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1、薄壁鋁鑄造模對(duì)家用筆記本電腦的發(fā)展 韓國(guó)科技工業(yè)學(xué)院 2007年9月3日收稿 硅基鋁鑄造合金因其優(yōu)越的鑄造性能和獨(dú)特的機(jī)械與物理性能的結(jié)合而在合金體系中受到廣泛的應(yīng)用。但是，厚度小于1mm的薄壁鋁鑄造模的生產(chǎn)要達(dá)到高流動(dòng)性的鑄造鋁合金是公認(rèn)的很困難的任務(wù)。所以，在本研究中測(cè)試到，對(duì)于生產(chǎn)297 mm x 210 mm x 0．7 mm的薄壁鋁構(gòu)件的最優(yōu)鑄造模條件為兩個(gè)不同的澆注系統(tǒng)，切向式和拆分式以及通風(fēng)口設(shè)計(jì)。同時(shí)，還進(jìn)行了計(jì)算機(jī)凝固模擬。結(jié)果表明，拆分式的澆注系統(tǒng)，在凝固之后的總體變形和鑄造的聲效來看，比切向式的要優(yōu)越。同樣發(fā)現(xiàn)，恰當(dāng)?shù)耐L(fēng)口設(shè)計(jì)對(duì)于生產(chǎn)薄壁鑄件是至關(guān)重要的因素之一，

2、因?yàn)樗鼘?duì)薄壁件的充型和壓鑄變形的最小化有著重要影響。 關(guān)鍵詞：鋁，薄壁壓鑄模，家用筆記本電腦，冷室壓鑄機(jī) 1． 簡(jiǎn)介 在鑄造鋁合金中，鋁-硅系鋁基合金由于其優(yōu)異的性能低密度，較高強(qiáng)度強(qiáng)度和良好的鑄造性能等[1-3]是應(yīng)用最廣泛的合金系之一.目前，在電子和自動(dòng)化家用中對(duì)輕質(zhì)合金的需求正與日俱增，因?yàn)樗啾扔谒芰希谫|(zhì)輕的同時(shí)有較高阻尼和抗凹陷性。 然而，眾所周知，采用高壓鑄造技術(shù)生產(chǎn)厚度小于1mm的薄壁鋁制件由于其較差的流動(dòng)性而比較困難。這就導(dǎo)致了鋁合金在家用電子制件領(lǐng)域，比如筆記本電腦和手機(jī)等方面的應(yīng)用受到了限制。因此，在這篇論文中將探索基于包括流道，澆注系統(tǒng)和壓鑄條件最優(yōu)

3、模具設(shè)計(jì)的薄壁鋁制件的生產(chǎn)是壓鑄模技術(shù)。而且，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的澆注設(shè)計(jì)將作用于薄壁鋁制家用筆記本電腦厚度少于0.8mm的制備過程. 2.實(shí)驗(yàn) 先于實(shí)際的壓鑄模實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行壓鑄模擬來設(shè)置壓鑄和熔化條件。實(shí)驗(yàn)采用的是H13工具鋼制備的用于生產(chǎn)尺寸為210mmx297mmx0.7mm的壓鑄模模具。如圖1所示，兩種不同的澆注系統(tǒng)，切向式和拆分式用于此次研究。 商用壓鑄模鋁合金ALDC12（鋁-（9.6-12）%Si-(1.5-3.5)%Cu,如表1）熔化至780℃，模具在壓鑄之前加熱到230℃。本研究中所要用到的冷室壓鑄（機(jī)圖2）的主要參數(shù)如表2所示。熔融的鋁合金在塞頭達(dá)到壓室370mm高度之前以0.3

4、5m/s的注射速度澆注到型腔中，之后在壓室中從370到390mm高度線性的加速到2.0，3.0，3.5，4.0，和4.5m/s。表3歸納了此次研究中的壓鑄條件。 3 結(jié)果與討論 凝固模擬用于在壓鑄模實(shí)驗(yàn)之前的兩種不同澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，切向式和拆分式。熔融鋁合金在填充過程中的流動(dòng)模式和溫度分布如圖3所示。結(jié)果表明，兩種澆注系統(tǒng)在型腔填充過程中呈現(xiàn)很規(guī)則的熔體流動(dòng)。但是，在填充的最后階段，切向式的澆注系統(tǒng)出現(xiàn)在熔點(diǎn)下方（圖3a中圈示），而拆分式澆注系統(tǒng)則允許在液相線溫度之上。 如上所述，實(shí)際壓鑄模實(shí)驗(yàn)用于設(shè)計(jì)尺寸為210mmx297mmx0.7mm的家用筆記本電腦。圖4所示的是從2.0

5、到4.5m/s的不同注射速度的結(jié)構(gòu)鑄件,在低速澆注時(shí)固 11 表1 ALDC12合金的化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 表2 壓鑄機(jī)的特征參數(shù) 表3 壓鑄實(shí)驗(yàn)條件 圖1 家用筆記本電腦原理圖（210mmx297mmx0.8mm）和兩種不同澆注系統(tǒng)(a)切向式(b)拆分式 圖2 高速壓鑄機(jī) 圖3 兩種不同澆注系統(tǒng)的模擬結(jié)果（a）切向式（b）拆分式 圖4 不同高速注射的壓鑄結(jié)果（a）切向式 (b)拆分式 圖5 澆口移除

