原標題：批量生產驗證！鋁合金支架壓鑄件局部增壓工藝的研究

壓鑄工藝普遍應用于汽車、機械裝備、家電及3C產品中。常用的壓鑄材料有鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金等，其中鋁合金占60%～80%。壓鑄具有鑄件尺寸精度高、生產效率高，可以生產結構復雜的產品等特點，但由于是在高溫高壓下成形，并且材料經過液態到固態的轉變，冷卻過程中會發生體積變化，因此鑄件內較易產生縮孔、縮松缺陷。目前解決鑄件內部縮孔的工藝方法很多，其中局部增壓技術已廣泛應用于壓鑄生產中，能夠有效避免鑄件局部厚大處的縮孔產生。本研究以一款鋁合金支架壓鑄件為例，通過采用局部增壓技術解決鑄件局部縮孔和縮松缺陷，介紹了鋁合金支架壓鑄件結構特點及品質要求，其難點為鑄件在4個安裝支腳處的內部品質控制，要求其內部品質達到孔隙率D5的要求。在壓鑄模設計中采用局部增壓技術，對局部增壓的工藝參數包括擠壓壓力、擠壓時間、擠壓行程，采用正交試驗方法，進行工藝優化，為解決類似問題的提供參考。

圖文結果

圖1為某汽車廠配套生產的一款發動機支架，其材質為歐標EN1706 的AlSi9Cu3(Fe)合金，為框架式架構，零件一般壁厚為4.5mm, 兩側分別有不同結構的螺栓安裝凸臺，壁厚較厚大。主要作用是將發動機連接固定在車身框架上，起到“支撐”和“隔振”作用，屬于受力零件，要求鋁合金支架壓鑄件內部組織致密，不能有縮孔縮松等鑄造缺陷，要求孔隙率達到D5(VW50097標準)。用3μm的二氧化硅懸浮液拋光試樣，使用AX10蔡司金相顯微鏡觀察其顯微組織，通過專用軟件進行檢測并計算孔隙率。

圖1 發動機支架

圖2 一側入水充型模擬圖

1.內腔抽芯大滑塊 2.鑄件 3.滑塊 4.擠壓桿 5.擠壓油缸

對于該發動機支架，難以達到D5要求的位置是兩端壁厚厚大的螺栓安裝凸臺，可以通過設置澆道、預鑄孔、調整壓鑄參數(鑄造壓力、速度)以減少縮孔、縮松的產生，滿足品質要求。鑄件4個支腳處的螺栓安裝凸臺，位置分散布置于側向4個角，無法設置澆道，同時螺栓安裝孔與側向滑塊的開模方向成15°角，在模具結構上無法實現預鑄孔側抽芯，因此采用局部增壓機構來解決支架支腳處縮孔，模具結構見圖2,采用1模2腔。為保證兩腔填充條件的一致性，同時考慮每個鑄件在90°方向上有兩個抽芯機構，因此兩腔的布局成90°,局部增壓機構設置在鑄件內腔抽芯的大滑塊上，擠壓缸安裝在滑塊后端，帶動擠壓桿在滑塊內部運動。

局部增壓技術也稱局部擠壓，是指在壓鑄過程中金屬液充滿型腔后，冷卻凝固過程中，在厚壁處通過油缸帶動擠壓桿，對未凝固的金屬液實施二次加壓，使其局部密度提高，改善乃至消除加壓部位縮孔。在局部增壓技術中涉及的主要工藝參數是擠壓壓力、擠壓體積、擠壓時間。

表1 正交試驗因素表

表2 正交試驗結果

通過對發動機支架擠壓工藝的分析，可以確定影響鋁合金發動機支架局部增壓后內部品質的關鍵工藝參數為擠壓壓力、擠壓行程和擠壓開始時間，將其作為影響因素。每個因素取3個水平，通過局部增壓機構結構設計時的計算以及經驗數據，確定擠壓壓力為200～400MPa, 擠壓桿的擠壓行程為6～10mm, 擠壓開始時間為0.5～1.5s。正交試驗因素及水平見表1。正交試驗以孔隙率的檢測值做為評價指標。為保證試驗數據的穩定性，每組工藝參數連續壓鑄20模次，取中間模次的3件進行孔隙率檢測，并取平均值。鋁合金發動機支架正交試驗表及孔隙率檢測結果見表2,極差值分析見表3。擠壓開始時間對鑄件孔隙率影響最大，其次為擠壓行程和擠壓壓力。為更直觀反應不同因素對鑄件孔隙率的影響趨勢，以試驗因素做為橫坐標，以孔隙率平均值做為縱坐標，得出孔隙率隨各試驗因素變化的影響趨勢。

表3 極差值分析表

圖3 試驗因素對孔隙率值的影響趨勢

結論

(1)鋁合金支架壓鑄件在安裝凸臺處存在局部厚壁區域，通過局部增壓技術能夠有效減少縮孔產生，提高厚壁處鑄件內部品質。
(2)局部擠壓的關鍵工藝參數是擠壓壓力、擠壓開始時間和擠壓行程，采用正交試驗獲得優化的擠壓工藝參數。
(3)對于鋁合金發動機支架鑄件，影響其擠壓后內部質量的最大因素是擠壓開始時間，其次是擠壓壓力和擠壓行程。優化的擠壓工藝參數：擠壓壓力為300MPa, 擠壓開始時間為1.0s, 擠壓桿的擠壓行程為8mm。

本文作者：
侯麗彬 曲太旭
大連科技學院機械工程學院
本文來源：《特種鑄造及有色合金》雜志