伊之密半固態(tài)壓鑄技術(shù)在汽車、通訊領(lǐng)域應(yīng)用與突破

發(fā)表于2021/8/20 10:46:41 伊之密半固態(tài)壓鑄

引言

半固態(tài)壓鑄成型技術(shù)是指鋁合金在由液態(tài)向固態(tài)凝固的過程中，溫度降至液相線和固相線之間（固液兩相區(qū)）時，通過施加一定外界影響方式，使鋁合金的顯微組織呈為一種液相包圍球狀固相的組織，在此溫度區(qū)間內(nèi)，鋁合金既可以像固體一樣具有一定固定形狀，也可以在受到輕微的外力擠壓后輕易流動，并利用鋁合金在這種狀態(tài)下進(jìn)行壓鑄成型的工藝。

固態(tài)成型技術(shù)始創(chuàng)于20世紀(jì)70年代美國麻省理工學(xué)院，經(jīng)過40多年的發(fā)展，目前在北美、歐洲、日本、韓國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)趨于成熟并得到工業(yè)界認(rèn)可，逐漸廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、自行車、工程機(jī)械和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域高端零部件制備生產(chǎn)。我國半固態(tài)壓鑄成型技術(shù)研發(fā)始于“九五”期間，經(jīng)過20多年發(fā)展，目前理論研究比較深入，但仍處于中試生產(chǎn)階段，尚未實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。伊之密于2020年開始與福建瑞沃康普一起從事半固態(tài)壓鑄成型方面研究，并在汽車、通訊等行業(yè)實現(xiàn)了很大突破。

鋁合金半固態(tài)溫度區(qū)間：590-610℃

技術(shù)優(yōu)勢

半固態(tài)壓鑄成型技術(shù)和傳統(tǒng)壓鑄工藝相比，其優(yōu)勢主要有體現(xiàn)在以下幾方面：

1、半固態(tài)壓鑄成型工藝可以有效控制鑄件內(nèi)部氣孔缺陷含量。在流動過程中，半固態(tài)金屬呈現(xiàn)出有序、可控的宏觀流動狀態(tài)。利用這一特性，可以使金屬流體按設(shè)計順序有序充填金屬模具型腔，將型腔空氣推至型腔末端，最后通過排氣槽排出，避免了型腔氣體的卷入，減少氣孔缺陷，提高鑄件的致密性。

2、半固態(tài)壓鑄成型還可以有效控制鑄件內(nèi)部縮孔缺陷含量。金屬從液態(tài)凝固到固態(tài)，需要經(jīng)歷液態(tài)收縮和凝固收縮兩個體積收縮過程，從半固態(tài)凝固到固態(tài)，僅需要經(jīng)歷凝固收縮一個體積收縮過程。與液態(tài)金屬相比，半固態(tài)金屬在凝固過程中的體積收縮率較小。在自然凝固的條件下，同等體積的半固態(tài)金屬產(chǎn)生的縮孔體積要比液態(tài)金屬少。

3、半固態(tài)壓鑄成型還能有效減少鑄件的熱裂傾向。熱裂產(chǎn)生的根源是合金在凝固過程產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，半固態(tài)壓鑄成型技術(shù)，消除了枝晶搭接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，同時減小合金收縮量，從而減小熱裂的發(fā)生傾向。

4、優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)壓鑄成型件，由于內(nèi)部氣孔率低，鑄件可進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚瑥亩蛇M(jìn)一步提升產(chǎn)能，且鑄件具有良好的可焊性。半固態(tài)壓鑄成型技術(shù)也沿襲了常規(guī)壓鑄成型生產(chǎn)效率高的特點，非常適合大批量零部件的制備。與傳統(tǒng)液態(tài)鑄造零件相比，半固態(tài)壓鑄成型零件通常具有更好的力學(xué)性能。

