原標(biāo)題:擠壓銷設(shè)計與應(yīng)用

摘要:基于擠壓銷在使用過程中受結(jié)構(gòu)設(shè)計，配合精度以及應(yīng)用部位溫度變化影響，導(dǎo)致故障率高，使用壽命短，以此增加壓鑄件生產(chǎn)過程問題的處理與管控難度；文章就如何正確選擇合適的擠壓銷，匹配合理參數(shù)，控制“溫度場”，從而提高擠壓銷運(yùn)行的穩(wěn)定性，使產(chǎn)品被擠壓部位質(zhì)量缺陷得以解決。

前言：縮孔是鋁合金壓鑄件的致命質(zhì)量缺陷及報廢原因之一，其形成的機(jī)理是合金液凝固時的收縮特性所致。產(chǎn)品壁厚不均，薄壁處優(yōu)先凝固，阻礙合金液流動和壓力傳遞，局部厚大熱節(jié)部位無法補(bǔ)縮而形成縮孔。而局部加壓補(bǔ)縮（以下簡稱：擠壓銷）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，擠壓銷結(jié)構(gòu)設(shè)計與裝配尺寸的影響，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，在擠壓銷的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用上作簡要解析。

01擠壓銷結(jié)構(gòu)分類與優(yōu)劣點(diǎn)概述

擠壓結(jié)構(gòu):擠壓銷常用結(jié)構(gòu)可分為“成型銷，盲銷，出型避空銷”。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，在“表1”列表中針對三種不同形態(tài)的擠壓銷的優(yōu)、劣點(diǎn)作了橫向比較。

表1 不同結(jié)構(gòu)擠壓銷的優(yōu)劣點(diǎn)

02參數(shù)與尺寸設(shè)計

1) 擠壓量的計算
V=a³
式中 V：縮松缺陷體積
a：取缺陷輪廓邊長
注：模擬為正方體，以產(chǎn)品熱節(jié)部位最大體積設(shè)定，在乘以對應(yīng)Si含量的收縮率。見“圖1”

圖1 Al Si合金體收縮示意圖

2) 擠壓油缸的選擇
a. 擠壓體積：V1＞1.2×V2
式中 V1：擠壓銷可擠壓體積；
V2：需要補(bǔ)縮的體積；

擠壓銷壓力：P1≥3×P2
式中 P1：擠壓銷壓力；
        P2：產(chǎn)品設(shè)定鑄造壓力；
根據(jù)上述公式的計算原則，可選擇所需要的擠壓銷尺寸及油缸大小和行程。

3)溫度與間隙驗證
a.驗證方法：將擠壓銷與套同時加熱至600℃，每下降100℃測一組數(shù)據(jù)；
b.結(jié)果：如“表2”；擠壓銷，套材質(zhì)：SKD61

表2 擠壓銷與套隨溫度尺寸變化測試

4) 擠壓銷結(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
d. 擠壓銷與連接桿采用“T”型卡槽連接，留置間隙，讓其自動歸正

表3 擠壓銷結(jié)構(gòu)及相關(guān)要求

03擠壓銷的幾個關(guān)鍵參數(shù)

1)擠壓延時：擠壓延時通常指型腔充填完成或者增壓啟動開始，至擠壓銷啟動這段時間。延時過短，整個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)金屬液流動性好，可通過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；延時過長，用于擠壓補(bǔ)縮的金屬液或需補(bǔ)縮部位的液體已凝固，喪失流動性，從而失去補(bǔ)縮的功能；正確的延時是需補(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)持壓時間：是指擠壓銷開始施壓到施壓結(jié)束這段時間。該段時間的長短以被擠壓區(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間，多則無益。該時間段的長短受被擠壓熱節(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：是指擠壓啟動到行程結(jié)束過程中擠壓銷的運(yùn)行速度。從理論上講，擠壓銷擠壓的體積與合金液收縮過程不斷變化所需的體積同步最好，即擠壓銷運(yùn)行時間與熱節(jié)區(qū)域固化時間相同。
                                 

                                    V1=S1×T×A
式中  V1：擠壓速度       S1：擠壓銷速度
       T：擠壓銷運(yùn)行時間  A：擠壓銷截面積

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，擠壓銷溫度所共同構(gòu)成的“溫度場”，該“溫度場”的穩(wěn)定與否直接關(guān)系到擠壓的效果。

綜合所述，擠壓銷的擠壓效果如何，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”的相關(guān)參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需多次驗證，通過產(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”是自動變速器左箱體模具擠壓銷的運(yùn)用情況
擠壓油缸活塞直徑：Φ80mm,設(shè)計擠壓行程20mm；液壓站系統(tǒng)壓力160bar；

表4 擠壓銷使用壽命統(tǒng)計

從表中可以看出，擠壓銷運(yùn)用效果良好，其關(guān)鍵參數(shù)是銷與套的間隙，表面硬度，“溫度場”等必須得到有效控制。

2)生產(chǎn)過程中常見問題的處理

a.溫度變化導(dǎo)致的擠壓效果不佳，缺陷區(qū)見“圖2”

圖2 高壓油道擠壓區(qū)域缺陷

通過模具溫度測量，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”發(fā)生變化，液態(tài)量因此增多，影響擠壓銷施壓效果。“圖3”中，右側(cè)溫度為214.5℃。

圖3 高壓油道擠壓區(qū)域溫度

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。“圖4”中測溫復(fù)查結(jié)果顯示，開啟冷卻水后，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)域無縮松。注：調(diào)整期間需測量擠壓深度變化，并以X射線探傷確認(rèn)質(zhì)量。

圖4 右側(cè)高壓油道擠壓區(qū)域質(zhì)量改善

b.擠壓銷粘鋁異響
擠壓銷發(fā)生異響時，應(yīng)即刻停機(jī)檢查擠壓銷芯子是否粘鋁，若粘鋁先將擠壓銷插出，快速噴涂降溫至表面水無沸騰效應(yīng)時，此時擠壓銷溫度低于100℃，吹干銷與套區(qū)域水分，采用80目研磨膏涂抹擠壓銷上，手動抽插運(yùn)行，直至聲響消除，無明顯卡滯現(xiàn)象。經(jīng)過上述措施處理，擠壓銷與套上黏附的鋁隨之清除，研磨膏會滲入間隙起到潤滑作用，仍可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。

c.冷模復(fù)產(chǎn)不宜啟動擠壓
冷模復(fù)產(chǎn)時“溫度場”環(huán)境條件達(dá)不到擠壓要求，極易出現(xiàn)銷彎，銷斷，卡滯等問題，此時不宜啟動擠壓程序。

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)計算擠壓銷的行程和壓力；
3.銷，套的材料，硬度（表面處理），配合間隙以及連接方式是擠壓銷正常運(yùn)行的基礎(chǔ)；
4.穩(wěn)定的工藝參數(shù)及工作環(huán)境是擠壓銷效果的根本條件。

作者
葉立
重慶瑞通精工科技股份有限公司