淺談鋁合金壓鑄技術在“5G”測試平臺上的應用

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件的主要特性，綜述了鋁合金壓鑄件在 “5G”測試平臺應用現狀及鋁合金用量增長情況，鋁合金的發展狀況和目前該測試平臺應用的鋁合金壓鑄工藝及防腐蝕表面處理技術和后續加工技術。同時對存在的問題和未來應用進行了探討和預測。

關鍵詞： 鋁合金；壓鑄件；“5G”測試平臺；壓鑄工藝；表面處理；后續加工

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/半固態金屬在高壓高速下充填鑄型，并在高壓下結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、生產效率高的鑄造方式，被廣泛應用于“5G”測試平臺上，特別用于生產各種金屬零件，具有獨特的技術特點和顯著的經濟效益，是實現少切屑無切屑加工的有效途徑，而且壓鑄工藝的生產效率比較高，適宜加工制造尺寸精確、形狀復雜、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，本所生產的該測試平臺也越來越多使用鋁壓鑄技術，使用率逐年在提高，這對平臺的批量化生產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品的發展，應用也越來越廣泛。

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，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中的應用符合人們對該測試平臺工業發展的要求：減輕平臺重量、提高安全性。

1 鋁合金壓鑄件在“5G”測試平臺的應用現狀

鋁合金具有一系列的優異性能與高效的節能環保效果，在該測試平臺中的應用越來越多，在用材結構中占的比例也逐年有所上升。減輕平臺的自身質量是擴大其應用的主要途徑之一，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及加工技術的發展，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起重要作用。

本所生產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帶來了很大的便利，同時降低了整個平臺的生產成本，提高了平臺結構件的生產效率。

2 鋁合金壓鑄材料

根據GB/T15115-2009標準，中國壓鑄鋁合金的化學成分主要有：Si、Cu、Mn、Fe、Ni、Ti、Zn、Pb、Sn、Al。

根據GB/T15115-2009標準中，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工序：

采用鋁合金壓鑄的該測試平臺零件，生產工序較為復雜，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—出模—冷卻—修毛刺—機加工—表面處理—入庫。

4 鋁合金壓鑄技術在“5G”測試平臺上應用存在的問題

氣孔

是指在壓鑄件內部或表面出現的大小不等的孔眼、空穴，有光滑的表面，形狀多為圓形[4]。氣孔的產生會導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量及裝配情況。

縮孔

縮孔是指壓鑄件厚截面處出現形狀不規則的孔眼，孔的內壁粗糙[5]。縮孔的產生會導致壓鑄件內局部出現組織稀疏，有的甚至呈蜂窩狀，影響該平臺壓鑄件強度。如果縮孔出現在零件螺紋周圍，則會導致裝配螺釘滑絲現象，造成零件報廢風險。縮孔容易發生在厚薄不均的鑄件上，因此在該平臺零件結構設計時，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則形狀，在外力作用下有發展的趨勢，這種缺陷稱為裂紋。在該平臺鋁合金壓鑄件生產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，經常會出現零件返工現象，（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，會出現螺釘裝不進去現象，如M1.6螺紋孔，當用力過大裝配時，會出現滑絲現象。

零件結構件設計及鋁合金模具

該測試平臺壓鑄零件多屬于形狀復雜、結構多變、立體性強、尺寸精密等多種高要求的零件，這對零件結構設計要求較高，合理的結構設計在該測試平臺零件壓鑄過程中非常關鍵，零件的壁厚盡量均勻，壁厚不易過厚。同時，合理的模具結構設計，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 結束語

隨著“5G”測試平臺技術和鋁合金壓鑄技術的發展，壓鑄鋁合金技術會越來越多的應用到該測試平臺上，這種應用帶來的收益是非常顯著的，壓鑄技術產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. 壓鑄模具設計及CAD[M]. 北京：電子工業出版社，2002：153-166.

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

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

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

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