原標(biāo)題：批量生產(chǎn)驗(yàn)證！鋁合金支架壓鑄件局部增壓工藝的研究

壓鑄工藝普遍應(yīng)用于汽車、機(jī)械裝備、家電及3C產(chǎn)品中。常用的壓鑄材料有鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金等，其中鋁合金占60%～80%。壓鑄具有鑄件尺寸精度高、生產(chǎn)效率高，可以生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品等特點(diǎn)，但由于是在高溫高壓下成形，并且材料經(jīng)過液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變，冷卻過程中會發(fā)生體積變化，因此鑄件內(nèi)較易產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷。目前解決鑄件內(nèi)部縮孔的工藝方法很多，其中局部增壓技術(shù)已廣泛應(yīng)用于壓鑄生產(chǎn)中，能夠有效避免鑄件局部厚大處的縮孔產(chǎn)生。本研究以一款鋁合金支架壓鑄件為例，通過采用局部增壓技術(shù)解決鑄件局部縮孔和縮松缺陷，介紹了鋁合金支架壓鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及品質(zhì)要求，其難點(diǎn)為鑄件在4個(gè)安裝支腳處的內(nèi)部品質(zhì)控制，要求其內(nèi)部品質(zhì)達(dá)到孔隙率D5的要求。在壓鑄模設(shè)計(jì)中采用局部增壓技術(shù)，對局部增壓的工藝參數(shù)包括擠壓壓力、擠壓時(shí)間、擠壓行程，采用正交試驗(yàn)方法，進(jìn)行工藝優(yōu)化，為解決類似問題的提供參考。

圖文結(jié)果

圖1為某汽車廠配套生產(chǎn)的一款發(fā)動機(jī)支架，其材質(zhì)為歐標(biāo)EN1706 的AlSi9Cu3(Fe)合金，為框架式架構(gòu)，零件一般壁厚為4.5mm, 兩側(cè)分別有不同結(jié)構(gòu)的螺栓安裝凸臺，壁厚較厚大。主要作用是將發(fā)動機(jī)連接固定在車身框架上，起到“支撐”和“隔振”作用，屬于受力零件，要求鋁合金支架壓鑄件內(nèi)部組織致密，不能有縮孔縮松等鑄造缺陷，要求孔隙率達(dá)到D5(VW50097標(biāo)準(zhǔn))。用3μm的二氧化硅懸浮液拋光試樣，使用AX10蔡司金相顯微鏡觀察其顯微組織，通過專用軟件進(jìn)行檢測并計(jì)算孔隙率。

圖1 發(fā)動機(jī)支架

圖2 一側(cè)入水充型模擬圖

1.內(nèi)腔抽芯大滑塊 2.鑄件 3.滑塊 4.擠壓桿 5.擠壓油缸

對于該發(fā)動機(jī)支架，難以達(dá)到D5要求的位置是兩端壁厚厚大的螺栓安裝凸臺，可以通過設(shè)置澆道、預(yù)鑄孔、調(diào)整壓鑄參數(shù)(鑄造壓力、速度)以減少縮孔、縮松的產(chǎn)生，滿足品質(zhì)要求。鑄件4個(gè)支腳處的螺栓安裝凸臺，位置分散布置于側(cè)向4個(gè)角，無法設(shè)置澆道，同時(shí)螺栓安裝孔與側(cè)向滑塊的開模方向成15°角，在模具結(jié)構(gòu)上無法實(shí)現(xiàn)預(yù)鑄孔側(cè)抽芯，因此采用局部增壓機(jī)構(gòu)來解決支架支腳處縮孔，模具結(jié)構(gòu)見圖2,采用1模2腔。為保證兩腔填充條件的一致性，同時(shí)考慮每個(gè)鑄件在90°方向上有兩個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)，因此兩腔的布局成90°,局部增壓機(jī)構(gòu)設(shè)置在鑄件內(nèi)腔抽芯的大滑塊上，擠壓缸安裝在滑塊后端，帶動擠壓桿在滑塊內(nèi)部運(yùn)動。

局部增壓技術(shù)也稱局部擠壓，是指在壓鑄過程中金屬液充滿型腔后，冷卻凝固過程中，在厚壁處通過油缸帶動擠壓桿，對未凝固的金屬液實(shí)施二次加壓，使其局部密度提高，改善乃至消除加壓部位縮孔。在局部增壓技術(shù)中涉及的主要工藝參數(shù)是擠壓壓力、擠壓體積、擠壓時(shí)間。

表1 正交試驗(yàn)因素表

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

通過對發(fā)動機(jī)支架擠壓工藝的分析，可以確定影響鋁合金發(fā)動機(jī)支架局部增壓后內(nèi)部品質(zhì)的關(guān)鍵工藝參數(shù)為擠壓壓力、擠壓行程和擠壓開始時(shí)間，將其作為影響因素。每個(gè)因素取3個(gè)水平，通過局部增壓機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定擠壓壓力為200～400MPa, 擠壓桿的擠壓行程為6～10mm, 擠壓開始時(shí)間為0.5～1.5s。正交試驗(yàn)因素及水平見表1。正交試驗(yàn)以孔隙率的檢測值做為評價(jià)指標(biāo)。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，每組工藝參數(shù)連續(xù)壓鑄20模次，取中間模次的3件進(jìn)行孔隙率檢測，并取平均值。鋁合金發(fā)動機(jī)支架正交試驗(yàn)表及孔隙率檢測結(jié)果見表2,極差值分析見表3。擠壓開始時(shí)間對鑄件孔隙率影響最大，其次為擠壓行程和擠壓壓力。為更直觀反應(yīng)不同因素對鑄件孔隙率的影響趨勢，以試驗(yàn)因素做為橫坐標(biāo)，以孔隙率平均值做為縱坐標(biāo)，得出孔隙率隨各試驗(yàn)因素變化的影響趨勢。

表3 極差值分析表

圖3 試驗(yàn)因素對孔隙率值的影響趨勢

結(jié)論

(1)鋁合金支架壓鑄件在安裝凸臺處存在局部厚壁區(qū)域，通過局部增壓技術(shù)能夠有效減少縮孔產(chǎn)生，提高厚壁處鑄件內(nèi)部品質(zhì)。
(2)局部擠壓的關(guān)鍵工藝參數(shù)是擠壓壓力、擠壓開始時(shí)間和擠壓行程，采用正交試驗(yàn)獲得優(yōu)化的擠壓工藝參數(shù)。
(3)對于鋁合金發(fā)動機(jī)支架鑄件，影響其擠壓后內(nèi)部質(zhì)量的最大因素是擠壓開始時(shí)間，其次是擠壓壓力和擠壓行程。優(yōu)化的擠壓工藝參數(shù)：擠壓壓力為300MPa, 擠壓開始時(shí)間為1.0s, 擠壓桿的擠壓行程為8mm。

本文作者：
侯麗彬 曲太旭
大連科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院
本文來源：《特種鑄造及有色合金》雜志