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真空压铸镁合金LED灯散热器铸件的研究

陈思涛 发表于2025/8/22 9:54:09 真空压铸件快压射速度力学性能
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原标题:压铸生产案例!真空压铸LED灯散热器铸件研究

镁合金具有比强度、比刚度高,抗冲击性能好,电磁屏蔽性、导热性优良,易于回收利用等特点,同时具有良好的铸造性能和耐蚀性能,在航空、航天、3C等行业应用广泛,如镁合金可替代铝合金,用于制备大功率LED散热器。要获得组织致密、性能良好的镁合金压铸件,真空压铸成形是其主要的成形方法之一。针对目前真空压铸所存在的型腔抽气效率低、真空阀关闭不可靠、真空阀反应速度慢、价格昂贵等缺点,设计出一套含有全过程和半过程排气通道的真空抽气系统。进行真空压铸时,合理的工艺参数能够获得质量良好的压铸件。前期研究发现,快压射速度对真空压铸件的组织性能、力学性能存在很大影响。因此,研究不同快压射速度对镁合金真空压铸件质量的影响具有积极意义。以AZ91D镁合金为研究对象,采用自主设计的真空抽气系统进行3组真空压铸试验,研究不同快压射速度对真空压铸件力学性能及组织的影响。

图文结果

采用大型AZ91D镁合金LED灯散热器作为目标产品,运用Solidworks软件对散热器进行三维实体建模,其结构图见图1。铸件尺寸为220mm×130mm×170mm,厚度不均匀,最厚为8mm,最薄为1.8mm,平均厚度为4.5mm。散热片最薄,在每一片散热片上的适当部位设置圆柱形推杆位置,从而保证整个压铸件在脱模过程中受力均匀,便于顺利脱模。根据铸件的结构特征和成形方式设计了浇注系统。

试验在DM400卧式冷室压铸机上进行,为了保护模具,提高铸件的成形效率,降低废品率,采用AODE油循环模温机对模具预热到200℃。真空排气系统示意图见图2。含有全过程和半过程排气通道的真空抽气系统工作原理为:压铸开始前,总阀关闭,真空泵开始对真空罐持续抽气,使其达到预先设定好的真空度。压铸开始时,半过程排气电磁阀处于开启状态,当金属液通过浇料口进入压室时,压射冲头开始压射,当压射冲头越过浇料口并触动感应开关时,总阀打开,真空罐通过全过程排气通道和半过程排气通道同时对型腔进行抽气,当压射冲头推动金属液体向前运动触动快压射感应开关时,半过程排气电磁阀靠电磁力快速关闭,而全过程排气通道继续对型腔进行抽气,见图2b。当金属液体充满型腔进入弯曲狭窄的全过程排气通道而冷却凝固时,停止抽气,此时一次真空压铸试验结束,获得真空压铸件。

图1 压铸件三维模型

表1 AZ91D镁合金热物性参数

图2 真空抽气系统示意图
1.静模 2.动模 3.真空罐 4.真空泵 5.浇料口 6.冲头 7.压室 8.型腔 9.电磁阀 10.半过程排气通道 11.全过程排气通道 12.总阀

表2 压铸工艺参数

真空压铸件见图3。观察可知,3组散热器真空压铸件外形完整,没有出现充不满的现象,外观几乎无差别。仔细观察发现,L1部分散热片产生了冷隔,见图4,因此当产品受静载或循环应力的时候很容易出现裂纹甚至断裂,严重影响产品的使用安全性,另外还出现了表面流痕,这是由于快压射速度低,首先进入压铸模具型腔内的金属液形成较薄而不完整的金属层后,被后续的金属液覆盖而留下痕迹,从而影响压铸件的表面质量,见图4b。L2散热片则没有发现明显的冷隔及表面流痕缺陷;L3由于快压射速度较高,金属液快速填充型腔时,对其造成很大的冲击,易产生飞边,增加了产品机加工的成本与时间,造成材料浪费,同时缩短模具寿命。

图3 散热器真空压铸件

图4 L1散热片表面缺陷

采用L1~L3工艺参数分别制取普通压铸件与真空压铸件若干。分别对3组试验制取的普通压铸件和真空压铸件进行取样,取样位置分为散热片第2片和底板两部分,见图2。采用电火花线切割机制取金相晶相试样和拉伸试样,用JHY-5000电子万能实验机对散热片进行力学性能测试。可以看出,L1散热片上存在尺寸较大的缩孔和分布范围较广的缩松;L2散热片上的缩松范围较小,尺寸较小;L3散热片存在尺寸较大的缩孔和缩松。L1底板存在尺寸较小的缩孔但分布范围广;L2底板存在少量缩松和尺寸较小的缩孔;L3底板存在多处缩松和缩孔。分析认为,采用自主设计的真空抽气系统能够把模具型腔的大部分气体抽出,因而制得的真空压铸件内部气孔有所减少,但由于快压射速度不同导致抽真空时间不同,模具型腔的最终气压也不同,型腔里金属的流动状态也有差异,所以3组试验制得的真空压铸件其缩松、缩孔也有差别。

表3 散热片力学性能

图5 真空压铸散热片显微组织

图6 真空压铸散热器底板显微组织图

结论

(1)采用新型真空抽气系统进行真空压铸试验,结果表明镁合金散热器真空压铸件外形完整、冷隔较少,开裂件数明细降低,与相同工艺参数的普通压铸件相比,其平均抗拉强度提高了12%,伸长率提高了72%。

(2)当快压射速度较高时,真空压铸件容易出现缩松、缩孔等铸造缺陷;当快压射速度较低时,则容易出现冷隔、表面流痕等铸造缺陷,从而影响产品的最终质量。

(3)在快压射速度为4m/s、慢压射速度为0.2m/s、慢压射距离为120mm、压射比压为84MPa的条件下,能够获得外形完整、组织致密、力学性能良好的镁合金真空压铸件。

本文作者:
陈思涛1 宋东福2 戚文军2 周峰1
1.佛山职业技术学院智能制造学院;
2.广东省科学院新材料研究所

本文转载自:《特种铸造及有色合金》

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