铝合金铸造技术篇.

国兴金属制品有限公司教育训练教材铝合金铸造技术篇一、前言：铝合金为目前使用极为广泛的一种金属。

在铸造上而言，不论重力铸造，砂模铸造、压铸精密铸造┄等各种铸造方法均可见到大量的铝合金铸件，由于这些方法铸造，其原因乃在于铝合金具有质量轻、机械质优良、耐腐蚀、美观以及机械加工容易等优点。

因而不仅大量使用于一般生活用品，例如：运输工具、通信器材、运动器材料、家庭五金┄等商业用途上，亦大量使用于航空太空载具及武器系统等军事装备。

铝合金铸造技术的发展时间，已有数十年历史，由于机械设计及加工观念的改变与要求以及机械设计的日趋复杂，加上新的合金不断的被发展出来，部份的铸造用铝合金机械强度甚至超过一些锻造用铝合金，如A201、A206等，因而铸造的重要性再度被肯定,在铸造一般生活用品时,铝合金的铸造并非一困难工作，但要铸造高品质的铸件时，则铝合金的铸造就非想象中的容易。

影响铸件品质的要素有八点，例如：铸造方案的设计，材料的选择以及铝水的品质等，其中铝水的品质，则系熔炼的工作。

二、熔炼设备熔炉:铝合金熔炼用的炉子，以热源区分，可分为两个主要的种类：燃料及电力。

在使用燃料的熔炉中，则又分为油炉及瓦斯两种。

而电力炉则可区分为反应炉及电阻炉。

在选择炉子时，值得考虑的因素甚多，例如：熔解量的多寡；能源的价格；原始设备的成本，安装的价格，设备维护的难易，厂房设施配合；以及产品的种类。

就一般铝合金铸造的：由于铝件的重量有限，为求操作上的方便，以及成本的考虑，绝大部份均系采用坩锅炉（目前已大量改用连续炉）。

以不同加热方式的炉子而言，使用油炉或气炉，或可降低成本。

但是，不论油炉或电炉，均有机会增加铝水中的氢气量。

一般而言，在使用油炉时，所使用的燃油中带含有10-20%的水气，对气炉而言，例如瓦斯不包含空气之中，因温度而含的水分，而仅计算燃烧所产生水蒸气，至少在消耗气体量的两倍以上。

而不论使用燃油或瓦斯气体为热源时，燃烧后产生的水气，必然是包围着熔解炉。

因此，可想而知的是氢气的来源必然可观。

三、铝汤处理之目的：在铝汤有由原材料在熔解过程中发生的氢气或氧化物等非金属介在物之外，尚含钠碱性金属之不纯物，这些不纯物混入铸件时，不仅在铸件中产生针孔，使展伸材发生起泡等表面缺陷而影响机械性，因此，铝汤处理目的即把上述不纯物在熔汤的阶段就除去或降低不纯物含量到能接受的范围内。

1、氢气熔汤中之氢气的主要来源分为附着于放入熔解的原材料之水分燃油、气、燃烧气体中之水蒸气，铸材的水分等，和铝熔汤反应而进入铝汤中。

2、氢在铝水中的溶解量熔炼环境中的水蒸气，是铝水中氢气重要来源之一，根据计算在温度25度，相对湿度80%时，每一立方公尺空气中，约含18的水蒸气，而水气在铝中的反应式为：3H2O+2Al=3H2 +Al2O3，由反应中产生的氢则为气孔的来源之一，而反应中产生的氧化铝则是渣的来源，二者均是铸件的缺陷，也是熔炼时所不希望得到的东西。

3、除气方法在知道铝水中氢气的来源及其影响后，则熔炼时应尽量防止氢气的吸收，但无论如何防止，铝水多少总会吸收一部份的气体，此时，除气的工作即显出重要性。

通氮气使用氮气除气的效果较氯气差，因为氮气除气的原理与其不同，氮气的作用为一种机械作用，利用产生的气泡，让铝中的氢，经扩散作用进入气泡，而后被带出铝水，因此，在使用时，气泡甚多则除气效果较佳，而要气泡量多则有赖于通气管之设计，通气管的材质常为石墨。