壓鑄機(jī)技術(shù)要求

由于半固態(tài)工藝復(fù)雜，對壓鑄機(jī)也提出了新的要求，而伊之密高性能鋁合金半固態(tài)壓射系統(tǒng)正好滿足鋁合金半固態(tài)工藝要求，其性能如下；

（1）勻加速壓射啟動，具有防啟動沖擊功能。

（2）壓射速度可調(diào)范圍0.05 m/s -8.0 m/s，壓射速度重復(fù)精度（穩(wěn)態(tài)值）≤±0.2m/s，速度超調(diào)量≤0.2m/s，且壓射速度可分20段控制。

（3）直接設(shè)定壓射速度和閉環(huán)控制壓射速度，壓射過程自適應(yīng)調(diào)節(jié)，完全實時自動控制參數(shù)調(diào)整，減少或取消操作人員更改數(shù)據(jù)。

（4）慢速（允許多段）→快速→增壓的快速切換控制，快速起始位置精度≤5mm。

（5）伺服閥最小開度控制，可靠地安全保證。

（6）功能強(qiáng)大清晰準(zhǔn)確的壓射曲線顯示系統(tǒng)。具體包括：曲線縮放、移動和精確測量功能；歷史曲線的存儲、查詢和打印功能；標(biāo)準(zhǔn)曲線的設(shè)定和管理功能。

（7）超大的存儲空間和掉電保護(hù)應(yīng)對生產(chǎn)的所有管理。

應(yīng)用案例

1、通訊行業(yè)的應(yīng)用

5G AUU整機(jī)功耗和單芯片功耗是4GRUU2倍左右，從而要求單位重量散熱能力大幅增加，故在設(shè)計鋁合金殼體時只能通過改變鋁合金材料及增加散熱齒高來加大殼體散熱能力。

研究發(fā)現(xiàn)，鋁合金含硅量越低，其導(dǎo)熱率越高，但同時帶來鋁合金溶液流動性降低的缺點，在壓鑄填充過程中會導(dǎo)致翹片末端出現(xiàn)缺料現(xiàn)象，而采用鋁合金半固態(tài)壓鑄正好可以提高鋁合金溶液的流動性，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

目前在國內(nèi)主要的5G殼體生產(chǎn)廠家中，有很多廠家已經(jīng)采用鋁合金半固態(tài)工藝進(jìn)行5G殼體生產(chǎn)，如珠海潤星泰使用伊之密4000噸壓鑄機(jī)、福建金瑞高科使用伊之密2000/3000噸壓鑄機(jī)進(jìn)行殼體生產(chǎn)；5G產(chǎn)品如下圖：

高翹片、極小拔模斜度、高導(dǎo)熱率

2 、汽車行業(yè)的應(yīng)用

隨著汽車保有量的逐年提升，汽車已經(jīng)成為石油的消耗主體。因此我國為應(yīng)對空氣污染等問題，嚴(yán)格制定了乘用車燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)法則，對乘用車燃料消耗量及應(yīng)對二氧化碳的排放提出了嚴(yán)格的要求。要實現(xiàn)節(jié)能降耗，汽車企業(yè)通過發(fā)展新能源汽車，汽車輕量化等方式進(jìn)行。

研究表明，對于燃油車，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提升6% -8%；整車重量降低100KG，百公里油耗可降低0.3-0.6L；對于電動車，整車重量若降低10KG，續(xù)航里程可增加2.5KM。

此種情況下，汽車以鋁代鋼，以鋁代鍛，鋁合金產(chǎn)品減重等措施實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化已經(jīng)成為一種趨勢，而鋁合金半固態(tài)壓鑄正好可以滿足產(chǎn)品性能要求，并能有效減少產(chǎn)品的內(nèi)容缺陷，如減少產(chǎn)品的孔隙率（氣孔、縮孔缺陷）、提升產(chǎn)品的延伸率等；故越來越多的汽車產(chǎn)品正在使用鋁合金半固態(tài)工藝生產(chǎn)。