淺談鋁合金壓鑄技術(shù)在“5G”測試平臺上的應(yīng)用

李博 尚守鋒 楊小光 武敬飛 王先鵬

摘 要： 介紹了鋁合金壓鑄構(gòu)件的主要特性，綜述了鋁合金壓鑄件在 “5G”測試平臺應(yīng)用現(xiàn)狀及鋁合金用量增長情況，鋁合金的發(fā)展?fàn)顩r和目前該測試平臺應(yīng)用的鋁合金壓鑄工藝及防腐蝕表面處理技術(shù)和后續(xù)加工技術(shù)。同時對存在的問題和未來應(yīng)用進行了探討和預(yù)測。

關(guān)鍵詞： 鋁合金；壓鑄件；“5G”測試平臺；壓鑄工藝；表面處理；后續(xù)加工

0 前言

鋁合金壓鑄是在壓鑄機上進行的金屬型壓力鑄造，是近代金屬加工工藝中發(fā)展較快的一種少無切削的特種鑄造方法，它是將熔融金屬或半液態(tài)/半固態(tài)金屬在高壓高速下充填鑄型，并在高壓下結(jié)晶凝固形成鑄件的一種方法，高壓高速填充壓鑄模型腔是壓鑄最大的特點 [1]，常用的壓力為15～100MPa，填充速度（內(nèi)澆口速度）約為16～80m/s，金屬液填充模具型腔的時間極短，約為0.01～0.2s。

鋁合金壓鑄作為一種尺寸精度好、生產(chǎn)效率高的鑄造方式，被廣泛應(yīng)用于“5G”測試平臺上，特別用于生產(chǎn)各種金屬零件，具有獨特的技術(shù)特點和顯著的經(jīng)濟效益，是實現(xiàn)少切屑無切屑加工的有效途徑，而且壓鑄工藝的生產(chǎn)效率比較高，適宜加工制造尺寸精確、形狀復(fù)雜、表面粗糙度低及鑄件強度和表面硬度要求高的壓鑄件，如把手、底座、支架等零件。

由于鋁合金壓鑄是最先進的金屬成型方法之一，本所生產(chǎn)的該測試平臺也越來越多使用鋁壓鑄技術(shù)，使用率逐年在提高，這對平臺的批量化生產(chǎn)及成本的降低有深遠的影響。同時，鋁壓鑄工藝也影響到其他同類產(chǎn)品的發(fā)展，應(yīng)用也越來越廣泛。

鋁的密度（ 2.7g/ cm3）在金屬材料中較小，約為鋼和的26 %，銅的23 %，這使它在該測試平臺減少自重方面具有很大的優(yōu)勢。作為輕金屬，鋁合金強度非常好，其比強度明顯高于工程塑料和鋼，其比剛度和鋼相當(dāng)，而遠遠高于工程塑料[2] 。

鋁合金的這些特性在該測試平臺制造業(yè)中的應(yīng)用符合人們對該測試平臺工業(yè)發(fā)展的要求：減輕平臺重量、提高安全性。

1 鋁合金壓鑄件在“5G”測試平臺的應(yīng)用現(xiàn)狀

鋁合金具有一系列的優(yōu)異性能與高效的節(jié)能環(huán)保效果，在該測試平臺中的應(yīng)用越來越多，在用材結(jié)構(gòu)中占的比例也逐年有所上升。減輕平臺的自身質(zhì)量是擴大其應(yīng)用的主要途徑之一，為了大幅度減輕平臺重量，需要對占機重比例大的前面板框（約10%） 、電池底座（約15%）、把手（約10%） 、電路板支架（約10%） 、顯示器固定座（約10%） 、機架（約15%） 等零件采用鋁合金材料。在“該測試平臺應(yīng)用的金屬件中，壓鑄鋁合金約占60%，加工鋁材（主要是尺寸要求較高的零件） 僅占20%左右，隨著該測試平臺技術(shù)及加工技術(shù)的發(fā)展，壓鑄鋁合金的用量將進一步上升，加工鋁材占的比例會逐年有所下降，因為一些尺寸要求較高的零件，可以通過壓鑄件后期加工保證，從而大大降低了零件的成本，對該測試平臺批量化生產(chǎn)起重要作用。

本所生產(chǎn)的該測試平臺大部分金屬件也是采用鋁合金壓鑄，壓鑄件使用率比初樣測試平臺有明顯提高，重量比初樣采用的鋁加工及鋼制品有明顯的降低，同時成本也相應(yīng)降低了很多，其零件的一致性和合格率也有明顯的提升。這給該平臺的批量化生產(chǎn)帶來了很大的便利，同時降低了整個平臺的生產(chǎn)成本，提高了平臺結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)效率。

2 鋁合金壓鑄材料

根據(jù)GB/T15115-2009標(biāo)準(zhǔn)，中國壓鑄鋁合金的化學(xué)成分主要有：Si、Cu、Mn、Fe、Ni、Ti、Zn、Pb、Sn、Al。

