原標題：批量生產驗證！鋁合金支架壓鑄件局部增壓工藝的研究

壓鑄工藝普遍應用于汽車、機械裝備、家電及3C產品中。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、生產效率高，可以生產結構復雜的產品等特點，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)的轉變，冷卻過程中會發(fā)生體積變化，因此鑄件內較易產生縮孔、縮松缺陷。目前解決鑄件內部縮孔的工藝方法很多，其中局部增壓技術已廣泛應用于壓鑄生產中，能夠有效避免鑄件局部厚大處的縮孔產生。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構特點及品質要求，其難點為鑄件在4個安裝支腳處的內部品質控制，要求其內部品質達到孔隙率D5的要求。在壓鑄模設計中采用局部增壓技術，對局部增壓的工藝參數(shù)包括擠壓壓力、擠壓時間、擠壓行程，采用正交試驗方法，進行工藝優(yōu)化，為解決類似問題的提供參考。

圖文結果

圖1為某汽車廠配套生產的一款發(fā)動機支架，其材質為歐標EN1706 的AlSi9Cu3(Fe)合金，為框架式架構，零件一般壁厚為4.5mm, 兩側分別有不同結構的螺栓安裝凸臺，壁厚較厚大。主要作用是將發(fā)動機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部組織致密，不能有縮孔縮松等鑄造缺陷，要求孔隙率達到D5(VW50097標準)。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，通過專用軟件進行檢測并計算孔隙率。

圖1 發(fā)動機支架

圖2 一側入水充型模擬圖

1.內腔抽芯大滑塊 2.鑄件 3.滑塊 4.擠壓桿 5.擠壓油缸

對于該發(fā)動機支架，難以達到D5要求的位置是兩端壁厚厚大的螺栓安裝凸臺，可以通過設置澆道、預鑄孔、調整壓鑄參數(shù)(鑄造壓力、速度)以減少縮孔、縮松的產生，滿足品質要求。鑄件4個支腳處的螺栓安裝凸臺，位置分散布置于側向4個角，無法設置澆道，同時螺栓安裝孔與側向滑塊的開模方向成15°角，在模具結構上無法實現(xiàn)預鑄孔側抽芯，因此采用局部增壓機構來解決支架支腳處縮孔，模具結構見圖2,采用1模2腔。為保證兩腔填充條件的一致性，同時考慮每個鑄件在90°方向上有兩個抽芯機構，因此兩腔的布局成90°,局部增壓機構設置在鑄件內腔抽芯的大滑塊上，擠壓缸安裝在滑塊后端，帶動擠壓桿在滑塊內部運動。

局部增壓技術也稱局部擠壓，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。在局部增壓技術中涉及的主要工藝參數(shù)是擠壓壓力、擠壓體積、擠壓時間。

表1 正交試驗因素表

表2 正交試驗結果

通過對發(fā)動機支架擠壓工藝的分析，可以確定影響鋁合金發(fā)動機支架局部增壓后內部品質的關鍵工藝參數(shù)為擠壓壓力、擠壓行程和擠壓開始時間，將其作為影響因素。每個因素取3個水平，通過局部增壓機構結構設計時的計算以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定擠壓壓力為200～400MPa, 擠壓桿的擠壓行程為6～10mm, 擠壓開始時間為0.5～1.5s。正交試驗因素及水平見表1。正交試驗以孔隙率的檢測值做為評價指標。為保證試驗數(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件進行孔隙率檢測，并取平均值。鋁合金發(fā)動機支架正交試驗表及孔隙率檢測結果見表2,極差值分析見表3。擠壓開始時間對鑄件孔隙率影響最大，其次為擠壓行程和擠壓壓力。為更直觀反應不同因素對鑄件孔隙率的影響趨勢，以試驗因素做為橫坐標，以孔隙率平均值做為縱坐標，得出孔隙率隨各試驗因素變化的影響趨勢。

表3 極差值分析表

圖3 試驗因素對孔隙率值的影響趨勢

結論

(1)鋁合金支架壓鑄件在安裝凸臺處存在局部厚壁區(qū)域，通過局部增壓技術能夠有效減少縮孔產生，提高厚壁處鑄件內部品質。
(2)局部擠壓的關鍵工藝參數(shù)是擠壓壓力、擠壓開始時間和擠壓行程，采用正交試驗獲得優(yōu)化的擠壓工藝參數(shù)。
(3)對于鋁合金發(fā)動機支架鑄件，影響其擠壓后內部質量的最大因素是擠壓開始時間，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
大連科技學院機械工程學院
本文來源：《特種鑄造及有色合金》雜志