6、之后的切向式和拆分式澆注系統(tǒng)的變形 定在0.35m/s.結(jié)果顯示，兩種澆注系統(tǒng)都允許超過3.0m/s的高速澆注。然而，低于3.0m/s的澆注速度不能填充薄壁型腔。同樣發(fā)現(xiàn)，切向式澆注系統(tǒng)即使是本實(shí)驗(yàn)中最高的澆注速度也不能填充溢流。并且，切向式澆注系統(tǒng)在澆口移除之后導(dǎo)致更多的壓鑄變形。 在圖5中顯示的是每個(gè)澆注系統(tǒng)的澆口移除之后的變形量。結(jié)果清楚的表明切向式冷卻系統(tǒng)比拆分式的導(dǎo)致更多的嚴(yán)重變形。由于本實(shí)驗(yàn)制備的家用筆記本電腦只有0.7mm的厚度，凝固之后的壓鑄收縮引起的應(yīng)力是作為家用筆記本電腦大量生產(chǎn)考慮的重要因素。因此，可以得出結(jié)論基于上述因素拆分式澆注系統(tǒng)優(yōu)于切向式的。 圖6

7、減小套筒斜度原理圖 圖7 厚度為0.7mm的薄壁家用筆記本電腦 然而，即使是采用拆分式的澆注系統(tǒng)也存在很多鑄造缺陷諸如流線和交不足。因此，引入了兩種主要的改進(jìn)措施。一個(gè)是增大溢流和通風(fēng)口的尺寸。溢流容量增大了近70%（從4400mm3到7500 mm3），而且內(nèi)澆道的長(zhǎng)度也從13.5mm增大到15mm以便從整體上易于空氣在模具型腔中的流動(dòng)。套筒的上部如圖6所示機(jī)械地減少了坡度以減少在澆注過程中套筒內(nèi)的紊流和殘余空氣量。因?yàn)樘淄苍跐沧⑦^程中在少于30%（在壓鑄過程中至少需要40%填充套筒）鋁填充時(shí)產(chǎn)生大量的夾雜空氣和高紊流[4]。如圖6所示，坡度的增加可以在澆注過程

8、中使套筒內(nèi)的空氣更易流出，使得熔體中的氣體夾雜最小化。采用上述的兩種改進(jìn)方法，可以成功制備出較少缺陷的優(yōu)異的家用筆記本電腦（圖7）。在鑄件中可以發(fā)現(xiàn)有較少的流線，裂紋和澆不足等缺陷。測(cè)量了鑄件的厚度（圖8）。在左圖中，厚度的位置測(cè)量并顯示了，右圖顯示的是所測(cè)鑄件的厚度?？梢园l(fā)現(xiàn)厚度的分別相當(dāng)均勻，并且可達(dá)到平均厚度為0.67mm. 圖8 薄壁家用筆記本的厚度 由于鑄件很薄，厚度小于0.7mm，凝固之后從模具上的噴射顯得十分重要。在噴射過程中，薄壁鑄件可能彎曲甚至是裂紋，因此，噴射頭的數(shù)目和它的分布在設(shè)計(jì)中十分關(guān)鍵。并且，模具溫度控制器的使用對(duì)于薄壁鑄造模的填充也是很重要的。同樣

9、發(fā)現(xiàn)，沒有溫度控制器，即便是注射速度超過20次模具也不能足夠地加熱。當(dāng)模具沒有加熱到合適的溫度時(shí)，熔體注入冷模型腔中時(shí)將會(huì)很快冷卻下來。因此，沒有模具溫度控制，將會(huì)呈現(xiàn)嚴(yán)重的鑄造缺陷包括澆不足和裂紋。 4 結(jié)論 （1）在切向式和拆分式的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，拆分式被認(rèn)為是更適合薄壁壓鑄模因?yàn)槿垠w在型腔中流動(dòng)的更為規(guī)律。 （2）當(dāng)熔體到達(dá)內(nèi)澆口時(shí)，對(duì)于尺寸小的薄壁家用筆記本電腦而言。高速澆注速度需要在3.0m/s以上，最好在4.5m/s， （3）在鑄件上厚度分布是均勻的，并且可以達(dá)到平均厚度為0.67mm. (4)對(duì)于薄壁鋁壓鑄件，通風(fēng)口的位置和尺寸以及溢流對(duì)于最小化鑄件的流線和澆不足缺陷是很重要的因素。 （5）減少套筒坡度設(shè)計(jì)在澆注過程中對(duì)于套筒內(nèi)部的空氣夾雜流動(dòng)大有益處。 （6）因?yàn)殍T件容量比較小，盡可能高的控制模具溫度也是很重要的。 致謝 本作品由韓國(guó)科技信息學(xué)院和Gwangju 文化中心通過高級(jí)材料和工業(yè)發(fā)展項(xiàng)目支持。 參考文獻(xiàn) [1] 鋁合金的微觀結(jié)構(gòu)和性能，日本輕金屬工業(yè)，1991，233 [2]G.K.Sinworth:AFS轉(zhuǎn)變，1983，91，7 [3] J．E．Gruzleski and Bernard M．Closset：AFS,1990,13 [4] ．G．Ⅵhlkingto:鑄造模缺陷，NADCA,1997