原标题:挤压销设计与应用

摘要:基于挤压销在使用过程中受结构设计，配合精度以及应用部位温度变化影响，导致故障率高，使用寿命短，以此增加压铸件生产过程问题的处理与管控难度；文章就如何正确选择合适的挤压销，匹配合理参数，控制“温度场”，从而提高挤压销运行的稳定性，使产品被挤压部位质量缺陷得以解决。

前言：缩孔是铝合金压铸件的致命质量缺陷及报废原因之一，其形成的机理是合金液凝固时的收缩特性所致。产品壁厚不均，薄壁处优先凝固，阻碍合金液流动和压力传递，局部厚大热节部位无法补缩而形成缩孔。而局部加压补缩（以下简称：挤压销）是有效解决缩孔缺陷的主要工艺措施。

由于被挤压区域铝液和模具温度变化，挤压销结构设计与装配尺寸的影响，使其在实际应用中寿命短，易卡滞或卡死，挤压效果不佳，被挤压区域存在分层现象，且工艺量化固化困难，导致生产连续性差，产品质量不稳定。本文就如何用好挤压工艺，在挤压销的结构设计和应用上作简要解析。

01挤压销结构分类与优劣点概述

挤压结构:挤压销常用结构可分为“成型销，盲销，出型避空销”。通常基于产品缺陷部位形状，所处位置与后工序处理要求而选择不同结构的挤压销，在“表1”列表中针对三种不同形态的挤压销的优、劣点作了横向比较。

表1 不同结构挤压销的优劣点

02参数与尺寸设计

1) 挤压量的计算
V=a³
式中 V：缩松缺陷体积
a：取缺陷轮廓边长
注：模拟为正方体，以产品热节部位最大体积设定，在乘以对应Si含量的收缩率。见“图1”

图1 Al Si合金体收缩示意图

2) 挤压油缸的选择
a. 挤压体积：V1＞1.2×V2
式中 V1：挤压销可挤压体积；
V2：需要补缩的体积；

挤压销压力：P1≥3×P2
式中 P1：挤压销压力；
        P2：产品设定铸造压力；
根据上述公式的计算原则，可选择所需要的挤压销尺寸及油缸大小和行程。

3)温度与间隙验证
a.验证方法：将挤压销与套同时加热至600℃，每下降100℃测一组数据；
b.结果：如“表2”；挤压销，套材质：SKD61

表2 挤压销与套随温度尺寸变化测试

4) 挤压销结构及相关要求
a. 结构如“表3”
b. 精度要求如“表3”
c. 挤压油缸与连接板设置定位销
d. 挤压销与连接杆采用“T”型卡槽连接，留置间隙，让其自动归正

表3 挤压销结构及相关要求

03挤压销的几个关键参数

1)挤压延时：挤压延时通常指型腔充填完成或者增压启动开始，至挤压销启动这段时间。延时过短，整个型腔金属处于全液态状态，金属液尚未达到固-液相转变温度，在此阶段型腔内金属液流动性好，可通过浇道在铸造压力作用下得到整体补缩，但不能达到厚大区域局部补缩的目的；延时过长，用于挤压补缩的金属液或需补缩部位的液体已凝固，丧失流动性，从而失去补缩的功能；正确的延时是需补缩的区域已成为孤立的固-液相区，其周边通道已经固化，挤压补缩于厚大部位的最后凝固区。

2)持压时间：是指挤压销开始施压到施压结束这段时间。该段时间的长短以被挤压区域金属液固化，挤压区域不产生溢流珠为最短合适的时间，多则无益。该时间段的长短受被挤压热节区域体积大小，模具温度，铝液温度变化影响。

3)挤压速度：是指挤压启动到行程结束过程中挤压销的运行速度。从理论上讲，挤压销挤压的体积与合金液收缩过程不断变化所需的体积同步最好，即挤压销运行时间与热节区域固化时间相同。
                                 

                                    V1=S1×T×A
式中  V1：挤压速度       S1：挤压销速度
       T：挤压销运行时间  A：挤压销截面积

4)挤压区域温度：该温度是指由热节区域合金液温度，模具温度，挤压销温度所共同构成的“温度场”，该“温度场”的稳定与否直接关系到挤压的效果。

综合所述，挤压销的挤压效果如何，一方面取决于上述参数设置是否合理。另一方面取决于各参数是否稳定，特别是“温度场”的相关参数。在实际生产过程中，需多次验证，通过产品外观，挤压深度，X射线探伤等判定是否达到挤压效果，从而固化并稳定相关参数。

04案例分享

1)下“表4”是自动变速器左箱体模具挤压销的运用情况
挤压油缸活塞直径：Φ80mm,设计挤压行程20mm；液压站系统压力160bar；

表4 挤压销使用寿命统计

从表中可以看出，挤压销运用效果良好，其关键参数是销与套的间隙，表面硬度，“温度场”等必须得到有效控制。

2)生产过程中常见问题的处理

a.温度变化导致的挤压效果不佳，缺陷区见“图2”

图2 高压油道挤压区域缺陷

通过模具温度测量，发现右侧高压油道挤压区域喷涂后温度偏高，“温度场”发生变化，液态量因此增多，影响挤压销施压效果。“图3”中，右侧温度为214.5℃。

图3 高压油道挤压区域温度

经排查发现，下滑块循环冷却水处于关闭状态，导致右侧挤压区域质量波动。“图4”中测温复查结果显示，开启冷却水后，右侧降温至173.9℃，左侧降温至176.0℃；X射线探伤确认，右侧高压油道挤压区域无缩松。注：调整期间需测量挤压深度变化，并以X射线探伤确认质量。

图4 右侧高压油道挤压区域质量改善

b.挤压销粘铝异响
挤压销发生异响时，应即刻停机检查挤压销芯子是否粘铝，若粘铝先将挤压销插出，快速喷涂降温至表面水无沸腾效应时，此时挤压销温度低于100℃，吹干销与套区域水分，采用80目研磨膏涂抹挤压销上，手动抽插运行，直至声响消除，无明显卡滞现象。经过上述措施处理，挤压销与套上黏附的铝随之清除，研磨膏会渗入间隙起到润滑作用，仍可进行连续生产。

c.冷模复产不宜启动挤压
冷模复产时“温度场”环境条件达不到挤压要求，极易出现销弯，销断，卡滞等问题，此时不宜启动挤压程序。

05结论

1.根据产品结构及要求选择合适的挤压方式；
2.根据需补缩的金属液体积，科学计算挤压销的行程和压力；
3.销，套的材料，硬度（表面处理），配合间隙以及连接方式是挤压销正常运行的基础；
4.稳定的工艺参数及工作环境是挤压销效果的根本条件。

作者
叶立
重庆瑞通精工科技股份有限公司