以机械作用的原理除气，除了可以用氮气外，亦可用其他的气体，例如：氩气等惰性气体，但有鉴于价格的因素，仍以使用氮气为主，此外亦有人使用氮气与氯气的混合气体。

四、浇道系统设计目的：A、为了让金属液流经绕道系统进入模穴时，能减少乱流，由于铝液极易因乱流而形成氧化渣及气体卷入金属液内而形成渣孔，气孔等铸造毛病。

B、减少卷气及模内气体陷入金属液内，当绕道系统设计不当时易于浇注过程中造成低压地区而造成气体卷入或吸气作用。

C、当金属液流经绕道系统进入模穴时，能够达到减低金属液流速。

如此才可以减少模壁被铝水冲蚀现象，而且使得进入模内之渣及气泡易于往上浮，减少铸件缺陷。

D、使模穴能够快速填满，以便防止铝液局部先凝固现象,而造成水纹,冷接或滞流情形。

E、造成良好之温度梯度，以便促进方向性凝固造成良好之补充效果，可以减少微缩孔之情形。

F、提高铸件之成品率，良好之绕道系统设计可以达到以最少量之铝液铸造出高品质之铸件，降低成本。

G、控制稳定之流速，可以减少因个人浇注技术之差异，而造成铸件品质不稳定现象。

目前为减少人为浇注技术及速度之差异，已大量采用ABB自动手臂浇注。

五、铝合金凝固特性：A、铝液凝固过程中有形成糊状之特性，因此一般来说，冒口设计均比钢铁来得大。

大冒口可以帮助维持良好温度梯度，以便于补充铸件。

B、由于铝合金于凝固过程中，不易形成固化膜，因此任何部位局部过热均易造成表面缩孔过热成因通常是太多金属液流经同一部位或者冒口太靠近铸件所致。

C、由于铝合金于凝固特性，所以要减少微缩孔，必须要有显著之温度梯度，一般说可使用冷铁或利用肉厚差，才易达成。

六、铝合金铸疵分析铝合金铸件常发生的疵病依类型大致可分为五类：1、气孔2、缩孔3、夹渣4、裂缝5、外型铸疵1、气孔气孔为铝合金铸件最常见，最常发生，也是种类最多也最难完全克服铸疵。

依气孔的来源及形成的可分为三类：（A）空气孔（B）氢气孔（C）反应气孔A、空气孔空气孔此为铝合金经常发生的一种铸疵，且铝合金比重低所以空气很容易以机械混合的方式卷入铝合金熔液中，且空气一旦进入就很难突破出来。

于铸造过程中如果铝合金在流入模穴的过程中产生乱流，便很容易将空气卷入铝水中，并随之进入模穴内形成空气孔。

空气孔的缺陷具下列特征：a．空气孔的形状大致呈圆形，由断面观察气孔表面圆滑常附有氧化膜或浮渣。

b．空气孔的体积通常较大，于喷砂后可于铸件表面以肉眼很轻易观察到。

c．由于空气孔是在熔液凝固前被卷入，空气孔易向上浮升，所以空气孔发生的位置大都在上模面。

d．空气孔分布的位置与大小并无一定之类别，与流动的方向稍有关系，于靠近入水口的区域较常出现。

气孔的分布与凝固方向无关，所以铸件薄区或有冷铁的区域也会出现空气孔。

e．空气孔铸疵的形态再现性很差，相同的铸件疵病的位置与分布并无一定的模式。

空气孔是由于机械式的混合作用所造成，所以要避免发生此种铸疵必须使铸入模穴的金属熔液尽量得保持平稳减少乱流的发生。

要达到这项要求必须由同样铸造方案设计，改善浇注方法及严格控制浇注技巧等项目上着手改进。

2、氢气孔氢为一般相信最容易熔入液态铝合金的气体，由于氢在铝合金中固相与液体的熔解度差异很大所以液相中所熔入的氢会在凝固过程中释放出来。

这些氢在铸成的组织中以气相的形态析出造成孔穴，即所谓之氢气孔。

3、缩孔几乎大部分的金属于凝固时均产生收缩，如果这些必然会收缩的体积没有被适当补充便于最后凝固的部位形成缩孔。

缩孔的形态、位置、大小、分布等与使用合金种类含氢量，水口位置、冒口位置、冷却位置，铸模的散热等有极为密切的关系，引起缩孔的原因，必须由彻底的检讨这些因素的影响来设法改善。

七、铝合金铸造之制程品管：铸造厂中，制程品管的确切实施，对提高生产铸件之品质，必会有明显的效果，当然铸件之品质亦受材料、设备、温度、气候状况人员技术及混液等多项变动因素的影响，利用统计分析归纳的方法，制定标准化作业程序，则可使品质达到更稳定均一的程度。

