压铸铝合金及压铸技术的研究进展

摘 要：压铸技术的快速发展对我国的机械产业提升和装备制造发展起到了关键的作用。本文详细对压铸铝合金的技术进行介绍，通过举例的方式了解了现阶段使用较多的铝合金压铸存在的不足，并利用引进计算机模拟的计算，强化了铸造技术的升级，并提出了未来铝合金压铸技术的研究和发展方式，充分的考虑了材料特性、压铸工艺和实际使用需求等方面，进一步思考提高铝合金压铸件的性能指标，为压铸相关技术人员提高相应的参考资料。

关键词：压铸铝合金 压铸技术 计算机模拟

现阶段，我国工业的压铸技术主要表现在铝硅、铝镁、铝硅铜等，对于合金的使用要求较大，同时形成压铸合金的强度也很高。为了保证在机械生产中形成材质更好的产品，必须在加工性能和再生性能方面进行突破，保证铝合金铸造技术往更好的发展。

1 压铸铝合金发展概况

在了解压铸铝合金技术目前的发展情况，主要关注在传统中铝合金铸件的耐高温能力不足，在热处理的条件下，铝合金构件会受到破坏，极大的影响了合金的整体性能。通过大量的分析研究和实验，利用压铸铝合金的方式可以有效的改善传统技术的不足。该技术现已在汽车生产中大量使用，车体的整体构建对于力学性能的要求高，压铸技术正好能够满足力学特点。同时可以在合金的成分上进行调整，使得压铸的强度根据不同需求产生可控的变化。

铝硅铜的合金模式在压铸中发挥了很好的性能，对于力学性能的变化也能较好的控制，合金在铸造中物质之间有良好的流动性能，保证了材料的密实度，受到高温的铸造后，分子之间重新组合，形成晶体对保证结构的稳定性起到了关键的作用。结合这一特性，在汽车的刹车系统中使用铸造合金的方式不仅保证了汽车的安全性能，同时对于生产的成本也有明显的降低。

铝硅合金的特点在与生产较小的零配件，对于一些生产要求高，精度大的零配件上可使用此类铸造技术产品。在工厂的加工中发现，合金的強度和机械性能不佳是至于技术发展的组要因素，铝硅合金正是在这样的基础上应运而生，通过力学计算，铝硅合金比普通的合金材料在伸长率方面提高了27%，强度高出19%。目前铝硅合金组要用于汽车的托盘等机械设备中。

2 新型压铸铝合金的使用情况

在铝硅、铝镁、铝硅铜合金的铸造基础上，开发出了铝硅镁的合金形式。充分考虑到合金在力学上面的特殊要求，提高铸造的温度可以加强合金材料的强度，增加了合金的材质种类，利用半固态加工的方式使得合金的性能大大提高，但是合金会出现脆性变形，为了解决加入镁元素后出现的塑性降低的情况，考虑增加钛元素。根据实验发现，在钛的含量在0.05%左右时，能够将合金内部的分子进行重构，形成稳定的结构，合金的脆性不足的问题得到了很好的解决，同时屈服强度的指数也有很大的提高。此外，在增加钛元素后，热处理在同样的温度下，合金的强度提高了7.6%，表明在同等温度下强度上升，降低了铸造成本。

作为铝铁合金的使用在航天航空中有较大的应用空间，耐高温材料是合金技术的主要受制因素，利用铝硅铁的合金形式使得合金材料的抗拉强度上升，同时伸长率变大。但是同时在不足之处，加入了铁元素后，合金的流动性能下降，内部的温度提升太快，导致内外的温差较大，会出现热裂的情况发生，在后期的养护维修中带来了极大的困难，所以在实际的使用中，对于该材料要慎重选择。

