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铸造机械/压铸设备 |
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浸渗技术在中大型压铸铝合金产品中应用 |
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作者：广东鸿图科技股份有限公司 常移迁 张百在 |
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金融危机后随着国外不少压铸企业的倒闭和大量压铸产品向中国的转移，压铸产业在中国大陆发展速度非常迅猛。据中国铸造协会统计，压铸产业是目前中国铸造业中发展最快的领域，并已形成华南、华东以及西南三个主要压铸产业集中地。其中华南地区是以肇庆地区为主的压铸产业集群，该地区集中了以广东鸿图科技股份有限公司、广东鸿特精密技术股份有限公司、广东鸿泰科技股份有限公司等为龙头的近20家压铸生产企业，年产铝合金压铸件达到14万吨，产值50多亿元。
近年来基于产品轻量化、高集成和高性能的要求，压铸铝合金零件的结构和形状愈来愈复杂，质量要求愈来愈高。如一些汽车用的大型铝合金部件，为了减少工序和避免组合后的部件刚性差、易变形的问题，新的设计方案常常将以前的若干个零件集成为一个零件后要求直接成形，因此就出现了大量壁厚差别非常大、性能要求高、结构复杂、甚至都不能顺利出模和压铸工艺性非常不好的产品零件，这给零件的成形制造，尤其是给零件的压铸成形带来了极大的挑战。
尽管在压铸行业采用了诸如真空压铸、局部挤压压铸等新工艺和新技术。但在压铸过程中，仍会产生大量弥散性气孔、缩松等缺陷。这些缺陷，对于必须进行泄漏检测、有压力要求的产品不得不做报废处理，即使用于无压力要求的，也可能会因电镀、涂漆及其它表面处理时清洁剂、酸液等进入零件内部导致内部腐蚀，使表面喷漆、电镀时形成气泡或凹凸不平，造成电镀层等在后期会有脱落等现象，缩短了产品的使用寿命。
重卡汽车发动机用齿轮室铝合金压铸浸渗件产品
浸渗技术是解决压铸件泄漏的最有效的方法
压铸件在铸造形成过程中，容易产生内部疏松、缩孔、气孔等缺陷，这些有缺陷的铸件在经过机械加工后，表面致密层部件被去掉而使内部的组织缺陷暴露出来。对有密封要求的汽车铝铸件，如汽缸体、汽缸盖、进气歧管、化油器、制动阀体等，在进行耐压密封试验时，缺陷微孔的存在将导致密封介质的渗漏造成大量废品，且这些缺陷往往机加工后经试压后才能发现，从而造成工时、原材料和能源的严重浪费。为了解决压铸件废品率高的问题，挽救因上述缺陷可能报废的铸件，生产中要采取一定的处理措施，目前使用最普遍的技术是浸渗处理，即堵漏。所谓“浸渗”，就是在一定条件下把浸渗剂渗透到铸件的微孔隙中，经过固化后使渗入孔隙中的填料与铸件孔隙内壁连成一体，堵住微孔，使零件能满足承压、防渗及防漏等条件的工艺技术。
浸渗技术在大中型压铸铝合金产品中的应用
浸渗方法
浸渗处理方法有常压浸渗、真空浸渗、压力浸渗和真空加压浸渗法等。
附图所示为我们公司承接的重卡汽车发动机用齿轮室铝合金压铸浸渗件产品，重量19.5kg，产品最大外形尺寸893mm×645mm×106mm，最大壁厚25mm，最小壁厚9mm，有多处螺孔和密封槽需要进行机加工，在1.4kg/cm2压力下泄漏量不超过0.5cc。根据压铸件缺陷性质、分布状况、压铸件工作条件、结构尺寸及浸渗剂的类型等具体情况，我们采用真空加压整体浸渗方法。
浸渗剂选择
浸渗剂（胶液）需具有良好的渗透性和粘附性，同时固化后还应具备良好的耐介质性及与工件较接近的物理性能。浸渗剂可分为有机和无机两大类。无机浸渗剂（如硅酸钠，俗称水玻璃）的材料来源广泛，耐热性高，但固化物含量低，固化物收缩率大，性脆，耐冲击和耐水性能差，须进行改性处理。有机浸渗剂虽然价格稍贵，但相对稳定，随时可用，使用方便。为此根据产品技术要求，考虑产品的结构特点和质量缺陷出现的部位，经多次试验检测后，我们采用“无锡生珑浸渗化工设备有限公司”提供的嘉泰90C热固化型有机类浸渗剂，其成份构成及性能指标如下表所示。
真空加压浸渗工艺
真空加压浸渗过程主要在真空压力罐中进行。按工艺处理顺序可分为前处理、浸渗处理和后处理三个阶段。
前处理是将压铸件脱脂、清洗，再干燥备用。主要目的在于去除零件表面的油污、金属碎屑和灰尘，提高浸渗质量，防止油污及机械杂质带入浸渗剂中影响渗透力和粘结力。常用脱脂方法有溶剂脱脂、碱液脱脂及电化学脱脂。铸件在上述脱脂清洗后，取出经热水漂洗再在80-90℃下烘干，为提高浸透效果，并防止大量水分进入真空泵，清洗后的烘干是非常重要的。
