铝合金支架压铸件局部增压工艺的研究

原标题：批量生产验证！铝合金支架压铸件局部增压工艺的研究

压铸工艺普遍应用于汽车、机械装备、家电及3C产品中。常用的压铸材料有铝合金、锌合金、镁合金、铜合金等，其中铝合金占60%～80%。压铸具有铸件尺寸精度高、生产效率高，可以生产结构复杂的产品等特点，但由于是在高温高压下成形，并且材料经过液态到固态的转变，冷却过程中会发生体积变化，因此铸件内较易产生缩孔、缩松缺陷。目前解决铸件内部缩孔的工艺方法很多，其中局部增压技术已广泛应用于压铸生产中，能够有效避免铸件局部厚大处的缩孔产生。本研究以一款铝合金支架压铸件为例，通过采用局部增压技术解决铸件局部缩孔和缩松缺陷，介绍了铝合金支架压铸件结构特点及品质要求，其难点为铸件在4个安装支脚处的内部品质控制，要求其内部品质达到孔隙率D5的要求。在压铸模设计中采用局部增压技术，对局部增压的工艺参数包括挤压压力、挤压时间、挤压行程，采用正交试验方法，进行工艺优化，为解决类似问题的提供参考。

图文结果

图1为某汽车厂配套生产的一款发动机支架，其材质为欧标EN1706 的AlSi9Cu3(Fe)合金，为框架式架构，零件一般壁厚为4.5mm, 两侧分别有不同结构的螺栓安装凸台，壁厚较厚大。主要作用是将发动机连接固定在车身框架上，起到“支撑”和“隔振”作用，属于受力零件，要求铝合金支架压铸件内部组织致密，不能有缩孔缩松等铸造缺陷，要求孔隙率达到D5(VW50097标准)。用3μm的二氧化硅悬浮液抛光试样，使用AX10蔡司金相显微镜观察其显微组织，通过专用软件进行检测并计算孔隙率。

图1 发动机支架

图2 一侧入水充型模拟图

1.内腔抽芯大滑块 2.铸件 3.滑块 4.挤压杆 5.挤压油缸

对于该发动机支架，难以达到D5要求的位置是两端壁厚厚大的螺栓安装凸台，可以通过设置浇道、预铸孔、调整压铸参数(铸造压力、速度)以减少缩孔、缩松的产生，满足品质要求。铸件4个支脚处的螺栓安装凸台，位置分散布置于侧向4个角，无法设置浇道，同时螺栓安装孔与侧向滑块的开模方向成15°角，在模具结构上无法实现预铸孔侧抽芯，因此采用局部增压机构来解决支架支脚处缩孔，模具结构见图2,采用1模2腔。为保证两腔填充条件的一致性，同时考虑每个铸件在90°方向上有两个抽芯机构，因此两腔的布局成90°,局部增压机构设置在铸件内腔抽芯的大滑块上，挤压缸安装在滑块后端，带动挤压杆在滑块内部运动。

局部增压技术也称局部挤压，是指在压铸过程中金属液充满型腔后，冷却凝固过程中，在厚壁处通过油缸带动挤压杆，对未凝固的金属液实施二次加压，使其局部密度提高，改善乃至消除加压部位缩孔。在局部增压技术中涉及的主要工艺参数是挤压压力、挤压体积、挤压时间。

表1 正交试验因素表

表2 正交试验结果

通过对发动机支架挤压工艺的分析，可以确定影响铝合金发动机支架局部增压后内部品质的关键工艺参数为挤压压力、挤压行程和挤压开始时间，将其作为影响因素。每个因素取3个水平，通过局部增压机构结构设计时的计算以及经验数据，确定挤压压力为200～400MPa, 挤压杆的挤压行程为6～10mm, 挤压开始时间为0.5～1.5s。正交试验因素及水平见表1。正交试验以孔隙率的检测值做为评价指标。为保证试验数据的稳定性，每组工艺参数连续压铸20模次，取中间模次的3件进行孔隙率检测，并取平均值。铝合金发动机支架正交试验表及孔隙率检测结果见表2,极差值分析见表3。挤压开始时间对铸件孔隙率影响最大，其次为挤压行程和挤压压力。为更直观反应不同因素对铸件孔隙率的影响趋势，以试验因素做为横坐标，以孔隙率平均值做为纵坐标，得出孔隙率随各试验因素变化的影响趋势。

表3 极差值分析表

图3 试验因素对孔隙率值的影响趋势

结论(1)铝合金支架压铸件在安装凸台处存在局部厚壁区域，通过局部增压技术能够有效减少缩孔产生，提高厚壁处铸件内部品质。(2)局部挤压的关键工艺参数是挤压压力、挤压开始时间和挤压行程，采用正交试验获得优化的挤压工艺参数。(3)对于铝合金发动机支架铸件，影响其挤压后内部质量的最大因素是挤压开始时间，其次是挤压压力和挤压行程。优化的挤压工艺参数：挤压压力为300MPa, 挤压开始时间为1.0s, 挤压杆的挤压行程为8mm。

本文作者：侯丽彬 曲太旭大连科技学院机械工程学院本文来源：《特种铸造及有色合金》杂志