壓鑄生產(chǎn)中鋁合金及輔材的管理

洛陽高新欣華福利加工有限公司 （河南 471031） 房文莉 崔愛軍

質(zhì)量管理中的五大要素為人、機、料、法、環(huán)，其中的“料”是生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的基礎(chǔ)，壓鑄生產(chǎn)中的材料包含壓鑄用的主材（合金錠）及一些壓鑄輔材。原材料的質(zhì)量狀況決定了壓鑄件的質(zhì)量，沒有合格的原材料是不可能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的。下面以鋁合金壓鑄為例就如何做好主材、輔材的管理工作，作簡要的陳述。

一、主材的管理

1.鋁合金錠的入廠控制

由于對鋁合金有含氣量和硬質(zhì)點的要求，鋁錠生產(chǎn)廠必須做好精煉、除氣、除渣工作，防止鋁錠中含氣量高、雜質(zhì)多等缺陷遺傳到壓鑄鋁液中。鋁合金錠入廠后首先對外觀進行檢測，要求鋁錠表面光滑、無粗糙感，不得有油污、霉斑及氧化皮等，鋁合金錠斷口組織致密，不得有嚴重偏析、縮孔、夾渣及夾雜物，如圖1所示。對每批次、每爐號進行成分抽驗，確保使用的合金成分合格。在生產(chǎn)有特殊要求的產(chǎn)品時，還需增加其他檢測項目。如生產(chǎn)有力學性能要求的產(chǎn)品時，在鋁合金錠交付生產(chǎn)的同時，要求每爐都提交拉力試棒；在生產(chǎn)有氣密性要求的產(chǎn)品時，要對鋁合金錠增加針孔度檢測。

圖1 鋁合金錠斷口

實際生產(chǎn)用鋁合金的種類往往不限于一種牌號，而每種牌號的鋁合金對其化學成分要求又相差較大，一種牌號合金的主要合金元素，在另一種牌號合金中可能就會被認為是雜質(zhì)。對于多種牌號共存的這一狀態(tài)，有必要對每種牌號的合金進行明顯的可視化區(qū)分，謹防使用過程中混料情況的發(fā)生。一般措施是對不同牌號、不同廠家的鋁合金外觀涂的顏色進行明確統(tǒng)一的規(guī)定，不同材料到廠后進行分區(qū)存放。

2.鋁合金熔化過程控制

生產(chǎn)實踐表明，提高合金熔液質(zhì)量是提高壓鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此應對原材料嚴格管理，做到不合格的原材料不進車間、不投產(chǎn)使用。嚴格按合金熔化工藝要求標準進行操作，并加強各種原材料(新料、回爐料、輔料)的管理工作。

鋁合金熔化工藝要對熔化溫度、熔煉時間、回爐料的投放比例等有明確的規(guī)定，特別是回爐料應嚴格分類管理，不能混雜?；貭t料應清潔，不得帶有油污、銹蝕、泥砂、水分及鑲件等。對回爐料中有油污的可由鋁錠制造廠進行重熔處理，不能直接投放到熔化爐中使用；對于那些散碎的鋁塊要過篩處理，清除里面的塵土、砂石等雜物后才能使用。凡使用回爐料的鋁液，需要的精煉劑、除渣劑的比例要比僅使用鋁合金錠熔化時加大。在相對濕度較大的天氣生產(chǎn)時，回爐料比例應不超過30%，干燥的天氣回爐料可適當增加，但不宜超過40%。

對熔煉后的鋁液要適時進行除渣、除氣工作，并按要求記錄相應參數(shù)。在集中熔煉過程中應對每鍋鋁液進行化學成分檢測，確保產(chǎn)品在熔煉過程中化學成分合格。另外，還應避免長時間熔煉，否則會使鋁合金液中氫含量增加，影響壓鑄產(chǎn)品的強度、氣密性等性能，一般從熔煉到壓鑄不超過4h。

