高产品抗拉强度。下面就利用正交试验法研究各压铸工艺参数之间的相互关联关系,以期得到合理的压铸工艺参数,并压铸出质量合格的产品。

2压铸参数设定

2.1射出高速速度试验

通过分析试验及试模过程中的摸索研究,首先将各参数按照模具理论初始参数设定不变,单独对生产过程中的射出高速速度进行试验,选出最佳压射射出速度值:射出速度的正确性、合理性将决定产品内部及表面的致密度和产品强度状态。对生产中的射出高速进行调整试验,分别选定2.0m/s、2.2m/s、2.4m/s、2.6m/s、2.8m/s、3.0m/s,设定各组速度后进行抽样拉力测试,每组各随机抽取3模进行测试,从数据分析可以得出2.4~2.6m/s速度下四穴产品的拉力值相对稳定,可以确定生产过程中使用高速在2.4~2.6m/s之间(取2.5m/s)。

2.2铸造压力调整

调整生产过程中的铸造压力,其他参数不变且高速速度选定2.5m/s,将铸造压力按分段点式进行试验,并在正常生产过程中按照分组随机取样3模进行拉力强度测量,经过评估选择了60MPa、64MPa、68MPa、72MPa、76MPa。每段铸造压力抽样3组进行拉力测试,综合各个试验数据,可以看出在铸造压力变化情况下,每段拉力数据有两组试验x-3s结果达到19.0kN以上为0K,五组铸造压力中64~68MPa为最佳铸造压力,拉力合格率达到100%。铸造压力过大时,产品外观和内部致密度提高,但模具容易胀模,产生毛边,会导致合模面产品尺寸偏大,不容易控制尺寸;如果铸造压力过小,产品表面压铸会有冷隔和产品内部不致密,将导致产品抗拉强度不稳定。所以铸造压力取值64MPa。

2.3浇注温度设定

根据相关数据确认,其他压铸参数不变情况下,将模具温度设定在680℃时拉力试验数据最好,每个穴的拉力都在19.5kN以上,根据这个数据固定浇注温度后,设变其他压铸参数,寻找其他压铸参数最佳结果。

2.4模具温度调整

调整正常生产中的模具温度(或水温机温度):合理的模具温度将对产品的流向、流速、排气等起到至关重要的作用。在设定铸造压力64MPa、高速速度2.5m/s,且其他参数不变的基础上,调整模具温度,经评估选择多段温度进行试验,分别为120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃,分别在选择的各温度段正常生产中抽取三组各3模进行拉力测试。每组温度进行正常生产后,分别抽取连续生产的3模产品进行拉力测试,测得各温度每穴x-3s的代表数据。

通过数据分析评估,可得出模温150℃为最佳温度,模温过高将容易出现胀模及模具锁模异常导致飞边大,产品表面容易冲蚀,镶件滑块容易钻料,导致模具损坏等问题:模温控制过低不利于材料在型腔中流动,会形成产品表面冷隔、缺料等等缺陷。

2.5高速区间的合理设定

选择合理的高速区间对产品不同部位的结实和致密程度起到决定性作用,在模温150℃、铸造压力64MPa、高速速度2.5m/s的生产参数和其余工艺参数不变的基础上,对产品的高速区间进行优化选择调整。对实际生产出的树状件进行理论计算测量,设定区间为74mm、77mm、80mm、83mm、86mm、89mm、92mm,在正常生产中随机取三组各3模产品进行拉力测试,结果显示高速区间在83~86mm之间最佳(取86mm)。

2.6结果分析

利用以下参数验证是否拉力数据最佳:模具温度设定150℃、浇注料温680℃、高速区间86mm、铸造压力64MPa,每三模为一组数据计算X-3s,拉试10组数据,得到结果如表1所示。

在其余基础参数不变的情况下,选定射出高速2.5m/s、铸造压力64MPa、高速区间83~86mm、模具温度150℃进行多次取样,试验拉力测试皆为合格状态。后续的生产过程将以此参数为基准进行生产,并保证产品质量。后续的生产过程中也将持续进行改进,争取使工艺更加完善。

3结语

本文利用正交法寻找最佳压铸参数,并利用确定后的压铸参数进行批量生产,可以得到稳定的拉力数据,对这些数据的研究表明,产品质量可以改善:也可以看到,对于有着严格强度稳定性要求且客户规定产品结构不可更改,仍可以通过合理的压铸参数优化,达到提升质量的目的。以上试验将为后续正常生产奠定坚实的基础,在保证满足销售指标的前提下,使客户的要求得到了满足,为后续出货交期的保证提供了有力支持,也为其他有这方面需求的人提供了相关经验。