CN109877289B - 一种七系铝合金小件及其压铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种七系铝合金小件及其压铸方法，用于卧式冷室压铸机上，依次包括低速压射阶段，高速压射阶段，压射冲头停止时的保压阶段，对模具中的挤压包进行挤压的延时挤压阶段，及保压压力持续的冷却阶段；延时挤压阶段的挤压压力130~150bar、挤压时间2.5~3s，且延时挤压阶段比保压阶段延时0.05s；由于对成型模具的挤压包采用了延时挤压手段，保压时不再填料，并通过模具的挤压包对型腔中尚未完全凝固的填料在体积上进行挤压，使其芯部结构更加致密，由此压铸出的铝合金小件，避免了在壁厚较厚的芯部位置出现结构疏松，且后期热处理之后也不会出现局部裂缝、裂纹及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷；热处理后的铝合金小件确实比使用传统压铸原料的材料强度高很多。

Description

一种七系铝合金小件及其压铸方法

技术领域

本发明涉及七系铝合金小件及其加工方法领域，尤其涉及的是一种七系铝合金小件及其压铸方法。

背景技术

目前，智能手机及其配件中以3D形态存在的铝合金结构件，大都通过铝合金冲压、铝锻压、铝压铸以及全CNC加工等方法来制造。

铝合金冲压工艺主要用于大部分厚度相同的产品，难以制作厚薄不一的产品；且一般用于薄件制作，不适用于有较高强度需求的结构。

铝锻压工艺的工序较长，需多道锻压模，每道锻压完成后，都要进行热处理以消除残余应力影响，生产周期较长、成本较高，对于一些复杂的结构实现起来较为困难。

全CNC加工的方案，原料耗费大，加工周期长，对设备需求大，生产成本很高。

而常见的铝压铸工艺，需使用专用的压铸原料，但是，压铸原料的成分决定了材料强度，难以满足有较高强度需求的结构。

以图1和图2所示的铝合金小件为例，图1是现有技术中某铝合金小件实施例的放大立体图，图2是现有技术图1的纵向剖视图；该铝合金小件属于手机结构件，又有较高的强度要求。

从图中可以看出，该铝合金小件的中部呈拱形结构，且沿纵向和横向的壁厚变化都较大，位于两侧的翼部d和e处的壁厚相对较薄，芯部沿纵向的a和b两处的壁厚相对较厚，而c处的壁厚相对较薄；因此该产品不仅形状结构复杂，而且多处存在有壁厚不一的问题，同时该产品还有较高强度的需求。

显然，传统的压铸工艺容易在产品芯部尤其是壁厚较厚的位置出现结构疏松，并在热处理之后出现气孔膨胀，局部出现裂缝、裂纹以及空洞、缩水等缺陷，导致产品的整体强度明显下降。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种七系铝合金小件的压铸方法，做出的铝合金小件比使用传统压铸原料的材料强度高，并可避免在壁厚较厚的芯部位置出现结构疏松，利于后期热处理。

同时，本发明还提供一种七系铝合金小件，芯部结构致密，整体强度较高，且热处理之后不会出现局部裂缝、裂纹以及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷。

本发明的技术方案如下：一种七系铝合金小件的压铸方法，用于卧式冷室压铸机上，依次包括以下步骤：

A、压射冲头行进速度低于1.0m/s的低速压射阶段；

B、压射冲头行进速度高于3.0m/s的高速压射阶段；

C、压射冲头停止行进时的保压阶段，保压压力170±10bar；

D、利用汽缸结合储能器的压力对模具中的挤压包部分进行挤压的延时挤压阶段，挤压压力130~150bar，挤压时间2.5~3s；且延时挤压阶段比保压阶段延时0.05~0.15s；