二、輔材的管理

1.脫模劑的控制

脫模劑的使用能使液態(tài)金屬充填流暢，有利于成形，防止粘模，使鑄件獲得光亮、光滑、平整的表面質(zhì)量，且對生產(chǎn)節(jié)奏、鑄件表面與內(nèi)部質(zhì)量有很大影響。同時能保護模具，避免高溫液態(tài)金屬對模具表面的沖刷，降低模具的導熱率和模溫，延長模具壽命。開模時，有利于鑄件順利脫出，對減少沖頭、頂桿、活動部位的摩擦和磨損也有重要的作用。脫模劑的控制除包含脫模劑本身的選型、配比外，還包括操作人員對脫模劑的噴涂及吹干使用方式的管理。

一般對脫模劑的選型有以下要求：

（1）高溫時具有良好的潤滑性，揮發(fā)點低，在100～150℃時脫模劑中的水分能很快揮發(fā)。

（2）對壓鑄型及壓鑄件沒有腐蝕作用，性能穩(wěn)定，在空氣中脫模劑不應揮發(fā)過快而變稠。

（3）高溫時不會析出有害氣體，不會在壓鑄型腔表面產(chǎn)生積垢。

目前，脫模劑的噴涂主要是手動作業(yè)，合理的噴涂操作是保證鑄件質(zhì)量、壓鑄模具壽命、生產(chǎn)效率的一個重要因素。脫模劑的噴涂時間, 也是隨著脫模劑的不同品種的脫模性能、稀釋比例、不同壓鑄件形狀，以及不同模具溫度等的變化而變化。脫模劑從噴槍噴出到模具表面凝聚成保護膜，需要一段相當長的時間，當這一過程未完成前就進行澆注，往往是造成鑄件疏松缺陷的根源。根據(jù)壓鑄工藝的規(guī)定，針對不同品種的脫模劑、不同稀釋比例，應采取不同的合理噴涂時間范圍。壓鑄工人要理解工藝參數(shù)上下限代表的意思及調(diào)整影響趨勢，根據(jù)生產(chǎn)出的壓鑄件表面狀況，進行適當?shù)恼{(diào)整。

在使用水基脫模劑時要嚴格控制脫模劑的配比。如果脫模劑濃度過高，在模具表面形成一層較厚的膜，緩慢地在模具表面形成脫模劑堆積，脫模劑中的水分不能完全排出而產(chǎn)生氣體，會使壓鑄件內(nèi)部致密性變差。如果脫模劑濃度過低，則達不到效果，壓鑄件會產(chǎn)生拉傷、粘?，F(xiàn)象。

因此，在壓鑄車間的質(zhì)量控制中，脫模劑的管理對壓鑄件的質(zhì)量影響是較大的，有必要加強此方面的管理，如指定專人負責脫模劑的配比，明確規(guī)定各類不同的壓鑄產(chǎn)品生產(chǎn)過程中脫模劑和水的配比，定人定量按脫模劑配制工藝進行配制。操作工在噴涂時，必須按照要求規(guī)范動作進行，不允許多噴、少噴、漏噴。

2.沖頭油的管理

目前，大部分采用油基沖頭潤滑油或顆粒潤滑，不管什么形式的沖頭潤滑，在鋁液進入料筒后，都需在短時間內(nèi)充分燃燒掉，殘留物要分布在合金液的上層，這樣沖頭油對產(chǎn)品的影響就不會太大。否則，燃燒產(chǎn)生的氣體和燃燒后的殘留物就會進入產(chǎn)品內(nèi)部，其結(jié)果就可想而知。

驗證沖頭油的簡單方法就是觀察出模件上料柄的顏色，一般料柄厚度為沖頭直徑的1/4～1/3，沖頭油燒變黑的長度不要超過料柄厚度的3/5。同時，料柄的端部不應有很明顯的發(fā)黑（即石墨粉殘留物過多），否則產(chǎn)品加工后，必然會導致氣孔等缺陷增多。

在生產(chǎn)過程中，還應時刻關(guān)注沖頭潤滑裝置的工作狀況，如果潤滑劑噴得太多或太少, 則對壓室和沖頭的壽命以及壓鑄件的質(zhì)量都會產(chǎn)生負面影響。在調(diào)節(jié)潤滑劑使用量時，既要考慮沖頭的潤滑性，也要考慮模具的脫模性。特別是采用顆粒潤滑時，不管蠟丸在壓鑄模中如何使用, 都會存在有機物的揮發(fā)問題, 大量的有機揮發(fā)物如果不能及時排出，對壓鑄件氣孔的產(chǎn)生將產(chǎn)生很大影響。

