CN110373582A

CN110373582A - 一种铝合金超薄壁精密结构件的生产工艺

Info

Publication number: CN110373582A
Application number: CN201910791400.1A
Authority: CN
Inventors: 王连登; 王火生
Original assignee: Fujian Ding Zhi Xin Mstar Technology Ltd
Current assignee: Fujian Ding Zhi Xin Mstar Technology Ltd
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2019-10-25
Anticipated expiration: 2039-08-26
Also published as: CN110373582B

Abstract

本发明提供了一种铝合金超薄壁精密结构件的生产工艺，所述铝合金材料的成分按质量百分数计为：硅含量2‑8%，镁含量0.05‑5%，铁小于0.9%，锰小于1%，铜小于0.5%，锌小于0.5%，锶小于0.05%，钛小于0.05%，其余为铝含量，并具体限定了采用较高粘度的金属液进行成型，改变原来金属液在压铸过程的喷射成型过程的方式，采用无喷射层流方式进行成型，可以克服在传统液态金属成型过程中由于金属液的表面张力及金属液表面的氧化膜，以及喷射成型过程的包卷气现象对结构件上的散热齿或型腔其它特征等最小壁厚位置不易成型部分，进行薄壁成型，减少成型过程的包卷气现象，提高材料产品的致密度。

Description

一种铝合金超薄壁精密结构件的生产工艺

技术领域

本发明具体涉及一种铝合金超薄壁精密结构件的生产工艺。

背景技术

超薄壁铝合金精密结构件广泛应用于等众多国民经济发展的支柱产业中，如汽车零部件、通讯设备、航空器材、高速机车、电气设备制造、精密机电设备制造等高精尖领域，其对产品的内部冶金质量和加工精度有着严格的要求。未来轻合金精密结构件将向高度集成化、整体化、轻量化（如壁厚减薄）及功能化（如增加散热效果）的方向发展。

目前铝合金最常见的成型方式是液态高压铸造（简称“压铸”），压铸工艺具有生产率高，铸件精密等特点，生产结构件具有优势。但在压铸生产过程铸件易产生卷气、冷隔等缺陷，特别是对于壁厚小于1.2mm精密结构件，由于金属液表面张力的作用以及金属液在高压下的喷射流动，流动阻力大，无法进行薄壁区域的充填，如果壁厚进一步再减薄，产品质量与合格率会进一步下降。

对于应用通讯机站的滤波器壳体等超薄高导热的铝合金铸件，其散热翅片壁厚一般要求小于1mm，导热率大于140 W/mK，传统的压铸成型工艺无法满足要求，因此需要开发一种更优的成型工艺来生产这类超薄高导热的铝合金铸件。

发明内容

传统的铝合金高压铸件易存在气孔、氧化夹杂、冷隔、浇不足等缺陷，而超薄壁高导热的铝合金铸件一般要求导热率达到140 W/mK，最薄壁厚处小于1mm。传统高压铸造的气孔和氧化夹杂会影响铸件的热导率，且由于表面张力作用会增大铸件薄壁处的流动阻力，造成浇不足的缺陷。本发明目的是解决传统高压铸造工艺的不足，开发一种适用于薄壁高导热铝合金铸件的成型工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铝合金超薄壁精密结构件的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、铝合金材料的成分设计

铝合金超薄壁精密结构件材料的成分按质量百分数计为：硅含量2-8%，镁含量0.05-5%，铁小于0.9%，锰小于1%，铜小于0.5%，锌小于0.5%，锶小于0.05%，钛小于0.05%，其余为铝含量。

优选的：硅7.5%，镁0.45%，铁0.7%，锰0.5%，铜0.03%，锌0.02%，锶0.03%，钛0.04%，其余为铝含量。

步骤二、铝合金熔炼工艺

按配比将原料硅、镁、铁、锰、铜、锌、锶、钛、铝混合，在700-720℃下进行熔炼，当温度达到设定的温度，通入高纯氮气或氩气进行精炼处理，除去氧化夹杂物，降低合金液中氢含量至0.2-0.4ml/100g；高粘度铝合金的流体的实现是采用机械搅拌、电磁搅拌或超声波搅拌方式结合添加变质剂的工艺细化晶粒，添加晶粒细化变质剂后，在铝合金熔体的凝固降温过程中，对铝合金熔体进行搅拌，控制铝合金熔体的温度在580-610℃之间，进一步细化变质材料晶粒，使晶粒大小控制在200μm以内，晶粒圆整度控制在0.6以上，高粘度流体的固相率控制5-40%之间，用此高粘度流体进行后续的压铸生产；