E、保压压力持续的冷却阶段，时间≥3s。

所述的七系铝合金小件的压铸方法，其中：

所述步骤A的低速压射阶段依次由以下三个阶段组成：

A1、压射一段：压射冲头行进速度0.2m/s，行程0~80mm；

A2、压射二段：压射冲头行进速度0.3m/s，行程80~200mm；

A3、压射三段：压射冲头行进速度0.5m/s，行程200~250mm；

且在所述步骤B的高速压射阶段中：压射冲头行进速度3.5m/s，行程以满足模具填料所需。

所述的七系铝合金小件的压铸方法，其中：所述步骤A还包括对所述模具中的波浪式排气槽进行抽真空的步骤；当所述压射冲头封住料口时开始抽真空，且抽真空的时间持续到保压阶段的开始时刻。

所述的七系铝合金小件的压铸方法，其中：压铸时所用压铸模具的前模温度保持在260±10℃，后模温度保持在280±10℃。

所述的七系铝合金小件的压铸方法，其中：压铸前所用七系铝合金原材料的料温保持在720±10℃。

一种七系铝合金小件，至少有两处壁厚不一的结构，其特征在于：以七系铝合金为原材料，通过上述中任一项所述的七系铝合金小件的压铸方法压铸成型。

所述的七系铝合金小件，其中：所用七系铝合金原材料中所包含的非AL组分及其重量百分比含量为：Zn4.90~5.10%、Mg1.75~1.85%、Fe0.050~0.085%、Cu0.025~0.055%、Zr0.03~0.05%、Si≤0.05%、Mn≤0.02%、Cr≤0.02%、Ti≤0.025%、V≤0.02%、Ga≤0.02%、Sn≤0.02%。

所述的七系铝合金小件，其中：其中Mn和Cr的总量≤0.03%；其他元素的单个含量≤0.02%，且其他元素的总含量≤0.10%。

所述的七系铝合金小件，其中：压铸之后对其进行T4和T6热处理，所述T4热处理中的固溶处理阶段，单相区温度控制在535℃±10℃之间，时间保持2小时。

所述的七系铝合金小件，其中：由两段人工时效组成，第一段人工时效在时效温度100℃±5℃下保持5小时，第二段人工时效在时效温度150℃±5℃下保持15小时。

本发明所提供的一种七系铝合金小件及其压铸方法，由于对成型模具的挤压包采用了延时挤压手段，保压时不再填料，并通过模具的挤压包对型腔中尚未完全凝固的填料在体积上进行挤压，以使其芯部组织和结构更加致密，由此压铸出的铝合金小件，避免了在壁厚较厚的芯部位置出现结构疏松，且后期热处理之后也不会出现局部裂缝、裂纹以及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷；经实测，热处理之后的铝合金小件确实要比使用传统压铸原料的材料强度高很多。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而非意图以任何方式来限制本发明公开的范围；图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并非是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸；本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1是现有技术中某铝合金小件实施例的放大立体图；

图2是现有技术图1的纵向剖视图；

图3是本发明七系铝合金小件压铸方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

本发明七系铝合金小件压铸方法中所用的七系铝合金原材料指的是型号为7K03的七系铝合金原材料，其所包含的非AL组分及其重量百分比含量有：Zn4.90~5.10%、Mg1.75~1.85%、Fe0.050~0.085%、Cu0.025~0.055%、Zr0.03~0.05%、Si≤0.05%、Mn≤0.02%、Cr≤0.02%、Ti≤0.025%、V≤0.02%、Ga≤0.02%、Sn≤0.02%；既能满足压铸的流动性要求，又能有效提高压铸件的材料强度。

锌元素单独加入铝中，在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂的倾向。而在铝中同时加入锌元素和镁元素，形成强化相Mg/Zn2，对铝合金产生明显的强化作用；Mg/Zn2的含量从0.5%提高到12%时，可明显增加抗拉强度和屈服强度；镁元素的含量超过形成Mg/Zn2相所需超硬铝合金中，锌元素和镁元素的比例控制在2.7左右时，应力腐蚀开裂抗力最大。如在Al-Zn-Mg基础上加入铜元素，形成Al-Zn-Mg-Cu系合金，其强化效果在所有铝合金中最大。