3.沖頭的管理

沖頭與壓室構(gòu)成一個相互依存的系統(tǒng)。一般情況下壓室的壽命可達到2～3年，而一個沖頭的壽命短則一個班次，長則可達萬次以上。這其中的壽命差異會造成產(chǎn)品質(zhì)量的波動，以及生產(chǎn)成本的顯著變化。因此，做好沖頭的管理工作，不但能穩(wěn)定壓鑄件的質(zhì)量，還可大幅降低壓鑄生產(chǎn)成本。

（1）沖頭尺寸的設(shè)計 正常情況下，沖頭與壓室間需要有一定的配合間隙。實踐表明，理想的間隙為0.1mm左右。壓射時，如果間隙過大，鋁合金液就可能進入間隙，并出現(xiàn)鋁液竄漏和煙霧，加劇沖頭的磨損，使沖頭壽命縮短；如果間隙過小，則沖頭運動過程中出現(xiàn)卡滯，沖頭速度達不到工藝預定的速度，模具填充時間延長，壓鑄件質(zhì)量問題增多。因此，沖頭的加工制造必須嚴格按圖樣執(zhí)行，才能最終控制好臨界間隙，延長沖頭壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）沖頭的冷卻 由于壓鑄工藝決定了沖頭溫度在不斷的變化之中，隨溫度的變化，沖頭與壓室的間隙也在發(fā)生變化。這些變化影響的不僅是沖頭的使用壽命，還影響到壓鑄過程中壓射工藝的穩(wěn)定性。要保持理想的間隙，有必要對沖頭進行冷卻。設(shè)計時考慮通過壓射桿水芯對沖頭進行充分冷卻，最大限度地帶走沖頭熱量，就能保持沖頭與壓室間理想間隙的穩(wěn)定。這些措施有利于確保每模壓射工藝的穩(wěn)定，保證壓鑄件產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。實踐表明，具有良好沖頭冷卻的壓射系統(tǒng)，在保證壓射工藝穩(wěn)定的同時，也大大延長了沖頭的使用壽命。但是，必須做好沖頭冷卻水路的密封工作，謹防沖頭與壓射桿之間因密封不良造成的冷卻水滲漏。如果對冷卻水的滲漏未引起足夠的重視，將嚴重影響到產(chǎn)品的氣密性。

4.坩堝的管理

坩堝的使用對鋁合金壓鑄來說至關(guān)重要，特別是鑄鐵坩堝的使用，如果不能嚴格按坩堝使用規(guī)范進行操作，可能會導致后續(xù)生產(chǎn)過程中鋁合金成分的Fe含量超標。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如果能嚴格按新坩堝使用要求對鑄鐵坩堝進行涂料的刷涂，且在使用過程中每3天刷一次，基本上在整個壓鑄生產(chǎn)過程中Fe含量的增加不會超過0.2%（質(zhì)量分數(shù)）。在控制好鋁合金錠的進貨檢驗的前提下，完全能夠保證生產(chǎn)的壓鑄件合金成分符合標準要求。

對石墨坩堝的使用雖然不存在增鐵的擔憂，但也應引起重視。石墨坩堝首次使用的烘干工藝必須嚴格執(zhí)行，這些操作影響到以后石墨坩堝的使用壽命，未經(jīng)很好預熱的石墨坩堝的壽命會受到很大影響，每只石墨坩堝的價格不菲，都將影響到壓鑄的生產(chǎn)成本。

一般石墨坩堝的預熱曲線如圖2所示。

圖2 石墨坩堝首次預熱曲線

三.結(jié)語

在質(zhì)量管理的五大要素中，上面主要論述了“料”和“人”的問題, 在管好原材料和輔料的同時，還要做好人員培訓、管理工作，需進一步提高壓鑄工的技術(shù)水平, 才能有效解決壓鑄生產(chǎn)中存在的質(zhì)量問題，把全面質(zhì)量管理的思路用于壓鑄車間的質(zhì)量控制中去，用系統(tǒng)的壓鑄生產(chǎn)理論知識指導生產(chǎn), 必能使壓鑄車間的質(zhì)量控制能力提升到新的高度。