浸渗处理是将经前处理的工件装入浸渗罐密封抽真空15min，以充分排除罐内及铸件孔隙处的空气和微尘，为浸渗剂的填充和渗透创造压差动力条件。然后利用罐内负压吸入浸渗剂，再次抽真空15min。第二次抽真空的目的在于排出罐内浸渗剂中的气体，防止溶有气体的浸渗剂渗入到铸件微孔缺陷中去，以防止固化时气孔的产生而影响密封性能。最后加压0.5~0.75MPa，保持15~20min，使已充填和渗入压铸件孔隙内部的浸渗剂进一步向缺陷各个部位最深处渗透。
后处理是将工件滴干、清洗并放入固化炉中固化，使进入铸件孔隙的浸渗剂由液态向固态转变，形成坚实的固化膜。固化温度为80-90℃，保持2h以上，或在室温（25℃以上）下放置24h。如铸件在300℃以上条件使用，宜先在80℃温度下固化2h，接着在110℃温度下继续固化1h。受压铸件浸渗后需100%进行压力试验，检查浸渗处理后是否达到要求的气密性。凡在浸渗范围内仍有泄漏，允许进行再浸渗，对3次浸渗仍有泄漏的铸件作废品处理。通常，试验压力值为工作压力值的2倍。
该工艺主要流程：清洗零件→抽真空→加压使浸渗剂进入微孔中→清除残胶（离心甩干、反复清洗）→固化→检查→标识→储运或装配。
要求浸渗时工件在吊篮中摆放的位置正确
浸渗过程中工艺控制要点
‧ 由于有机浸渗剂的价格较贵，需在浸渗罐中增加离心甩干机，以使多余的浸渗剂回流到储液罐中继续使用。这就要求浸渗时工件在吊篮中摆放的位置正确，对一些盲孔（螺纹孔）必须注意其轴线方向。
‧ 重视对浸渗剂的维护，每周检查一次浸渗剂的粘度和稳定性，在规定指标范围内方可继续生产；操作中应避免水及电解质带入浸渗剂中；浸渗前须把工件清洗干净、浸渗剂存储温度的严格控制等，必须按照相关工艺文件强制执行。
‧ 根据产品内部缩松、气孔的分布情况，结合产品的壁厚状态来选择合适的浸渗剂粘度，这对提高和稳定浸渗产品合格率非常重要。浸渗剂粘度越小，渗透能力越强；孔越小，毛细作用越大，越易渗入。一般壁厚差比较大的压铸产品比壁厚比较均匀的产品选择浸渗剂时的粘度要大一些。
‧ 真空度和保压时间对浸渗产品合格率影响也比较大。真空度越高，微孔内的气体排除越彻底，浸渗剂越容易渗入微孔内部；压力越高、保压时间越长，浸渗剂渗入铸件微孔缺陷越深。
‧ 零件的几何形状对浸渗效果有一定影响。零件壁越厚越容易渗补，反之效果越差。因为零件壁越薄，浸渗剂在未固化前就会从零件中流出，或在清洗过程中流失。
‧ 为了防止固化后的铝合金压铸件表面变色，固化用水应采用离子交换水，并用冰醋酸把其pH值调至5~7；根据生产量大小，每隔3~5天更换一次固化用水。
‧ 对于有清洁度要求的产品，渗补后的零件外表面、内腔表面及螺栓孔内不允许有残留的浸渗剂，否则将影响零件的外观及装配。为了防止产品零件在浸渗、清洗、包装、物流过程对产品零件清洁度的影响，经渗补后的零件需要重新上加工线的清洗设备，按流程再次清洗，确保达到清洁度要求。
‧ 渗补后的零件泄漏量要符合产品技术规范，满足密封性要求。因此，对浸渗处理后的零件还必须进行100%密封性试验。
铝压铸件浸渗处理技术的应用和发展
近年来铝合金加工行业真空浸渗的需求迅速增长，主要用于飞机、船舶、机车、汽车、摩托车等各类机械制造行业中。其典型的浸渗件有发动机缸体、缸盖、进气歧管、油泵、油嘴、水暖器材、水泵、阀盖、铸造油底壳、化油器壳体、变速箱壳体、曲轴箱、压缩机、ABS控制器、动力转向器、汽车轮毂、燃料泵、天然气控制阀、液压阀、冷却泵、密封的飞机仪器、电子仪器护罩、气动零件和各种气体仪表等。
广州本田、奇瑞的铝合金压铸件，如变速箱、离合器类产品，多年以前就由我们公司进行浸渗全处理。目前先进工业国家都主张对承压铸件进行全浸渗处理，浸渗技术已被汽车制造业和其他主要工业部门认可，如日本几个大汽车公司在发动机生产中把铸件浸渗作为一道不可缺少的工序。近几年来，随着浸渗处理设备和浸渗剂材料的发展，浸渗处理已成为挽救汽车铝铸件渗漏缺陷令人满意的工艺方法。人们对它的认识，不再仅仅作为一种废品再生的方法，而是把它看作铸件后续处理过程中公认的生产工艺。
做好物流管理，严格控制浸渗过程，以及严格控制零件的清洁度、密封性是确保浸渗后的产品零件符合产品技术规范的关键所在。
中国大陆过去由于铝压铸件的生产规模不大，浸渗技术显现不出给压铸行业带来的效益。近几年来随着汽车铝压铸件的急速扩大应用，浸渗技术在生产中的应用前景日益显现。实践证明，浸渗技术是提高铝压铸件成品合格率及保证产品使用性能的一种行之有效的方法。尤其是对一些重量超过3吨的压铸铝合金产品，通过浸渗提高产品合格率所带来的经济效益已经得到各级领导和管理人员的认可与重视。
本文的撰写得到了叶伟昌教授和叶毅高级工程师的指导与帮助，谨此致谢。(end)
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(3/19/2012) |
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