.jpg) 原標(biāo)題：壓鑄A380合金薄壁殼體工藝研究 摘要：為了生產(chǎn)出合格的高精度、輕量化薄壁殼體鑄件，采用壓鑄性能好的A380鋁合金，在冷室壓鑄機(jī)上，確定影響因素及水平，合理地設(shè)計(jì)試制試驗(yàn)。采用正交試驗(yàn)，確定最優(yōu)工藝參數(shù)，得到了合格的薄壁壓鑄A380合金殼體件。 鑄造鋁合金由于其較小的密度和較高的強(qiáng)度，廣泛地應(yīng)用于機(jī)電、汽車(chē)、航空、航天等領(lǐng)域。隨著綠色、節(jié)能、環(huán)保的意識(shí)提高，以及碳中和的要求，零部件的輕量化、精密化及整體化的要求也越來(lái)越高。壁厚小于4 mm，局部可低于0.5 mm的高質(zhì)量的鋁合金鑄件受到重視。 1、產(chǎn)品概況 圖1為鋁合金薄壁殼體的零件圖。殼體的壁厚有2.5、3.0、4.6 mm等多個(gè)壁厚尺寸，而且有多個(gè)腔室，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是典型的薄壁多腔室零件。
圖 1薄壁殼體 薄壁殼體鋁合金鑄件的表面積大且平均壁厚小，表面張力極大的影響充型的流動(dòng)條件和狀態(tài)。導(dǎo)致成形困難，易變形，且補(bǔ)縮通道易閉合，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)澆不足、縮松及縮孔等缺陷，從而導(dǎo)致鑄件質(zhì)量較差。同時(shí)薄壁殼體鑄件，加工余量少，存在尺寸控制難度較大的特點(diǎn)。因此，薄壁殼體鋁合金鑄件采用傳統(tǒng)的低壓、差壓鑄造工藝?yán)щy較大。 A380鋁合金鑄造性能良好，由于其Cu含量較高，具有較好的強(qiáng)度與機(jī)加工性能，在鋁合金壓鑄件中得到廣泛應(yīng)用，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。
表1 A380合金化學(xué)成分表 wb/% 為了快速獲得穩(wěn)定可靠的薄壁鋁合金殼體制造工藝流程，通常通過(guò)試驗(yàn)獲得準(zhǔn)確、可靠的工藝數(shù)據(jù)。以得到理想的合格零件，隨后再將工藝數(shù)據(jù)制訂成工藝卡片，從而實(shí)現(xiàn)零件的批量化生產(chǎn)。 因此，為了獲得高質(zhì)量的A380合金薄壁殼體，采用壓力鑄造，通過(guò)對(duì)多個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，分析關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)薄壁殼體質(zhì)量的影響，旨在為其應(yīng)用提供參考。 2、壓鑄A380合金薄壁殼體工藝過(guò)程 A380合金殼體的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程，詳見(jiàn)圖2。
圖2 殼體設(shè)計(jì)流程 為了得到合格的薄壁殼體零件，要對(duì)殼體毛坯進(jìn)行去飛邊、X射線(xiàn)檢測(cè)、紫外線(xiàn)熒光檢測(cè)。其中， X射線(xiàn)檢測(cè)是為了檢查零部件內(nèi)部縮松、縮孔等缺陷；紫外線(xiàn)熒光檢測(cè)，是檢查殼體表面的微小鑄造裂紋；由于殼體屬于功能性裝配件，還有氣密性檢測(cè)要求，所以需要對(duì)殼體進(jìn)行泄漏檢測(cè)，保證殼體工作時(shí)，流通的高溫氣體不泄露，可以快速建立起壓力。根據(jù)薄壁殼體的投影面積，選擇合模力為3 500 kN的力勁冷壓室壓鑄機(jī)。 1.1.1 殼體鑄造過(guò)程關(guān)鍵工藝
圖3 壓鑄機(jī)壓射過(guò)程示意圖 圖3為壓鑄機(jī)壓射過(guò)程示意圖。影響薄壁殼體質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)有速度、壓力及時(shí)間。慢速壓射速度，由t0-t1和t1-t2兩段組成，用V01及V12表示；高速轉(zhuǎn)換點(diǎn)t2開(kāi)始位置（壓鑄最重要的參數(shù)），高速壓射區(qū)間為L(zhǎng)2(t2-t3)；V充為填充速度；P比為增壓比壓。t充、t增和t留為填充時(shí)間、增壓時(shí)間和留模時(shí)間。 實(shí)際使用的壓鑄主要工藝參數(shù)見(jiàn)表2。
表2 壓鑄A380合金薄壁殼體件的工藝參數(shù) 3、薄壁殼體正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