3 压铸技术的研究进展

3.1 计算机模拟技术

利用计算机的模拟运算的方式在铸造的流程中进行控制，将铸件的数值模拟分析和内部温度进行调控，并对发生的内环境进行控制。在实际的操作模拟计算中，将铸件的外观进行模拟建模，利用凝固分析的方式在系统中形成热交换的交换，在预测压力的孔洞中利用残余应力的计算控制，保证铸件在锁扣上有均匀的变形。锁扣是后期铸件使用寿命最为关键的因素之一，有效的控制锁扣上的空隙是保证耐久度的关键环节。同时在计算中根据铸件的尺寸对整体套模进行控制，让压铸流体在内部均匀的流动，传热的过程不断的进行深入。目前的压铸充型过程数值模拟绝大部分是从料饼处或者浇道处开始充填，忽略了压室慢压射过程，以及慢压射对快速充填过程的影响。对包含压室压射在内的全过程进行数值模拟。同时为了比较不同充填方式对充型形态的影响，在算法相同的情况下，也模拟了从料饼处充填的充型过程。结果表明： 采用压射全程模拟更能准确的反映金属液在压室内，控制室内有效温度。在真空冷环境下，铸造的方式受到了多种因素的影响，在内环境中提出了不同的控制方式，结合每一种方式对内部环境进行模拟加热，从而形成了三种数学模型。利用ABAQUS 分析软件模拟铸压过程控制，在三维的空间中对模型受到的温度应力和集中利用进行点的模拟分析，在几何变化的空间中，对比铸件的变形情况。对比模拟和实验结果， 得到了优化的数学模型。研究表明： 将更多且相关的压铸过程物理量带入到计算机模型中或建立更精确的数学模型来描述复杂的压铸过程可更精确模拟压铸充填和凝固过程。

3.2 铝合金压铸技术

压铸新工艺的开发应用， 改善了压铸过程的成形条件， 显著提高压铸件内在质量，大大提高了压铸件力学性能、物理性能和耐蚀性能， 尤其是气密性、可热处理性和可焊性。在现有的制造水平中，制备高性能零件的压铸新工艺受到越来越广泛的重视，尤其是流变压铸和超低速压铸技术，其基础性研究和应用工作也不断深入。

超低速的压铸技术在使用方式上与上述技术存在不同。在速度较低的喷射上，让金属液体沿着铸造模具缓慢填充在腔内，使得合金的密实度有很大的提高，利用模具外部加温的方式，将铸造原件性能提升。具体操作时，现将材料以超低速的形式注入，起始温度控制在100摄氏度左右，在铸件内加压的情况下，加温温度提高，铸件内的金属液体会在加热加压的状态下，分子异常活跃，并进行大量的有效碰撞，使得相互之间进行重组，再次进行温度升高压力不变，让铸件的力学性能再次提升。超低速的铸件完成后，在铸件内部的材料密实度提高，孔隙率相应降低，根据测算，此类压铸合金金属能够降低材料的脆性变形，使得铸件的使用范围得到了大大的提高。

4 结束语

优化压铸铝合金技术的主要方式就是对铝合金材料的组合进行不断的优化，通过不同的组合形式，充分发挥不同材料之间的特性，利用加压加热的方式可能使得材料之间充分融合，不断提高铝合金的性能。在压铸技术的发展过程中，对于一些材料的使用范围还是较少，受制于经济性和技术方面的问题，导致铸造技术受到了发展的影响，在本文中重点介绍了几种未来的铸造发展趋势，也是从设备工艺和材料选择上进行优化完善的结论，并结合现阶段使用较广的计算机技术，能够使压铸技术得到更好的发展。

参考文献

[1]黄勇， 孙宝纯. 提高压铸铝合金机械加工性能的研究[J]. 特种铸造及有色合金， 2013， 2（1）： 146-148.

[2]王海东， 徐骏， 张志峰， 等. 新型半固态铝合金设计与实验研究[J]. 中国铸造装备与技术， 2016， 2（2）： 22-25.

[3]王海东， 徐骏， 杨必成， 等. 半固态专用铝合金AlSi6Mg2 微合金化研究[J]. 稀有金属， 2015， 29（5）： 780-784.

作者简介

杨光（1989-），女，汉语，河北秦皇岛人，秦皇岛信越智能装备有限公司研发工程师，研究方向：铝压铸自动化设备