基于正交試驗的上殼體真空壓鑄工藝參數優化

方少林，程文超，吳兵

（蘇州華碧微科檢測技術有限公司，江蘇 蘇州 215000）

隨著汽車行業的飛速發展，鋁合金真空壓鑄件越來越廣泛應用在汽車零部件制造中。鋁合金具有質量輕、強度高，能夠滿足正常使用，同時，在汽車行駛過程中，能減輕汽車自重降低汽車油耗。鋁合金上殼體鑄件由于結構復雜、拔模角多、壁厚不均勻，壓鑄過程中的壓射速度、澆注溫度、模具初始溫度成為影響鑄件的充型和凝固過程的主要因素，壓鑄工藝參數選擇不當，會造成鑄件容易出現縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，壓鑄工藝參數的研究是非常必要的。本文以YZAlSi9Cu4 上殼體為研究對象，采用真空壓鑄生產，通過正交試驗對真空壓鑄工藝參數進行了優化。

1 試驗內容與方法

1.1 材料與設備

YZAlSi9Cu4 合金是Al-Si-Cu 系合金，具有較好的鑄造性能和力學性能，很好的流動性、氣密性和抗熱裂性，適合殼體生產制造，其主要化學成分見表1。

表1 YZAlSi9Cu4 合金化學成分（質量分數）/（%）

YZAlSi9Cu4 合金經過熔爐熔煉，利用壓鑄機上的真空系統，在熔體最后充型部位抽真空，進行真空壓鑄成型。結合上殼體壓鑄件結構和生產企業實際需求，本實驗真空度取值控制在8 ～10kPa。

1.2 正交試驗設計

真空壓鑄過程中，影響上殼體鑄件的致密性因素很多，如壓射速度直接影響鑄件的充型時間，模具溫度場分布對鑄件質量和生產效率都有著至關重要的影響，本試驗選擇壓射速度（因素A）、澆注溫度（因素B）、模具初始溫度（因素C）作為壓鑄件的3 個影響因素，每個因素取5 個水平，將鑄件組織致密性的密度作為評判指標建立正交試驗，見表2，考察各個因素對鑄件質量的影響因素。

表2 正交試驗因素及水平

1.3 測試方法

針對正交試驗進行真空壓鑄，上殼體壓鑄件冷卻至室溫，壓鑄件的密度在一定程度上能夠反映鑄件組織的致密性，采用電子天平稱取上殼體的質量，根據排液法測量上殼體的體積，從而計算上殼體密度，密度越大，則上殼體壓鑄件中組織致密性好，縮孔、氣孔等缺陷比較少。

2 正交試驗結果與分析

在保持模具型腔真空度在8 ～10kPa 時，開模時間為12s 的前提下，考察壓射速度、澆注溫度、模具初始溫度對上殼體壓鑄件的致命性影響。通過3 因素5 水平正交試驗表對不同壓鑄工藝參數組合進行真空壓鑄，實驗結果如表3，對表3 所列結果進行統計分析如表4。其中，ki表示各因素在不同水平下的密度之和的平均值（i=1，2，3，4，5）；kmax表示各個因素在不同水平下最大測量密度；kmin表示各個因素在不同水平下最小測量密度；R 表示極差，即最大測量密度與最小測量密度之差，R 的大小直接反映影響因素對密度的影響。

表3 正交試驗表及結果

表4 密度極差分析表

從表4 分析得出，不同壓鑄工藝參數對鑄件密度影響程度不一樣，按重要程度排序：壓射速度＞澆注溫度＞模具初始溫度，并得到較優水平為A4B5C4。壓射速度對YZAlSi9Cu4合金熔體的充型速度起決定性作用，充型過慢，上殼體壓鑄件可能出現欠鑄或者不成型等缺陷，正交試驗和實際壓鑄生產中壓射速度過快，也會在熔體流動過程中形成氣泡，造成鑄件有氣孔缺陷，降低鑄件致密性。

3 優化方案驗證

結合正交試驗方案和寧波某壓鑄廠壓鑄試驗的情況，對壓鑄的上殼體分析發現，當壓射速度為2.5m/s，澆注溫度為690℃，模具初始溫度為200℃時，現場壓鑄的YZAlSi9Cu4上殼體經過重量和體積計算，密度較大，壓鑄件致密性最優。

4 結語

基于正交試驗方法對上殼體壓鑄件的工藝參數進行分析和試驗，最終確定了優化的壓鑄生產工藝參數為壓射速度為2.5m/s、澆注溫度為690℃、模具初始溫度為200℃，正交試驗可進行更多水平的試驗，提高試驗精度，為企業優化壓鑄工藝參數。