较好的是，其中元素Mn和Cr的总量≤0.03%；其他元素的单个含量≤0.02%，且其他元素的总含量≤0.10%，以保证压铸件后期的热处理性能。

例如，由中国台湾穗高科技股份有限公司生产的型号为7K03的七系铝锭，以该公司2017/06/07生产的T17060702批次的七系铝锭为例，经过Spark OES分光仪实际测定，该批次七系铝锭所包含的非AL组分及其重量百分比是：Zn4.99%、Mg1.84%、Fe0.065%、Cu0.038%、Zr0.031%、Si0.033%、Mn0.003%、Cr0.001%、Ti0.021%、V0.005%、Ga0.015%、Sn0.001%，Mn+Cr总量0.004%，其他元素的单个含量为0.015%，且其他元素的总含量为0.021%。

该七系铝锭的材料强度要明显高于传统的专用压铸原料，锌元素和镁元素的比例为2.712，可以满足智能手机及其配件中有较高强度需求的结构。

较好的是，压铸前所用七系铝合金原材料的料温保持在720±10℃，若料温太高则容易导致其成分烧毁，而料温太低则成型效果差。

如图3所示，图3是本发明七系铝合金小件压铸方法的流程图，对于压铸类似图1所示的七系铝合金小件，该压铸方法使用在卧式冷室压铸机上，以3300KN合模力的卧式冷室压铸机为例，所使用蓄能器的压力160bar，冲头直径50mm，料柄厚度20±5mm，该压铸方法具体包括以下步骤：

步骤S110、低速压射阶段：压射冲头的行进速度低于1.0m/s，低速主要用于排气，若压射冲头的行进速度过快，则会形成湍流并容易出现产品包气的现象；

步骤S120、高速压射阶段：压射冲头的行进速度高于3.0m/s，高速主要用于成型，若压射冲头的行进速度过慢，则会产生残次品；

步骤S130、保压阶段：压射冲头停止行进，保压压力170±10bar；

步骤S140、延时挤压阶段：利用汽缸结合储能器的压力对模具中的挤压包部分进行挤压，挤压压力130~150bar，挤压时间2.5~3s；且延时挤压阶段的开始时刻比保压阶段的开始时刻延时0.05~0.15s；延时挤压阶段的延时时间和挤压时间的长短可以根据铝合金小件的重量进行确定。

步骤S150、冷却阶段：持续步骤S130的保压压力，时间≥3s；冷却时间的长短可以根据铝合金小件的重量进行确定。

本发明提供的七系铝合金小件的压铸方法，由于对成型模具的挤压包采用了延时挤压手段，保压时不再填料，通过模具的挤压包对型腔中尚未完全凝固的填料在体积上进行挤压，以使其芯部组织和结构更加致密，由此压铸出的铝合金小件，避免了在壁厚较厚的芯部位置出现结构疏松，后期热处理之后也不会出现局部裂缝、裂纹以及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷；经过实测，热处理之后的铝合金小件确实要比使用传统压铸原料的材料强度高很多。

在本发明压铸方法的优选实施方式中，以一出四压铸图1所示的铝合金小件为例，具体的，所述步骤S110的低速压射阶段依次由以下三个阶段组成：

步骤S111、压射一段：压射冲头行进速度0.2m/s，行程0~80mm；

步骤S112、压射二段：压射冲头行进速度0.3m/s，行程80~200mm；

步骤S113、压射三段：压射冲头行进速度0.5m/s，行程200~250mm。

而在所述步骤S120的高速压射阶段，具体的，压射冲头行进速度3.5m/s，行程250~280mm，以满足模具填料所需。

较好的是，在步骤S110的低速压射阶段，还包括对所述模具中的波浪式排气槽进行抽真空的步骤；该抽真空的步骤比所述步骤S111的压射一段延时0.5s启动，即当所述压射冲头封住料口时开始抽真空；且抽真空的时间持续2.5s，即持续到保压阶段的开始时刻；以加快排出模具型腔中的空气，进一步避免产品出现包锡的现象。

较好的是，压铸时所用压铸模具的前模温度保持在260±10℃，后模温度保持在280±10℃，以保证压铸件批次的稳定性。

基于上述压铸方法，本发明还提出了一种七系铝合金小件，至少有两处壁厚不一的结构，该铝合金小件以七系铝合金为原材料，通过上述任一实施例中的压铸方法压铸成型，产品芯部结构致密，且经过T4和T6热处理之后，整体强度较高，产品不会出现局部裂缝、裂纹以及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷。