針對(duì)速度、比壓、時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，采用正交試驗(yàn)，以獲得優(yōu)化的工藝參數(shù)。 4、試驗(yàn)結(jié)果與分析 為了獲得準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，按照試驗(yàn)工藝，每一組壓鑄10件薄壁殼體，通過(guò)田口DOE計(jì)算，獲得壓鑄A380合金殼體的最優(yōu)工藝參數(shù)。 優(yōu)化目標(biāo)是表面質(zhì)量、內(nèi)部缺陷及氣密性。根據(jù)試驗(yàn)及檢測(cè)結(jié)果，得到的數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。對(duì)所有數(shù)據(jù)，輸入到Minitab軟件的設(shè)計(jì)表中，按照實(shí)驗(yàn)條件與結(jié)果之間的關(guān)系，通過(guò)軟件自動(dòng)獲得各個(gè)影響因素對(duì)結(jié)果的均值曲線(xiàn)，并根據(jù)均值曲線(xiàn)進(jìn)行科學(xué)分析，獲得最優(yōu)參數(shù)。
表5 正交試驗(yàn)結(jié)果 4.1 影響因素對(duì)結(jié)果的分析 對(duì)表5進(jìn)行DOE正交計(jì)算，獲得7個(gè)因素均值與均值主效應(yīng)圖的影響曲線(xiàn)，可以分析出7個(gè)因素對(duì)薄壁殼體的影響。 因?yàn)闅んw成品率屬于望大特性，通過(guò)正交計(jì)算，可以得到針對(duì)殼體試驗(yàn)均值主效應(yīng)圖，見(jiàn)圖4；同時(shí)，可以得到信噪比主效應(yīng)圖，見(jiàn)圖5。
根據(jù)圖4，通過(guò)正交計(jì)算，可以得出試驗(yàn)均值響應(yīng)表，詳見(jiàn)表6；根據(jù)圖5，通過(guò)正交計(jì)算，可以得出試驗(yàn)信噪比響應(yīng)表，見(jiàn)表7。
表6 均值響應(yīng)
表7 信噪比響應(yīng) 從圖4可以得出，P比與試驗(yàn)均值呈正相關(guān)且為線(xiàn)性關(guān)系，即隨著P比的增加，試驗(yàn)均值也顯著增加。這是因?yàn)椋叩腜比能推動(dòng)金屬液基本充滿(mǎn)型腔，同時(shí)高的比壓會(huì)使金屬的內(nèi)部組織更為細(xì)密，從而使鑄件的質(zhì)量有顯著提高；但是P比太大會(huì)出現(xiàn)跑鋁、損壞模具甚至壓鑄機(jī)的現(xiàn)象，所以實(shí)際生產(chǎn)中，P比盡量選取中間值。另外，V01對(duì)試驗(yàn)均值的響應(yīng)曲線(xiàn)，變化較大，當(dāng)V01從低到高時(shí)，會(huì)得到外形輪廓清晰度好的鑄件，同時(shí)鑄件表面質(zhì)量高；但是，過(guò)高的V01會(huì)使鋁液在壓室出現(xiàn)卷積現(xiàn)象，造成鑄件表面出現(xiàn)疊皮現(xiàn)象。當(dāng)t增時(shí)間長(zhǎng)，鋁液已經(jīng)凝固，對(duì)于薄壁殼體，會(huì)造成殼體表面裂紋。因此，薄壁殼體的t增要做到薄、厚兼顧。時(shí)間太短，厚壁處因補(bǔ)縮不足，會(huì)出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成薄壁表面開(kāi)裂。所以，對(duì)于體積大，形狀復(fù)雜的殼體薄壁鑄件，t增要選擇適中。而，V12、V充、t充和t留基本是圍繞著試驗(yàn)均值的中線(xiàn)波動(dòng)，因此可以理解為這4個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)均值響應(yīng)影響較小。 通過(guò)表6均值響應(yīng)和表7信噪比響應(yīng)可以得出，正交試驗(yàn)結(jié)果的極差。從表7可以得出，最主要的因素是V01，水平2的工藝參數(shù)對(duì)信噪比的響應(yīng)最敏感；其次是t增，水平2的工藝參數(shù)對(duì)信噪比的響應(yīng)最敏感；然后是P比，水平3的工藝參數(shù)對(duì)信噪比的響應(yīng)最敏感，但是，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，過(guò)高的P比會(huì)對(duì)模具及設(shè)備造成破壞性影響，因此，推薦P比的工藝參數(shù)也選擇2水平。按照這個(gè)方法，針對(duì)這三種參數(shù)的響應(yīng)因素，選擇水平為2會(huì)得到較好的望大特性。 5、結(jié)論
采用A380合金結(jié)合壓力鑄造比較適宜制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁殼體零件。采用正交試驗(yàn)算法，給出了優(yōu)化的工藝參數(shù)。充型速度為0.2m/s,增壓時(shí)間為5 s，壓射比壓為60 MPa。 |
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