步骤三、铸造工艺优化设计

壁厚小于1.2mm的带腔体或散热齿的精密结构件的铸造工艺图先参照原来液态压铸的工艺参数设计，在此基础上，对原先的工艺参数进行修改，首先将液态充填流动方式改为高精度流体的流动方式，然后将原液态成型的浇注系统放大为高粘度流体所需要的浇口流道等，放大比例是根据等流量相等原则，高粘度液体的浇注系统比原来传统液态大1-3倍，或者在跟铸件相接浇注位置，将此处的液态的浇注系统的浇口厚度设置相等或大于该位置铸件厚度的50%-150%，保证大浇口的流速稳定，再通过CAE软件模拟检查高粘度流体在充型过程是否会有产生喷射紊流现象，通过调整相关的工艺参数，如降低一级的冲头速度，相对液态压铸，冲头速度降低到原来的10%-50%，使内浇口流速在成型薄壁结构件时，不会流速过大，保证浇口与流道在高粘度流体的流动下能保证充满型腔，同时不会产生喷射现象；

步骤四、高压铸造成型

壁厚小于1.2mm的带腔体或散热齿的精密结构件采用高压铸造工艺生产，为了实现无喷射层流运动，需要在控制冲头压射速度与浇口速度，根据不同冲头与料筒的情况，使压室里高粘度浆体的流动前端不能产生包卷气，避免把压室的空气与高粘度浆体混合一起，为此压射速度与浇口速度必须严格控制比例。一级慢射的压射速度一般控制在0.1-0.5m/s之间，浇口的比例比原来液态压铸的工艺高3-7倍。当高粘度流体充型腔60-70%后，二级压射增加至3-10m/s，而后开始保压凝固。一般正常压铸机，如1000吨，对高粘度流体的压射循环周期是90秒。由于高粘度流体的温度比正常生产的铝合金液温度低，所需要模具温度较传统的压铸工艺模具温度高，一般须控制在250-350℃之间。

本发明的优点在于：

应用于通讯机站的滤波器壳体等超薄高导热铝合金铸件，其散热翅片壁厚一般要求小于1mm，材料的导热率大于140 W/mK，传统的压铸成型工艺难以充填薄壁翅片区域，由于金属液在高压下为湍流，易造成卷气、夹杂物等缺陷，会影响铸件最终的导热率。要获得完整的、少或无卷气夹杂的超薄压铸件，重点需要解决铝合金液在高压下的流动性与流动状态控制问题。

本发明拟采用较高粘度的金属液进行成型，改变原来金属液在压铸过程的喷射成型过程的方式，采用无喷射层流方式进行成型，高粘度的金属液的制备是采用机械搅拌、电磁搅拌、超声波等搅拌方式结合其它细化晶粒方式，细化并球化金属液凝固组织下制备而成的，合金温度降到固相线以下20-30℃，金属液形成球状晶凝固组织，一般控制在10%-40%以上的固相率，在这样的粘度下，在压射速度小于5m/s时，使得高粘度的金属流体产生无喷射层流运动，这样可以克服在传统液态金属成型过程中由于金属液的表面张力及金属液表面的氧化膜，以及喷射成型过程的包卷气现象对结构件上的散热齿或型腔其它特征等最小壁厚位置不易成型部分，进行薄壁成型，减少成型过程的包卷气现象，提高材料产品的致密度。同时在材料上控制含Fe, Mn, Mg, Si等元素比例，控制产品材料中的不利于导热率的长针状相的硬质点形成，提高材料的导热率。

本发明可以制备得到散热翅片壁厚一般要求小于1mm，导热率大于140 W/mK的超薄壁铝合金精密结构件。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本发明的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。

