原標(biāo)題：壓鑄生產(chǎn)案例！真空壓鑄LED燈散熱器鑄件研究

鎂合金具有比強(qiáng)度、比剛度高，抗沖擊性能好，電磁屏蔽性、導(dǎo)熱性優(yōu)良，易于回收利用等特點，同時具有良好的鑄造性能和耐蝕性能，在航空、航天、3C等行業(yè)應(yīng)用廣泛，如鎂合金可替代鋁合金，用于制備大功率LED散熱器。要獲得組織致密、性能良好的鎂合金壓鑄件，真空壓鑄成形是其主要的成形方法之一。針對目前真空壓鑄所存在的型腔抽氣效率低、真空閥關(guān)閉不可靠、真空閥反應(yīng)速度慢、價格昂貴等缺點，設(shè)計出一套含有全過程和半過程排氣通道的真空抽氣系統(tǒng)。進(jìn)行真空壓鑄時，合理的工藝參數(shù)能夠獲得質(zhì)量良好的壓鑄件。前期研究發(fā)現(xiàn)，快壓射速度對真空壓鑄件的組織性能、力學(xué)性能存在很大影響。因此，研究不同快壓射速度對鎂合金真空壓鑄件質(zhì)量的影響具有積極意義。以AZ91D鎂合金為研究對象，采用自主設(shè)計的真空抽氣系統(tǒng)進(jìn)行3組真空壓鑄試驗，研究不同快壓射速度對真空壓鑄件力學(xué)性能及組織的影響。

圖文結(jié)果

采用大型AZ91D鎂合金LED燈散熱器作為目標(biāo)產(chǎn)品，運用Solidworks軟件對散熱器進(jìn)行三維實體建模，其結(jié)構(gòu)圖見圖1。鑄件尺寸為220mm×130mm×170mm，厚度不均勻，最厚為8mm，最薄為1.8mm，平均厚度為4.5mm。散熱片最薄，在每一片散熱片上的適當(dāng)部位設(shè)置圓柱形推桿位置，從而保證整個壓鑄件在脫模過程中受力均勻，便于順利脫模。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特征和成形方式設(shè)計了澆注系統(tǒng)。

試驗在DM400臥式冷室壓鑄機(jī)上進(jìn)行，為了保護(hù)模具，提高鑄件的成形效率，降低廢品率，采用AODE油循環(huán)模溫機(jī)對模具預(yù)熱到200℃。真空排氣系統(tǒng)示意圖見圖2。含有全過程和半過程排氣通道的真空抽氣系統(tǒng)工作原理為：壓鑄開始前，總閥關(guān)閉，真空泵開始對真空罐持續(xù)抽氣，使其達(dá)到預(yù)先設(shè)定好的真空度。壓鑄開始時，半過程排氣電磁閥處于開啟狀態(tài)，當(dāng)金屬液通過澆料口進(jìn)入壓室時，壓射沖頭開始壓射，當(dāng)壓射沖頭越過澆料口并觸動感應(yīng)開關(guān)時，總閥打開，真空罐通過全過程排氣通道和半過程排氣通道同時對型腔進(jìn)行抽氣，當(dāng)壓射沖頭推動金屬液體向前運動觸動快壓射感應(yīng)開關(guān)時，半過程排氣電磁閥靠電磁力快速關(guān)閉，而全過程排氣通道繼續(xù)對型腔進(jìn)行抽氣，見圖2b。當(dāng)金屬液體充滿型腔進(jìn)入彎曲狹窄的全過程排氣通道而冷卻凝固時，停止抽氣，此時一次真空壓鑄試驗結(jié)束，獲得真空壓鑄件。

圖1 壓鑄件三維模型

表1 AZ91D鎂合金熱物性參數(shù)

圖2 真空抽氣系統(tǒng)示意圖
1.靜模 2.動模 3.真空罐 4.真空泵 5.澆料口 6.沖頭 7.壓室 8.型腔 9.電磁閥 10.半過程排氣通道 11.全過程排氣通道 12.總閥

