基于工藝參數(shù)調(diào)整的抗拉強(qiáng)度提升試驗(yàn)研究

引言

汽車安全帶作為汽車發(fā)生碰撞過程中保護(hù)駕乘人員的基本防護(hù)裝置,關(guān)系到千千萬萬乘駕者的生命安全,既然它是這么重要的一個(gè)部件,汽車設(shè)計(jì)者就必須使其性能滿足最高要求,提高它的拉力,滿足x-3s≥17.5kN,這就對目前生產(chǎn)汽車零部件的企業(yè)提出了更高的要求。本研究針對某型號鋁合金安全帶滾輪壓鑄件的壓鑄,由射出高速速度、鑄造壓力、模具溫度、高速區(qū)間等參數(shù)的正交試驗(yàn),確定最優(yōu)壓鑄工藝參數(shù),以此提高產(chǎn)品的拉力強(qiáng)度。

1試驗(yàn)產(chǎn)品和材料成分

材料采用ADC12,化學(xué)成分如下:

si:硅,是改善流動(dòng)性能的主要成分。

Cu:銅,可以提高機(jī)械性能,使切削性變好。但銅會導(dǎo)致耐蝕性降低,容易發(fā)生熱間裂痕。

Mg:鎂,鋁鎂合金的耐蝕性好。

Fe:鐵,含有雜質(zhì)的鐵會生成FeA13的針狀結(jié)晶,量低于0.7%則有不易脫模的現(xiàn)象,所以控制鐵含量在0.8%~1.0%反而好壓鑄。但鐵含量超過1.2%時(shí),合金的流動(dòng)性相應(yīng)降低。

Ni:鎳,能夠提高抗拉強(qiáng)度和硬度,改善耐蝕性。

Mn:錳,能提高再結(jié)晶溫度,阻止鋁合金的再結(jié)晶過程,并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。錳是鋁合金的重要元素,可以單獨(dú)加入A1-Mn二元合金,更多的是和其他合金元素一同加入,因此大多鋁合金中均含有錳。

Zn:鋅,高溫脆性大,在日本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在1.0%以內(nèi),但其他標(biāo)準(zhǔn)有到3%的。雜質(zhì)鋅有使鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向。

Cr:鉻,在鋁中形成(CrFe)A17和(CrMn)A112等金屬間化合物,對合金有一定的強(qiáng)化作用,阻礙再結(jié)晶的形核和長大過程,還能降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性和改善合金韌性,同時(shí)也會增加淬火敏感性。

Ti:鈦,雖說是微量元素,但可以使導(dǎo)電率下降,機(jī)械性能提高。

Pb、sn:鉛、錫等雜質(zhì)元素是低熔點(diǎn)金屬,它們在鋁中固溶度不大,會降低合金強(qiáng)度,但能改善切削性能。

鋁合金壓鑄時(shí)將原材料加熱熔化并保持在680℃,將溶液加入到熔杯中,通過高速高壓快速將溶液壓射到型腔內(nèi),通過模具冷卻后得到所需產(chǎn)品。產(chǎn)品質(zhì)量好壞決定于模具設(shè)計(jì)、原材料成分、鑄造工藝參數(shù)等等,其中模具設(shè)計(jì)、原材料等都已經(jīng)確定、無法更改了,只能通過調(diào)整工藝參數(shù)、優(yōu)化壓鑄工藝參數(shù)來提高產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度。下面就利用正交試驗(yàn)法研究各壓鑄工藝參數(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系,以期得到合理的壓鑄工藝參數(shù),并壓鑄出質(zhì)量合格的產(chǎn)品。

2壓鑄參數(shù)設(shè)定

2.1射出高速速度試驗(yàn)

通過分析試驗(yàn)及試模過程中的摸索研究,首先將各參數(shù)按照模具理論初始參數(shù)設(shè)定不變,單獨(dú)對生產(chǎn)過程中的射出高速速度進(jìn)行試驗(yàn),選出最佳壓射射出速度值:射出速度的正確性、合理性將決定產(chǎn)品內(nèi)部及表面的致密度和產(chǎn)品強(qiáng)度狀態(tài)。對生產(chǎn)中的射出高速進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn),分別選定2.0m/s、2.2m/s、2.4m/s、2.6m/s、2.8m/s、3.0m/s,設(shè)定各組速度后進(jìn)行抽樣拉力測試,每組各隨機(jī)抽取3模進(jìn)行測試,從數(shù)據(jù)分析可以得出2.4~2.6m/s速度下四穴產(chǎn)品的拉力值相對穩(wěn)定,可以確定生產(chǎn)過程中使用高速在2.4~2.6m/s之間(取2.5m/s)。

