浅谈铝合金压铸技术在“5G”测试平台上的应用

李博 尚守锋 杨小光 武敬飞 王先鹏

摘 要： 介绍了铝合金压铸构件的主要特性，综述了铝合金压铸件在 “5G”测试平台应用现状及铝合金用量增长情况，铝合金的发展状况和目前该测试平台应用的铝合金压铸工艺及防腐蚀表面处理技术和后续加工技术。同时对存在的问题和未来应用进行了探讨和预测。

关键词： 铝合金；压铸件；“5G”测试平台；压铸工艺；表面处理；后续加工

0 前言

铝合金压铸是在压铸机上进行的金属型压力铸造，是近代金属加工工艺中发展较快的一种少无切削的特种铸造方法，它是将熔融金属或半液态/半固态金属在高压高速下充填铸型，并在高压下结晶凝固形成铸件的一种方法，高压高速填充压铸模型腔是压铸最大的特点 [1]，常用的压力为15～100MPa，填充速度（内浇口速度）约为16～80m/s，金属液填充模具型腔的时间极短，约为0.01～0.2s。

铝合金压铸作为一种尺寸精度好、生产效率高的铸造方式，被广泛应用于“5G”测试平台上，特别用于生产各种金属零件，具有独特的技术特点和显著的经济效益，是实现少切屑无切屑加工的有效途径，而且压铸工艺的生产效率比较高，适宜加工制造尺寸精确、形状复杂、表面粗糙度低及铸件强度和表面硬度要求高的压铸件，如把手、底座、支架等零件。

由于铝合金压铸是最先进的金属成型方法之一，本所生产的该测试平台也越来越多使用铝压铸技术，使用率逐年在提高，这对平台的批量化生产及成本的降低有深远的影响。同时，铝压铸工艺也影响到其他同类产品的发展，应用也越来越广泛。

铝的密度（ 2.7g/ cm3）在金属材料中较小，约为钢和的26 %，铜的23 %，这使它在该测试平台减少自重方面具有很大的优势。作为轻金属，铝合金强度非常好，其比强度明显高于工程塑料和钢，其比刚度和钢相当，而远远高于工程塑料[2] 。

铝合金的这些特性在该测试平台制造业中的应用符合人们对该测试平台工业发展的要求：减轻平台重量、提高安全性。

1 铝合金压铸件在“5G”测试平台的应用现状

铝合金具有一系列的优异性能与高效的节能环保效果，在该测试平台中的应用越来越多，在用材结构中占的比例也逐年有所上升。减轻平台的自身质量是扩大其应用的主要途径之一，为了大幅度减轻平台重量，需要对占机重比例大的前面板框（约10%） 、电池底座（约15%）、把手（约10%） 、电路板支架（约10%） 、显示器固定座（约10%） 、机架（约15%） 等零件采用铝合金材料。在“该测试平台应用的金属件中，压铸铝合金约占60%，加工铝材（主要是尺寸要求较高的零件） 仅占20%左右，随着该测试平台技术及加工技术的发展，压铸铝合金的用量将进一步上升，加工铝材占的比例会逐年有所下降，因为一些尺寸要求较高的零件，可以通过压铸件后期加工保证，从而大大降低了零件的成本，对该测试平台批量化生产起重要作用。

本所生产的该测试平台大部分金属件也是采用铝合金压铸，压铸件使用率比初样测试平台有明显提高，重量比初样采用的铝加工及钢制品有明显的降低，同时成本也相应降低了很多，其零件的一致性和合格率也有明显的提升。这给该平台的批量化生产带来了很大的便利，同时降低了整个平台的生产成本，提高了平台结构件的生产效率。

2 铝合金压铸材料

根据GB/T15115-2009标准，中国压铸铝合金的化学成分主要有：Si、Cu、Mn、Fe、Ni、Ti、Zn、Pb、Sn、Al。

根据GB/T15115-2009标准中，对各个压铸铝合金代号主要有：YL101、YL102、YL104、YL112、YL113、YL117、YL302，其中YL101、YL102、YL112、YL113具有更好的综合性能，“5G”测试平台零件压铸材料更多地使用YL104。