根據(jù)GB/T15115-2009標(biāo)準(zhǔn)中，對各個壓鑄鋁合金代號主要有：YL101、YL102、YL104、YL112、YL113、YL117、YL302，其中YL101、YL102、YL112、YL113具有更好的綜合性能，“5G”測試平臺零件壓鑄材料更多地使用YL104。

3 “5G”測試平臺零件的壓鑄生產(chǎn)工序：

采用鋁合金壓鑄的該測試平臺零件，生產(chǎn)工序較為復(fù)雜，在一定壓力作用下使熔體填充型腔，熔體在型腔里流動成型，經(jīng)一定的時間冷卻后，零件在型腔里脫模，成型的零件加工出來，該測試平臺零件壓鑄工藝流程主要有：配料—料加熱熔化—加料進模具—出?！鋮s—修毛刺—機加工—表面處理—入庫。

4 鋁合金壓鑄技術(shù)在“5G”測試平臺上應(yīng)用存在的問題

氣孔

是指在壓鑄件內(nèi)部或表面出現(xiàn)的大小不等的孔眼、空穴，有光滑的表面，形狀多為圓形[4]。氣孔的產(chǎn)生會導(dǎo)致壓鑄件硬度不足和影響表面美觀。氣孔的來源主要為壓鑄過程中卷入的氣體或鋁液析氣。直接影響到零件的質(zhì)量及裝配情況。

縮孔

縮孔是指壓鑄件厚截面處出現(xiàn)形狀不規(guī)則的孔眼，孔的內(nèi)壁粗糙[5]?？s孔的產(chǎn)生會導(dǎo)致壓鑄件內(nèi)局部出現(xiàn)組織稀疏，有的甚至呈蜂窩狀，影響該平臺壓鑄件強度。如果縮孔出現(xiàn)在零件螺紋周圍，則會導(dǎo)致裝配螺釘滑絲現(xiàn)象，造成零件報廢風(fēng)險?？s孔容易發(fā)生在厚薄不均的鑄件上，因此在該平臺零件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，盡量壁厚均勻。

裂紋

鋁合金壓鑄件的基體被破壞或斷開，形成細長的縫隙，呈直線狀或波浪形的紋路等不規(guī)則形狀，在外力作用下有發(fā)展的趨勢，這種缺陷稱為裂紋。在該平臺鋁合金壓鑄件生產(chǎn)過程中裂紋是不允許存在的。

表面處理

該測試平臺壓鑄件在使用前需要對表面進行處理，主要處理方法有：電泳、噴塑、氧化，通過后期處理可做成不同的顏色。進行表面處理分為三個步驟：零件表面清理和脫脂除漬或酸蝕；表面涂層；最終保護處理。

鋁合金壓鑄件表面處理后會產(chǎn)生以下幾個問題：（1）鍍層附著度不如鋁機加工零件好，壓鑄件鍍層當(dāng)受到外界沖擊后容易大塊的脫落，表面處理后的厚度不好控制，（2）不同批次的零件厚度可能會誤差較大，這給該測試平臺在裝配過程中造成了很大的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)零件返工現(xiàn)象，（3）螺紋孔在表面處理前后影響較大，特別對于尺寸較小的螺紋，會出現(xiàn)螺釘裝不進去現(xiàn)象，如M1.6螺紋孔，當(dāng)用力過大裝配時，會出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象。

零件結(jié)構(gòu)件設(shè)計及鋁合金模具

該測試平臺壓鑄零件多屬于形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)多變、立體性強、尺寸精密等多種高要求的零件，這對零件結(jié)構(gòu)設(shè)計要求較高，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計在該測試平臺零件壓鑄過程中非常關(guān)鍵，零件的壁厚盡量均勻，壁厚不易過厚。同時，合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以保證金屬液充型順暢、冷卻均勻，壓鑄件表面光潔脫模容易，反之，則會大大降低壓鑄模的使用壽命。

5 結(jié)束語

隨著“5G”測試平臺技術(shù)和鋁合金壓鑄技術(shù)的發(fā)展，壓鑄鋁合金技術(shù)會越來越多的應(yīng)用到該測試平臺上，這種應(yīng)用帶來的收益是非常顯著的，壓鑄技術(shù)產(chǎn)生的的問題最終將會有更加完善的方案來解決。

參考文獻

[1] 于彥東. 壓鑄模具設(shè)計及CAD[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2002：153-166.

[2] 汪之清 . 國外鎂合金壓鑄技術(shù)的發(fā)展 . 鑄造， 1997（ 8） ： 4 8～51.

[3] 張繼春.Pro/ENGINEER 二次開發(fā)使用教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2003：131-135.

[4] 楊素華，唐秀蘭. 金屬材料與熱處理（含熱加工）[M]. 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2014.

[5] 陳莛，黃愛華. 壓鑄零件常見質(zhì)量缺陷分析與對策[J]. 煤礦機械，2010，（7）：94～96.