原标题：高效率镁合金轮毂压铸件大批量化生产工艺研究

摘 要：压铸生产过程中由于模具局部温度过高，在模具局部高温热节部位会出现烧结粘铝，不但影响铸件外观，而且因烧结粘铝破坏了铸件表面的致密层，导致铸件气密检测泄漏或者存在泄漏风险。在压铸充填过程中，模具近浇口端，由于受到铝液的直接冲刷，经常出现拉模，严重者出现拉裂现象；部分铸件受其结构的影响，后续对铸件进行抛丸处理后，铸件外观出现起皮，不能满足客户需求。针对以上铸件外观问题，对压铸模具局部做被覆处理，经验证，可解决以上铸件外观缺陷，而且操作简单。

随着客户对压铸件品质的要求越来越高，不但对其力学性能、内部组织有严格的要求，对外观缺陷也提出了更严格的要求，如铝合金压铸件在铸造过程中，经常遇到烧结粘铝，拉伤及铸件抛丸后，出现起皮现象，已无法满足客户对铸件的外观质量要求，不仅降低铸件合格率，制约生产效率，更重要的是增加了生产成本。

针对压铸件的烧附、粘铝、拉伤、拉裂等铸造缺陷，通过对压铸模具局部采用被覆工艺，以降低铸件外观不良率和泄漏率，旨在为类似问题地解决提供参考。

1、压铸模具被覆工艺介绍

模具被覆工艺是在模具表面被覆一层高硬度合金，利用冷焊把超硬合金在短时间內,迅速被覆在模具表面,及渗透到模具组织內部,被覆后可增加被覆模具的耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性、脱模性及耐热性。

1.1 压铸模具被覆后微观组织

从被覆层的金相显微组织来看（见图1），经过被覆后的模具，在基体外表层形成一层合金层，堆焊及强化层厚度在0.02~0.03 mm之间,经过局部被覆的模具，被覆的部位厚度增加。在保证铸件图纸尺寸要求的公差范围内，为了增加被覆的效果，模具被覆区域可多层被覆，被覆层厚度可控制在0.01~0.1 mm，根据实际情况自由调整。

图1 被覆层金相显微组织

1.2 模具被覆材料及物理特性

模具用被覆材料为WTC-90,是在WC的基础上加入了少量的钛，可降低其脆性。在模具被覆过程中，无需对被覆的模具进行加热，常温被覆，不会产生热变形，被覆区无应力集中现象，所以不会导致被涂覆部位因应力导致龟裂，而且碳化钨被覆层显示出了其优异的超高硬度，在抗冲刷方面表现突出。

2、模具被覆工艺对铸件质量的影响

模具设计受铸件结构影响，在实际生产过程中，受浇排系统设计的限制，工艺窗口比较狭窄，铸件缺陷并行存在。工艺设置原则上，首先要保证铸件内部品质，但是铸件的外观往往不符合客户要求，如随着浇口冲刷导致铸件浇口部位拉伤、拉裂；模具尖角位置无法设置冷却水，导致温度过高，烧附粘铝；模具沟槽比较多，铝液填充过程中受到的阻力较大，铸件表面产生流痕，对铸件抛丸处理后，外观起皮等。针对这些问题，在模具前期设计和后期生产中导入被覆工艺，能对以上缺陷得到有效解决。

2.1 模具被覆工艺对铸件拉伤、拉裂的改善

图2 为机油冷却器盖浇注系统设计及拉模位置。

图2 机油冷却器盖浇注系统示意图及拉模位置

可以看出，拉模位置位于内浇口端，通过对压铸工艺的反复验证发现，降低速度可减少对拉模部位的冲刷，但拉模位置无法消除，而且会导致产品外观不良。拉模深度超过0.5 mm（见图3），拉模严重者出现裂纹，特别是隐形裂纹。

图3 铸件拉模外观缺陷表现形态

对模具采取被覆处理，被覆涂层2层，被覆层厚度为0.05 mm，经过验证，拉模部位缺陷得到解决，对压铸工艺的调整，特别是对速度的要求得以放宽。图4为铸件被覆后，经过对铸件抛丸处理前后的对比，完全符合客户要求。

图4 被覆后铸件抛丸前后对比

2.2 模具被覆工艺对铸件烧结、粘铝的改善

铝液高速冲击型腔或型芯时，受冲击的模具部位温度上升，因而不能形成激冷层，就会发生铝液腐蚀（侵蚀）模具的现象(烧结)。毛坯上为粗粒层（见图5）。

图5 铸件局部烧结

一般在压铸生产过程中，对于烧结部位通过设置冷却水，降低局部模具温度，可减少烧结。但是往往受模具结构和产品结构的影响，部分位置无法设置冷却水；如果通过增加脱模剂喷涂量，会影响到生产节拍。经验证，对局部烧结部位做被覆处理，可有效解决局部烧结（见图6）。

图6 模具被覆前后对比

2.3 压铸模具被覆工艺对铸件抛丸起皮的改善

铸件喷丸后表面会出现一层薄皮翘起，甚至脱落，用手可以轻松抠掉，其大小、面积和位置不固定。这种现象被称为抛丸后起皮（见图7）。

图7 铸件抛丸后起皮

铸件起皮的主要原因多为部分铸件设计特殊，沟槽多，铝液在充填过程中波动大，高速充模时，铝液流动到主流填充不到的地方（死角），熔液飞溅，其温度降速比较快，在主流到达、增压开始之前，就已经凝固。因此在铸件表面形成冷疤流痕或者麻面，冷疤流痕及麻面是抛丸起皮的主要原因（见图8）。

图8 水冷壳浇排系统示意图及铸件结构

铝液在型腔内流动过程中，由于模具表面非常光滑，如果在在铸件易产生冷疤流痕和麻面的位置，对模具做被覆处理，模具表面会形成凸凹不平的状态，形成高低凹槽，能分散铝液在型腔内的流动方向，并且在凹槽之间形成一层空气膜，提高该位置铝液流动性，避免或者减少冷疤流痕或者麻面的产生。经验证，对模具经过被覆处理，有效解决铸件表面的冷疤流痕及麻面，抛丸后外观没有起皮现象（见图9）。

图9 模具被覆后铸件抛丸外观

3、结论

模具局部被覆工艺能有效解决模具内浇口部位的拉伤及拉裂。模具局部被覆工艺能有效解决模具局部热节部位的粘铝、烧结。铸件经抛丸处理后，针对起皮部位，在模具上做被覆处理，能有效解决铸件因抛丸导致的起皮问题。通过对模具的被覆，解决了日常生产中出现的铸件外观品质问题，减少因此导致的误工误时，提高了生产效率。

作者：

王龙生 燕国同 曲道进 邢洪营 曹海旺
山东裕隆金和精密机械有限公司

张灿
浙江辉旺机械科技股份有限公司

本文来自:《特种铸造及有色合金》杂志2022年第42卷第08期