所谓的T4和T6热处理，在本文中指的是，针对压铸铝产品进行先T4后T6的热处理方式，用于提高铝合金件的整体强度；其中，T4热处理指的是固溶处理加自然时效，固溶处理指的是将压铸铝产品加热到高温单相区恒温保持一段时间，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却(例如空冷、油冷或水冷等)，以得到过饱和固溶体的热处理工艺，相当于调质处理，以软化其芯部组织，增加产品的韧性；而T6热处理指的是固溶处理之后的完全人工时效处理，即采用较高的时效温度和较长的保温时间，获得最大的硬度和最高的抗拉强度，但伸长率较低，相当于回火处理，以消除产品内应力，提高表面硬度。

对本发明采用七系铝合金原材料的压铸铝产品而言，在T4热处理中的固溶处理阶段，单相区温度优选控制在535℃±10℃之间，时间控制在2小时左右；而T6热处理优选由两段人工时效组成，第一段人工时效在时效温度100℃±5℃下保持5小时，第二段人工时效在时效温度150℃±5℃下保持15小时，由此热处理之后的压铸铝产品的整体强度最高。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种七系铝合金小件的压铸方法，用于卧式冷室压铸机上，其特征在于，依次包括以下步骤：

A、压射冲头行进速度低于1.0m/s的低速压射阶段；

B、压射冲头行进速度高于3.0m/s的高速压射阶段；

C、压射冲头停止行进时的保压阶段，保压压力170±10bar；

D、利用汽缸结合储能器的压力对模具中的挤压包部分进行挤压的延时挤压阶段，挤压压力130～150bar，挤压时间2.5～3s；且延时挤压阶段的开始时刻比保压阶段的开始时刻延时0.05～0.15s；

E、保压压力持续的冷却阶段，时间≥3s；

T4热处理和T6热处理阶段：所述T4热处理中的固溶处理阶段，单相区温度控制在535℃±10℃之间，时间保持2小时，所述T6热处理由两段人工时效组成，第一段人工时效在时效温度100℃±5℃下保持5小时，第二段人工时效在时效温度150℃±5℃下保持15小时；

所述步骤A的低速压射阶段依次由以下三个阶段组成：

A1、压射一段：压射冲头行进速度0.2m/s，行程0～80mm；

A2、压射二段：压射冲头行进速度0.3m/s，行程80～200mm；

A3、压射三段：压射冲头行进速度0.5m/s，行程200～250mm；

且在所述步骤B的高速压射阶段中：压射冲头行进速度3.5m/s，行程以满足模具填料所需；

所述步骤A还包括对所述模具中的波浪式排气槽进行抽真空的步骤；当所述压射冲头封住料口时开始抽真空，且抽真空的时间持续到保压阶段的开始时刻。

2.根据权利要求1所述的七系铝合金小件的压铸方法，其特征在于：压铸时所用压铸模具的前模温度保持在260±10℃，后模温度保持在280±10℃。

3.根据权利要求1所述的七系铝合金小件的压铸方法，其特征在于：压铸前所用七系铝合金原材料的料温保持在720±10℃。

4.一种七系铝合金小件，至少有两处壁厚不一的结构，其特征在于：以七系铝合金为原材料，通过所述权利要求1至3中任一项所述的七系铝合金小件的压铸方法压铸成型。

5.根据权利要求4所述的七系铝合金小件，其特征在于：所用七系铝合金原材料中所包含的非AL组分及其重量百分比含量为：Zn4.90～5.10％、Mg1.75～1.85％、Fe0.050～0.085％、Cu0.025～0.055％、Zr0.03～0.05％、Si≤0.05％、Mn≤0.02％、Cr≤0.02％、Ti≤0.025％、V≤0.02％、Ga≤0.02％、Sn≤0.02％。

6.根据权利要求5所述的七系铝合金小件，其特征在于：其中Mn和Cr的总量≤0.03％；其他元素的单个含量≤0.02％，且其他元素的总含量≤0.10％。

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