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浸渗技术在大型薄壁铝铸件上的应用

作者:admin 来源:未知 发表时间:2012-08-10
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摘要: 针对承压的大型薄壁铝铸件的局部渗漏现象,采用浸渗方法消除。论述了浸渗技术及其原理,并结合胶粘理论,分析了薄壁铝铸件产品的缺陷特性及在实际使用状况等条件下,浸渗技术实施的适用性和可靠性。设计了专用浸渗罐,摸索出了合适的浸渗工艺,成功地运用浸渗技术解决了大型薄壁铝铸件的渗漏问题。

关键词: 浸渗技术、大型薄壁铝铸件、压力试验、泄漏

 

在铸造生产中,铸件内部疏松、针孔、夹杂等缺陷达到一定程度,贯通铸件壁厚后,在承受气压、液压时将发生泄漏现象。据统计,像气缸体和阀门等承压铸件,因此而产生的废品率高达4O%,由此发生的工时、材料、能源的浪费是巨大的;而且铸件质量要求越高,轮廓尺寸越大,加工工序越复杂,造成的浪费就越大。

某产品壳体铝铸件如图1所示,轮廓尺寸达Φ400mm×1400mm,内表面不加工,壁厚薄仅(46)mm;内在质量要求高,需做数次气密检查及达3次之多的4.4MPa外液压试验。目前,不少产品因只有一点微渗漏而报废,这些渗漏点一般用肉眼不易观察到。解决零件渗漏问题,可以采用焊接方法。成品焊补时,薄壁受热会导致变形,孔位置度超差,因此成品零件无法焊补;半成品焊补时阳极氧化后影响外观,而且焊补的工艺操作繁琐、严格,直径大于0.5mm的小孔,采用焊补基本可行;对于直径小于0.5mm 以下的微孔,焊补在工艺、经济方面较差,不宜采用。近年来得到认可、应用日益广泛的浸渗技术是一种较为合适的补救选择。

浸渗就是使液态的胶粘剂浸入铸件的微孔中,通过固化聚合反应,从而达到填充孔隙、密封堵漏和承压的目的。这种胶粘剂被称为浸渗剂,其机理是:粘度小的浸渗剂(液体)与工件本体金属产生浸润,依赖本体金属微孔的毛细现象及外部压力浸入金属间孔隙,然后浸渗剂交联固化建立起自身强度,同时其分子与金属原子因微观间距很小而产生强大的吸引力和机械互锁力,最终结成牢固的整体。

浸渗处理较常用于摩托车、汽车上的进排气岐管、缸体、缸盖等小件的浸补,所采用的浸渗剂、浸渗设备及相适应的浸渗工艺都比较成熟;而对于大型的薄壁壳体浸渗补漏在浸渗剂的选择、浸渗设备及其浸渗工艺等方面都没有成熟的工艺和经验可循。本文首先对大型薄壁壳体采用浸渗技术的适用性进行了分析,在此基础上对浸渗剂选择、浸渗设备及其浸渗工艺进行了研究。

1、大型薄壁铝铸件产品浸渗技术的适用性分析

该壳体铝铸件采用差压铸造的工艺方法生产,加之采用特定的工艺方法以及X光、渗透探伤等检验手段,保证产品不产生针孔、裂纹、冷隔、夹杂缺陷。实际中,经多次的X光探伤和金相电镜扫描分析判定,该壳体铸件中存在的是显微疏松缺陷。显微疏松是一种海绵状、形状不规则、表面粗糙的微孔,浸渗剂在压力作用下渗入疏松间曲折而粗糙的通道中,固化后会因接触粘接表面相对较大,再加机械互锁的作用而结合强度很高。疏松浸渗形成的这种胶粘接头结构,可以说与各种胶粘接头相比都是十分优越的,壳体在使用或储放时,基本处于不受载荷或时间不长的静载荷,故浸渗结合处所受的应力显见也不复杂、严重。

现代研发的新型浸渗剂的固化物的化学稳定性好,耐水、耐压、耐介质腐蚀,再加其外露部分几乎没有,故在使用环境中其化学属性也较稳定。固化物在铸件的孔隙内部不接触氧气和光线,储放期间温度为常温,使用时壳体承受压力,但时间很短,这样老化的引发条件也很小。个别铸件在使用时要承受较短时间的气流(200-300)℃,在此温度下,浸渗剂也是有效的。