2.2鑄造壓力調(diào)整

調(diào)整生產(chǎn)過程中的鑄造壓力,其他參數(shù)不變且高速速度選定2.5m/s,將鑄造壓力按分段點(diǎn)式進(jìn)行試驗(yàn),并在正常生產(chǎn)過程中按照分組隨機(jī)取樣3模進(jìn)行拉力強(qiáng)度測量,經(jīng)過評估選擇了60MPa、64MPa、68MPa、72MPa、76MPa。每段鑄造壓力抽樣3組進(jìn)行拉力測試,綜合各個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù),可以看出在鑄造壓力變化情況下,每段拉力數(shù)據(jù)有兩組試驗(yàn)x-3s結(jié)果達(dá)到19.0kN以上為0K,五組鑄造壓力中64~68MPa為最佳鑄造壓力,拉力合格率達(dá)到100%。鑄造壓力過大時(shí),產(chǎn)品外觀和內(nèi)部致密度提高,但模具容易脹模,產(chǎn)生毛邊,會導(dǎo)致合模面產(chǎn)品尺寸偏大,不容易控制尺寸;如果鑄造壓力過小,產(chǎn)品表面壓鑄會有冷隔和產(chǎn)品內(nèi)部不致密,將導(dǎo)致產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度不穩(wěn)定。所以鑄造壓力取值64MPa。

2.3澆注溫度設(shè)定

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)確認(rèn),其他壓鑄參數(shù)不變情況下,將模具溫度設(shè)定在680℃時(shí)拉力試驗(yàn)數(shù)據(jù)最好,每個(gè)穴的拉力都在19.5kN以上,根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)固定澆注溫度后,設(shè)變其他壓鑄參數(shù),尋找其他壓鑄參數(shù)最佳結(jié)果。

2.4模具溫度調(diào)整

調(diào)整正常生產(chǎn)中的模具溫度(或水溫機(jī)溫度):合理的模具溫度將對產(chǎn)品的流向、流速、排氣等起到至關(guān)重要的作用。在設(shè)定鑄造壓力64MPa、高速速度2.5m/s,且其他參數(shù)不變的基礎(chǔ)上,調(diào)整模具溫度,經(jīng)評估選擇多段溫度進(jìn)行試驗(yàn),分別為120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃,分別在選擇的各溫度段正常生產(chǎn)中抽取三組各3模進(jìn)行拉力測試。每組溫度進(jìn)行正常生產(chǎn)后,分別抽取連續(xù)生產(chǎn)的3模產(chǎn)品進(jìn)行拉力測試,測得各溫度每穴x-3s的代表數(shù)據(jù)。

通過數(shù)據(jù)分析評估,可得出模溫150℃為最佳溫度,模溫過高將容易出現(xiàn)脹模及模具鎖模異常導(dǎo)致飛邊大,產(chǎn)品表面容易沖蝕,鑲件滑塊容易鉆料,導(dǎo)致模具損壞等問題:模溫控制過低不利于材料在型腔中流動(dòng),會形成產(chǎn)品表面冷隔、缺料等等缺陷。

2.5高速區(qū)間的合理設(shè)定

選擇合理的高速區(qū)間對產(chǎn)品不同部位的結(jié)實(shí)和致密程度起到?jīng)Q定性作用,在模溫150℃、鑄造壓力64MPa、高速速度2.5m/s的生產(chǎn)參數(shù)和其余工藝參數(shù)不變的基礎(chǔ)上,對產(chǎn)品的高速區(qū)間進(jìn)行優(yōu)化選擇調(diào)整。對實(shí)際生產(chǎn)出的樹狀件進(jìn)行理論計(jì)算測量,設(shè)定區(qū)間為74mm、77mm、80mm、83mm、86mm、89mm、92mm,在正常生產(chǎn)中隨機(jī)取三組各3模產(chǎn)品進(jìn)行拉力測試,結(jié)果顯示高速區(qū)間在83~86mm之間最佳(取86mm)。

2.6結(jié)果分析

利用以下參數(shù)驗(yàn)證是否拉力數(shù)據(jù)最佳:模具溫度設(shè)定150℃、澆注料溫680℃、高速區(qū)間86mm、鑄造壓力64MPa,每三模為一組數(shù)據(jù)計(jì)算X-3s,拉試10組數(shù)據(jù),得到結(jié)果如表1所示。

在其余基礎(chǔ)參數(shù)不變的情況下,選定射出高速2.5m/s、鑄造壓力64MPa、高速區(qū)間83~86mm、模具溫度150℃進(jìn)行多次取樣,試驗(yàn)拉力測試皆為合格狀態(tài)。后續(xù)的生產(chǎn)過程將以此參數(shù)為基準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn),并保證產(chǎn)品質(zhì)量。后續(xù)的生產(chǎn)過程中也將持續(xù)進(jìn)行改進(jìn),爭取使工藝更加完善。

3結(jié)語

本文利用正交法尋找最佳壓鑄參數(shù),并利用確定后的壓鑄參數(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn),可以得到穩(wěn)定的拉力數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)的研究表明,產(chǎn)品質(zhì)量可以改善:也可以看到,對于有著嚴(yán)格強(qiáng)度穩(wěn)定性要求且客戶規(guī)定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不可更改,仍可以通過合理的壓鑄參數(shù)優(yōu)化,達(dá)到提升質(zhì)量的目的。以上試驗(yàn)將為后續(xù)正常生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),在保證滿足銷售指標(biāo)的前提下,使客戶的要求得到了滿足,為后續(xù)出貨交期的保證提供了有力支持,也為其他有這方面需求的人提供了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。