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1、薄壁鋁鑄造模對家用筆記本電腦的發(fā)展 韓國科技工業(yè)學(xué)院 2007年9月3日收稿 硅基鋁鑄造合金因其優(yōu)越的鑄造性能和獨特的機械與物理性能的結(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)要達到高流動性的鑄造鋁合金是公認(rèn)的很困難的任務(wù)。所以，在本研究中測試到，對于生產(chǎn)297 mm x 210 mm x 0．7 mm的薄壁鋁構(gòu)件的最優(yōu)鑄造模條件為兩個不同的澆注系統(tǒng)，切向式和拆分式以及通風(fēng)口設(shè)計。同時，還進行了計算機凝固模擬。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)計對于生產(chǎn)薄壁鑄件是至關(guān)重要的因素之一，

2、因為它對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 1． 簡介 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，較高強度強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，在電子和自動化家用中對輕質(zhì)合金的需求正與日俱增，因為它相比于塑料，在質(zhì)輕的同時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)計的薄壁鋁制件的生產(chǎn)是壓鑄模技術(shù)。而且，實驗檢測的澆注設(shè)計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.實驗 先于實際的壓鑄模實驗，進行壓鑄模擬來設(shè)置壓鑄和熔化條件。實驗采用的是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（機圖2）的主要參數(shù)如表2所示。熔融的鋁合金在塞頭達到壓室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驗之前的兩種不同澆注系統(tǒng)設(shè)計，切向式和拆分式。熔融鋁合金在填充過程中的流動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。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，實際壓鑄模實驗用于設(shè)計尺寸為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,在低速澆注時固 11 表1 ALDC12合金的化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 表2 壓鑄機的特征參數(shù) 表3 壓鑄實驗條件 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 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)即使是本實驗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。由于本實驗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措施。一個是增大溢流和通風(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。套筒的上部如圖6所示機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。因為套筒在澆注過程中在少于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。測量了鑄件的厚度（圖8）。在左圖中，厚度的位置測量并顯示了，右圖顯示的是所測鑄件的厚度?？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)計中十分關(guān)鍵。并且，模具溫度控制器的使用對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，熔體注入冷模型腔中時將會很快冷卻下來。因此，沒有模具溫度控制，將會呈現(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)計中，拆分式被認(rèn)為是更適合薄壁壓鑄模因為熔體在型腔中流動的更為規(guī)律。 （2）當(dāng)熔體到達內(nèi)澆口時，對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，并且可以達到平均厚度為0.67mm. (4)對于薄壁鋁壓鑄件，通風(fēng)口的位置和尺寸以及溢流對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)計在澆注過程中對于套筒內(nèi)部的空氣夾雜流動大有益處。 （6）因為鑄件容量比較小，盡可能高的控制模具溫度也是很重要的。 致謝 本作品由韓國科技信息學(xué)院和Gwangju 文化中心通過高級材料和工業(yè)發(fā)展項目支持。 參考文獻 [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