基于正交试验的上壳体真空压铸工艺参数优化

2020-03-27方少林程文超吴兵

中国设备工程 2020年3期

方少林，程文超，吴兵

（苏州华碧微科检测技术有限公司，江苏苏州 215000）

随着汽车行业的飞速发展，铝合金真空压铸件越来越广泛应用在汽车零部件制造中。铝合金具有质量轻、强度高，能够满足正常使用，同时，在汽车行驶过程中，能减轻汽车自重降低汽车油耗。铝合金上壳体铸件由于结构复杂、拔模角多、壁厚不均匀，压铸过程中的压射速度、浇注温度、模具初始温度成为影响铸件的充型和凝固过程的主要因素，压铸工艺参数选择不当，会造成铸件容易出现缩孔、缩松、气孔等缺陷，因此，压铸工艺参数的研究是非常必要的。本文以YZAlSi9Cu4 上壳体为研究对象，采用真空压铸生产，通过正交试验对真空压铸工艺参数进行了优化。

1 试验内容与方法

1.1 材料与设备

YZAlSi9Cu4 合金是Al-Si-Cu 系合金，具有较好的铸造性能和力学性能，很好的流动性、气密性和抗热裂性，适合壳体生产制造，其主要化学成分见表1。

表1 YZAlSi9Cu4 合金化学成分（质量分数）/（%）

YZAlSi9Cu4 合金经过熔炉熔炼，利用压铸机上的真空系统，在熔体最后充型部位抽真空，进行真空压铸成型。结合上壳体压铸件结构和生产企业实际需求，本实验真空度取值控制在8 ～10kPa。

1.2 正交试验设计

真空压铸过程中，影响上壳体铸件的致密性因素很多，如压射速度直接影响铸件的充型时间，模具温度场分布对铸件质量和生产效率都有着至关重要的影响，本试验选择压射速度（因素A）、浇注温度（因素B）、模具初始温度（因素C）作为压铸件的3 个影响因素，每个因素取5 个水平，将铸件组织致密性的密度作为评判指标建立正交试验，见表2，考察各个因素对铸件质量的影响因素。

表2 正交试验因素及水平

1.3 测试方法

针对正交试验进行真空压铸，上壳体压铸件冷却至室温，压铸件的密度在一定程度上能够反映铸件组织的致密性，采用电子天平称取上壳体的质量，根据排液法测量上壳体的体积，从而计算上壳体密度，密度越大，则上壳体压铸件中组织致密性好，缩孔、气孔等缺陷比较少。

2 正交试验结果与分析

在保持模具型腔真空度在8 ～10kPa 时，开模时间为12s 的前提下，考察压射速度、浇注温度、模具初始温度对上壳体压铸件的致命性影响。通过3 因素5 水平正交试验表对不同压铸工艺参数组合进行真空压铸，实验结果如表3，对表3 所列结果进行统计分析如表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表示各个因素在不同水平下最大测量密度；kmin表示各个因素在不同水平下最小测量密度；R 表示极差，即最大测量密度与最小测量密度之差，R 的大小直接反映影响因素对密度的影响。

表3 正交试验表及结果

表4 密度极差分析表

从表4 分析得出，不同压铸工艺参数对铸件密度影响程度不一样，按重要程度排序：压射速度＞浇注温度＞模具初始温度，并得到较优水平为A4B5C4。压射速度对YZAlSi9Cu4合金熔体的充型速度起决定性作用，充型过慢，上壳体压铸件可能出现欠铸或者不成型等缺陷，正交试验和实际压铸生产中压射速度过快，也会在熔体流动过程中形成气泡，造成铸件有气孔缺陷，降低铸件致密性。