通过以上分析,可以认为从胶粘理论上讲,浸渗剂填充该壳体上的疏松而形成的这种胶粘接头的结构方式对壳体密封非常合适,而且两者结合处的受力状况良好,壳体铸件储放和使用的环境因素相对浸渗剂固化物的老化影响不大,可以说浸渗处理对壳体件的使用和储放没有负面影响。浸透技术对产品是一种可靠的、可耐久的工艺措施。本文在以上调研分析的基础上,对某产品的壳体承压渗漏件进行了浸渗处理试验。

2、浸渗试验方案及实施效果

2.1 浸渗剂的选用

无机硅酸盐浸渗剂粘度大,固化收缩较大,耐高温,价格低;但该产品壳体铸件上的微孔更小,储放时间长,无高的耐温要求,因此粘度小、浸渗效率高、固化物稳定、耐温一般的有机型浸渗剂是较好的选择。因此,结合实际工作环境,选用在海水、汽油、lONaOH溶液、喷气机燃料(JP5)lOH2SO4等耐化学性测试中表现优异的新型有机浸渗剂ReSinol90C。其成分为甲基丙烯酸单体,在(8295)℃内,靠其自由基的聚合反应固化成一种热固性塑料,该浸渗剂满足美军用浸渗标准MILSTD276

2.2 专用浸渗设备的设计

商用的浸渗设备适用于小件、每次多件浸渗,不适合大型壳体使用。考虑浸渗剂的昂贵以及零件本身的特点,设计了特殊的浸渗罐体,一次处理一件,如图2所示。为尽量减少壳体与罐体的间距,壳体的中空部分设计填充体,以减少昂贵的浸渗剂的用量。设备包括自制浸渗罐、真空泵、空压机,固化槽、专用吊具等。

2.3 浸渗工艺

浸渗的时机选在壳体精车到4mm成品壁厚之后,以使问题充分暴露。主要工序及工艺参数为:①壳体渗漏件渗漏部位标识,碱洗除油,烘干。②工件入罐,抽真空(-0.10-0.12)MPa,保压(10-30)min。③抽进浸渗剂,加压至(O.3-O.6)MPa,保压25min。④放压,工件漓净,清水清洗。⑤吊入(80-95) 水中固化(10--25)min。⑥进行全面的压力试验检验。合格后零件转入后续工序。经试验统计,渗漏件一次浸渗的试压通过率为98% ,浸渗封堵效果良好。

2.4 浸渗过程发生的问题的解决

①在(80-95) 水中固化后,精加工的壳体表面出现金黄色的氧化膜,可在固化后,用10-15%的硝酸液清洗去除,恢复到原状。②该浸渗剂要求不得混入油、水、杂物,以免影响浸渗效果,故气路需加装油水分离器或冷干装置。⑧该浸渗剂适宜的储藏温度为(8-28)℃,夏天高温时,应将浸渗剂置于空调间,保持到8℃后,添加到设备中使用。监测浸渗剂因环境升温到28℃时,再次排放出冷却。如此循环使用。

2.5 实施效果

在上述工艺基础上,对存在局部渗漏的2O台产品的壳体部件进行了浸渗处理,在其后的三个月里,对产品在使用中的状况进行了密切的质量跟踪。结果显示,经浸渗处理的壳体部件均满足产品实际使用的要求。对回收的与高温尾气接触的浸渗件再次试压,没有出现泄漏现象。在随后的实际应用中,经统计,渗漏件一次浸渗的试压通过率为95%,浸渗封堵效果良好。实践证明,浸渗技术在大型薄壳体产品上的应用是成功的。

3、结论

1)大型薄壳体也可以采用浸渗技术解决产品的渗漏问题。

2)对于采用显微疏松缺陷的铸件,采用本文所介绍的浸渗剂及相关工艺,可以很好地解决产品的渗漏问题。

3)对本文提到的产品应用浸渗技术,挽救了相当部分的已精加工的铸件,显著地缩短了产品的交货期,产生了巨大的经济、社会效益。

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