原标题：压铸A380合金薄壁壳体工艺研究

摘要：为了生产出合格的高精度、轻量化薄壁壳体铸件，采用压铸性能好的A380铝合金，在冷室压铸机上，确定影响因素及水平，合理地设计试制试验。采用正交试验，确定最优工艺参数，得到了合格的薄壁压铸A380合金壳体件。

铸造铝合金由于其较小的密度和较高的强度，广泛地应用于机电、汽车、航空、航天等领域。随着绿色、节能、环保的意识提高，以及碳中和的要求，零部件的轻量化、精密化及整体化的要求也越来越高。壁厚小于4 mm，局部可低于0.5 mm的高质量的铝合金铸件受到重视。

1、产品概况

图1为铝合金薄壁壳体的零件图。壳体的壁厚有2.5、3.0、4.6 mm等多个壁厚尺寸，而且有多个腔室，结构复杂，是典型的薄壁多腔室零件。

图 1薄壁壳体

薄壁壳体铝合金铸件的表面积大且平均壁厚小，表面张力极大的影响充型的流动条件和状态。导致成形困难，易变形，且补缩通道易闭合，经常会出现浇不足、缩松及缩孔等缺陷，从而导致铸件质量较差。同时薄壁壳体铸件，加工余量少，存在尺寸控制难度较大的特点。因此，薄壁壳体铝合金铸件采用传统的低压、差压铸造工艺困难较大。

A380铝合金铸造性能良好，由于其Cu含量较高，具有较好的强度与机加工性能，在铝合金压铸件中得到广泛应用，其化学成分见表1。

表1 A380合金化学成分表 wb/%

为了快速获得稳定可靠的薄壁铝合金壳体制造工艺流程，通常通过试验获得准确、可靠的工艺数据。以得到理想的合格零件，随后再将工艺数据制订成工艺卡片，从而实现零件的批量化生产。

因此，为了获得高质量的A380合金薄壁壳体，采用压力铸造，通过对多个关键工艺参数进行正交试验，分析关键工艺参数对薄壁壳体质量的影响，旨在为其应用提供参考。

2、压铸A380合金薄壁壳体工艺过程

A380合金壳体的开发设计流程，详见图2。

图2 壳体设计流程

为了得到合格的薄壁壳体零件，要对壳体毛坯进行去飞边、X射线检测、紫外线荧光检测。其中， X射线检测是为了检查零部件内部缩松、缩孔等缺陷；紫外线荧光检测，是检查壳体表面的微小铸造裂纹；由于壳体属于功能性装配件，还有气密性检测要求，所以需要对壳体进行泄漏检测，保证壳体工作时，流通的高温气体不泄露，可以快速建立起压力。根据薄壁壳体的投影面积，选择合模力为3 500 kN的力劲冷压室压铸机。

1.1.1 壳体铸造过程关键工艺

图3 压铸机压射过程示意图

图3为压铸机压射过程示意图。影响薄壁壳体质量的关键参数有速度、压力及时间。慢速压射速度，由t0-t1和t1-t2两段组成，用V01及V12表示；高速转换点t2开始位置（压铸最重要的参数），高速压射区间为L2(t2-t3)；V充为填充速度；P比为增压比压。t充、t增和t留为填充时间、增压时间和留模时间。

实际使用的压铸主要工艺参数见表2。

表2 压铸A380合金薄壁壳体件的工艺参数

3、薄壁壳体正交实验设计

针对速度、比压、时间等关键参数，采用正交试验，以获得优化的工艺参数。
采取7因子3水平L27（37）正交表见表3。正交试验表见表4

4、试验结果与分析

为了获得准确可靠的数据，按照试验工艺，每一组压铸10件薄壁壳体，通过田口DOE计算，获得压铸A380合金壳体的最优工艺参数。

优化目标是表面质量、内部缺陷及气密性。根据试验及检测结果，得到的数据见表5。对所有数据，输入到Minitab软件的设计表中，按照实验条件与结果之间的关系，通过软件自动获得各个影响因素对结果的均值曲线，并根据均值曲线进行科学分析，获得最优参数。

表5 正交试验结果

4.1 影响因素对结果的分析

对表5进行DOE正交计算，获得7个因素均值与均值主效应图的影响曲线，可以分析出7个因素对薄壁壳体的影响。

因为壳体成品率属于望大特性，通过正交计算，可以得到针对壳体试验均值主效应图，见图4；同时，可以得到信噪比主效应图，见图5。

根据图4，通过正交计算，可以得出试验均值响应表，详见表6；根据图5，通过正交计算，可以得出试验信噪比响应表，见表7。

表6 均值响应

表7 信噪比响应

从图4可以得出，P比与试验均值呈正相关且为线性关系，即随着P比的增加，试验均值也显著增加。这是因为，高的P比能推动金属液基本充满型腔，同时高的比压会使金属的内部组织更为细密，从而使铸件的质量有显著提高；但是P比太大会出现跑铝、损坏模具甚至压铸机的现象，所以实际生产中，P比尽量选取中间值。另外，V01对试验均值的响应曲线，变化较大，当V01从低到高时，会得到外形轮廓清晰度好的铸件，同时铸件表面质量高；但是，过高的V01会使铝液在压室出现卷积现象，造成铸件表面出现叠皮现象。当t增时间长，铝液已经凝固，对于薄壁壳体，会造成壳体表面裂纹。因此，薄壁壳体的t增要做到薄、厚兼顾。时间太短，厚壁处因补缩不足，会出现缩孔、缩松等缺陷；时间过长，会造成薄壁表面开裂。所以，对于体积大，形状复杂的壳体薄壁铸件，t增要选择适中。而，V12、V充、t充和t留基本是围绕着试验均值的中线波动，因此可以理解为这4个因素对试验均值响应影响较小。

通过表6均值响应和表7信噪比响应可以得出，正交试验结果的极差。从表7可以得出，最主要的因素是V01，水平2的工艺参数对信噪比的响应最敏感；其次是t增，水平2的工艺参数对信噪比的响应最敏感；然后是P比，水平3的工艺参数对信噪比的响应最敏感，但是，根据经验，过高的P比会对模具及设备造成破坏性影响，因此，推荐P比的工艺参数也选择2水平。按照这个方法，针对这三种参数的响应因素，选择水平为2会得到较好的望大特性。

5、结论

采用A380合金结合压力铸造比较适宜制造结构复杂的薄壁壳体零件。采用正交试验算法，给出了优化的工艺参数。充型速度为0.2m/s,增压时间为5 s，压射比压为60 MPa。

作者：

吴玲
燕山大学机械工程学院
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本文来自:《特种铸造及有色合金》杂志2022年第42卷第05期