表2 壓鑄工藝參數(shù)

真空壓鑄件見圖3。觀察可知，3組散熱器真空壓鑄件外形完整，沒有出現(xiàn)充不滿的現(xiàn)象，外觀幾乎無差別。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，L1部分散熱片產(chǎn)生了冷隔，見圖4，因此當(dāng)產(chǎn)品受靜載或循環(huán)應(yīng)力的時候很容易出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用安全性，另外還出現(xiàn)了表面流痕，這是由于快壓射速度低，首先進(jìn)入壓鑄模具型腔內(nèi)的金屬液形成較薄而不完整的金屬層后，被后續(xù)的金屬液覆蓋而留下痕跡，從而影響壓鑄件的表面質(zhì)量，見圖4b。L2散熱片則沒有發(fā)現(xiàn)明顯的冷隔及表面流痕缺陷；L3由于快壓射速度較高，金屬液快速填充型腔時，對其造成很大的沖擊，易產(chǎn)生飛邊，增加了產(chǎn)品機(jī)加工的成本與時間，造成材料浪費，同時縮短模具壽命。

圖3 散熱器真空壓鑄件

圖4 L1散熱片表面缺陷

采用L1~L3工藝參數(shù)分別制取普通壓鑄件與真空壓鑄件若干。分別對3組試驗制取的普通壓鑄件和真空壓鑄件進(jìn)行取樣，取樣位置分為散熱片第2片和底板兩部分，見圖2。采用電火花線切割機(jī)制取金相晶相試樣和拉伸試樣，用JHY-5000電子萬能實驗機(jī)對散熱片進(jìn)行力學(xué)性能測試。可以看出，L1散熱片上存在尺寸較大的縮孔和分布范圍較廣的縮松；L2散熱片上的縮松范圍較小，尺寸較小；L3散熱片存在尺寸較大的縮孔和縮松。L1底板存在尺寸較小的縮孔但分布范圍廣；L2底板存在少量縮松和尺寸較小的縮孔；L3底板存在多處縮松和縮孔。分析認(rèn)為，采用自主設(shè)計的真空抽氣系統(tǒng)能夠把模具型腔的大部分氣體抽出，因而制得的真空壓鑄件內(nèi)部氣孔有所減少，但由于快壓射速度不同導(dǎo)致抽真空時間不同，模具型腔的最終氣壓也不同，型腔里金屬的流動狀態(tài)也有差異，所以3組試驗制得的真空壓鑄件其縮松、縮孔也有差別。

表3 散熱片力學(xué)性能

圖5 真空壓鑄散熱片顯微組織

圖6 真空壓鑄散熱器底板顯微組織圖

結(jié)論

（1）采用新型真空抽氣系統(tǒng)進(jìn)行真空壓鑄試驗，結(jié)果表明鎂合金散熱器真空壓鑄件外形完整、冷隔較少，開裂件數(shù)明細(xì)降低，與相同工藝參數(shù)的普通壓鑄件相比，其平均抗拉強(qiáng)度提高了12%，伸長率提高了72%。

（2）當(dāng)快壓射速度較高時，真空壓鑄件容易出現(xiàn)縮松、縮孔等鑄造缺陷；當(dāng)快壓射速度較低時，則容易出現(xiàn)冷隔、表面流痕等鑄造缺陷，從而影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

（3）在快壓射速度為4m/s、慢壓射速度為0.2m/s、慢壓射距離為120mm、壓射比壓為84MPa的條件下，能夠獲得外形完整、組織致密、力學(xué)性能良好的鎂合金真空壓鑄件。

本文作者：
陳思濤1 宋東福2 戚文軍2 周峰1
1.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院；
2.廣東省科學(xué)院新材料研究所

本文轉(zhuǎn)載自：《特種鑄造及有色合金》