国兴金属制品有限公司教育训练教材CNC车床加工技术篇一、前言铝合金轮圈之加工，已由仿削式加工进步改为电脑数控式车床（CNC车床）加工方法要完成一个铝合金轮圈成品，需分成四个步骤加工作业，即一）、第一工程二）、钻气孔三）、钻P.C.D孔四）、第二工程，在这四个工作站，各有其不同的夹持方式和加工要素，现就其各站分别详加说明如后：（一）第一工程之加工本站加工有二种因素，会直接影响后三站，因此加工前，必需确认二件事情，即1)一工程加工完成后的一工程半成品工件的长度。

A、如果一工程加工后之工件长度比标准要求还长，则会造成下列困扰：1、安装面黑皮2、二工程外胎环黑皮3、气孔厚度异常4、一工程内胎环黑皮5、A面切削太多。

B、如果一工程加工后长度比标准要求还短的话，则会产生下列问题：1、安装面切削太多，可能会发生装车上的干扰，诸如刹车来令会卡到无法装车2、一工程外胎环会黑皮3、A面无法依要求准确尺寸加工，黑皮亦多。

因此一工程长度可说相当重要，需严格要求。

2)工件夹持是否正确在夹持治具同圆心内加工（即一工程夹具之正确使用）。

如果夹持点和工件无法有效而适当之接合，太松亦或太紧均会在加工完成后，御下工件，即发生变形或黑皮现象，造成肉厚不均，平衡不良。

A）太紧之夹持，在加工后工件取下不易并会造成椭圆形状之加工物。

B）太松之夹具则左右肉厚不均，造成平衡不良，且二工程A面切削时无法依工件形状均匀切削，造成加工不良品产生。

C）三爪夹紧工件后亦需检查工件在三爪部位，工件是否紧贴垫块之平面上，如果有一爪工件无法紧贴垫块平面上，加工切削时，非常容易产生震力并且工件容易飞出造成撞车事故，非常危险。

3）中心孔尺寸之车削其精确度尤其重要，尤其是车轴配置之车子一定要在规格内A、太大，车子会抖动以至平衡不良B、太小，无法装车因此必需以钻石刀把头确保尺寸之精密度。

（二）钻气孔之加工本公司钻气孔机台为自制手动夹持工件之钻孔机，钻气孔之角度及深浅，均需用人调整，因此加工后，必需确认所钻孔之角度及肉厚是否正确，才能继续生产，且生产中要随时注意品质及尺寸，因为气孔机所钻出的品质极不稳定(目前引进之钻气孔机均在M/C机器上较准确)。

ARE 之工件如果汽嘴孔之位置在铆钉孔之中间必须校正，或先钻铆钉孔后再钻汽孔。

（三）P.C.D钻孔之加工本站之钻孔作业采用电脑自动数控钻孔机器(M/C)，其工件之夹持，靠人工定位脚踏式油压中心伸缩夹持方式，因此在操作上相当简便，但在上下工件及夹持加工时，仍需注意下列几点：A．定位必需以气孔点为基准，采顺时针方式固定，不让其工件因钻孔而产生轻微滑动。

（反时针方式易滑动）并切忌使用逆时针方式为固定点，因为逆时针方式固定工件，极易造成工件蠕动而偏差，造成P.C.D不在准确位置钻孔，甚至不能装车。

B．挂工件时，必需绝对清除夹持点所堆积之铝屑，及中心仔周边所附着之铝屑，以免造成P.C.D真圆度之不良。

C．钻孔前目视切削液喷出量及喷出方向，必需对准钻刃才能不致影响刀具寿命及所钻出之孔径尺寸和品质。

D．钻孔完成后，必需即刻测量其真圆度，如有不良应立即追查原因并作改善后才能继续生产。

（四）二工程之加工本站工程为最后一站加工，在工件夹持方式系采用全周爪夹持，将整个工件以圆周紧贴夹盘，以适中之油压压力夹持住工件加工，其一二工程接刀缝的好坏，则全赖油压压力及三片爪子的同心度决定之，若稍有变异即产生二工程真圆度不良或接刀不良现象，因此在加工前，必需确认三爪的精确度，若有异常请以百分表测量其异常问题并作矫正，二工程加工完成则需测量平衡度，真圆度，各部位尺寸，并用目视检查其外观品质诸如接刀缝，盖子实配，中心孔等，依品检表格要求一一检查记录。