实施例1

超薄壁腔体精密结构件生产

步骤一、材料成分确定

所述铝合金材料的成分按质量百分数计为：硅7.5%，镁0.45%，铁 0.7%，锰0.5%，铜0.03%，锌0.02%，锶0.03%，钛0.04%，其余为铝含量。

步骤二、高粘度流体的制备：

熔化温度为700℃，材料通入高纯氮气进行精炼处理，除去氧化夹杂物，降低合金液中的氢含量至0.3ml/100克，采用机械搅拌与添加晶粒变质剂方式对铝合金熔体进行复合搅拌。添加晶粒变质剂后，在铝合金熔体的凝固降温过程中，对铝合金熔体进行搅拌，当熔体的温度控制在580℃，可细化变质材料晶粒，使晶粒大小控制在200ｕm以内，晶粒圆整度控制在0.6以上，此时，高粘度流体的固相率控制15%。此后用这些高粘度浆体进行压铸生产。

步骤三、超薄壁腔体（最小壁厚小于1.2mm）精密结构件的CAE模拟工艺优化

对产品先进行初步的工艺设计，包括浇口，浇道，直浇口，溢流槽，排气孔等工艺参数进行设置，参照原来液态压铸的工艺，高粘度流体所需要的浇口流道等比原来大4倍，通过CAE模拟检查高粘度流体在充型过程是否会有产生喷射紊流现象，通过调整相关的工艺参数，特别是冲头一二级速度，保证浇口与流道在高粘度流体的流动下能保证充满型腔，同时不会产生喷射现象，特别是对于壁厚小于1.2mm的散热齿或腔体结构之间的间隙，如果模拟过程产生喷射，这些部位将产生冷隔、卷气或浇不足等铸造缺陷。

步骤四、压铸生产工艺

模具温度采用模温机控制在300℃左右。根据铸件投影面积与重量大小，选择相应的铸造设备，如1000吨压铸机，在开始第一级压铸过程中，压射速度控制0.2m/s，当高粘度流体充型腔60%，二级压射速度为4m/s，而后进行保压凝固。整个压射循环90秒左右，出模。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种铝合金超薄壁精密结构件的生产工艺，其特征在于，所述铝合金材料的成分按质量百分数计为：硅含量2-8%，镁含量0.05-5%，铁小于0.9%，锰小于1%，铜小于0.5%，锌小于0.5%，锶小于0.05%，钛小于0.05%，其余为铝含量。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金超薄壁精密结构件的生产工艺，其特征在于，所述铝合金材料的成分按质量百分数计为：硅7.5%，镁0.45%，铁0.7%，锰0.5%，铜0.03%，锌0.02%，锶0.03%，钛0.04%，其余为铝含量。

3. 根据权利要求1或2所述的一种铝合金超薄壁精密结构件的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、高粘度流体的制备

按配比将原料硅、镁、铁、锰、铜、锌、锶、钛、铝混合，在700-720℃下进行熔炼，通入高纯氮气或氩气进行精炼处理，除去氧化夹杂物，降低合金液中氢含量至0.2-0.4ml/100g，然后采用搅拌和添加变质剂组合工艺细化晶粒，添加晶粒细化变质剂后，在铝合金熔体的凝固降温过程中，对铝合金熔体进行搅拌，控制铝合金熔体的温度在580-610℃之间，进一步细化变质材料晶粒，使晶粒大小控制在200μm以内，晶粒圆整度控制在0.6以上，高粘度流体的固相率控制5-40%之间，用此高粘度流体进行后续的压铸生产；

步骤二、铸造工艺优化设计

壁厚小于1.2mm的带腔体或散热齿的精密结构件的铸造工艺图先参照原来液态压铸的工艺参数设计，然后将高粘度流体所需要的浇口流道等比原来大1-7倍，通过CAE模拟检查高粘度流体在充型过程是否会有产生喷射紊流现象，通过调整相关的工艺参数，保证浇口与流道在高粘度流体的流动下能保证充满型腔，同时不会产生喷射现象；

步骤三、高压铸造成型

壁厚小于1.2mm的带腔体或散热齿的精密结构件采用高压铸造工艺生产，模具温度采用模温机控制在250-350℃，选择相应铸造设备，并严格控制压射速度：一级慢射的压射速度控制在0.1-0.5m/s，当高粘度流体充型腔60-70%后，二级压射速度增加至3-10m/s，而后开始保压凝固，对高粘度流体的压射循环周期是90秒，出模。