3 “5G”测试平台零件的压铸生产工序：

采用铝合金压铸的该测试平台零件，生产工序较为复杂，在一定压力作用下使熔体填充型腔，熔体在型腔里流动成型，经一定的时间冷却后，零件在型腔里脱模，成型的零件加工出来，该测试平台零件压铸工艺流程主要有：配料—料加热熔化—加料进模具—出模—冷却—修毛刺—机加工—表面处理—入库。

4 铝合金压铸技术在“5G”测试平台上应用存在的问题

气孔

是指在压铸件内部或表面出现的大小不等的孔眼、空穴，有光滑的表面，形状多为圆形[4]。气孔的产生会导致压铸件硬度不足和影响表面美观。气孔的来源主要为压铸过程中卷入的气体或铝液析气。直接影響到零件的质量及装配情况。

缩孔

缩孔是指压铸件厚截面处出现形状不规则的孔眼，孔的内壁粗糙[5]。缩孔的产生会导致压铸件内局部出现组织稀疏，有的甚至呈蜂窝状，影响该平台压铸件强度。如果缩孔出现在零件螺纹周围，则会导致装配螺钉滑丝现象，造成零件报废风险。缩孔容易发生在厚薄不均的铸件上，因此在该平台零件结构设计时，尽量壁厚均匀。

裂纹

铝合金压铸件的基体被破坏或断开，形成细长的缝隙，呈直线状或波浪形的纹路等不规则形状，在外力作用下有发展的趋势，这种缺陷称为裂纹。在该平台铝合金压铸件生产过程中裂纹是不允许存在的。

表面处理

该测试平台压铸件在使用前需要对表面进行处理，主要处理方法有：电泳、喷塑、氧化，通过后期处理可做成不同的颜色。进行表面处理分为三个步骤：零件表面清理和脱脂除渍或酸蚀；表面涂层；最终保护处理。

铝合金压铸件表面处理后会产生以下几个问题：（1）镀层附着度不如铝机加工零件好，压铸件镀层当受到外界冲击后容易大块的脱落，表面处理后的厚度不好控制，（2）不同批次的零件厚度可能会误差较大，这给该测试平台在装配过程中造成了很大的影响，经常会出现零件返工现象，（3）螺纹孔在表面处理前后影响较大，特别对于尺寸较小的螺纹，会出现螺钉装不进去现象，如M1.6螺纹孔，当用力过大装配时，会出现滑丝现象。

零件结构件设计及铝合金模具

该测试平台压铸零件多属于形状复杂、结构多变、立体性强、尺寸精密等多种高要求的零件，这对零件结构设计要求较高，合理的结构设计在该测试平台零件压铸过程中非常关键，零件的壁厚尽量均匀，壁厚不易过厚。同时，合理的模具结构设计，可以保证金属液充型顺畅、冷却均匀，压铸件表面光洁脱模容易，反之，则会大大降低压铸模的使用寿命。

5 结束语

随着“5G”测试平台技术和铝合金压铸技术的发展，压铸铝合金技术会越来越多的应用到该测试平台上，这种应用带来的收益是非常显著的，压铸技术产生的的问题最终将会有更加完善的方案来解决。

参考文献

[1] 于彦东. 压铸模具设计及CAD[M]. 北京：电子工业出版社，2002：153-166.

[2] 汪之清 . 国外镁合金压铸技术的发展 . 铸造， 1997（ 8） ： 4 8～51.

[3] 张继春.Pro/ENGINEER 二次开发使用教程[M].北京：北京大学出版社，2003：131-135.

[4] 杨素华，唐秀兰. 金属材料与热处理（含热加工）[M]. 西北工业大学出版社，2014.

[5] 陈莛，黄爱华. 压铸零件常见质量缺陷分析与对策[J]. 煤矿机械，2010，（7）：94～96.