43400鋁合金在通信濾波器腔體壓鑄的應用

鋁合金具有密度小、機械強度高、減震性能好、鑄造性能優異、易電鍍、噴涂，具有良好的導熱，耐蝕性及抗氧化等優點，一直是通訊濾波器腔體壓鑄件材料的首選。隨著產品對耐腐性能和導熱性要求的進一步提高，濾波器材質由ADC12、ALSI12更換成歐標43400并廣泛應用。我司在更換43400材料初期，在壓鑄生產過程中出現以下的壓鑄缺陷問題。

①產品壁厚位置，諧振桿凸臺及產品填充末端接插件端面出現大量的密集型氣，縮孔。

②散熱齒（高度75-100 mm，小端1.2mm，拔模斜度1.2度）及腔內孤柱成型冷隔。

③產品出現大量的粘模，拉模現象。

④頂出時產品變形，平面度嚴重超差。

⑤產品有夾雜分層缺陷。

     針對更換材料后生產中出現的質量問題，我司從材料、模具、壓鑄工藝幾個方面進行研究和改善。

一、         ADC12、ALSI12、43400材料主要成分對比

 

二、合金中各元素的主要作用

 

三、 分析材料各元素對產品機械性能、熱傳導率，防腐性能、切削性能、壓鑄工藝性的影響，制定出適用于濾波器腔體壓鑄的43400鋁合金的企業內部標準。

①鋁合金中硅的作用有兩點，第一是增加流動性，但這點主要是對重力鑄造等很低壓強下的充填而言。檢測與實踐都表明，不加硅的鋁合金和加了硅的合金在超過1MPa的充型壓強下，充型性能差異不大，而現在壓鑄生產中壓射充型壓強均達到30MPa以上，即使流動性最差的合金、如變形鋁合金及變形鎂合金，都不存在充型不足的困難。第二點，也是鋁合金中硅作用的最重要的一點，也是大家最容易忽略的一點。硅的作用是減少“液-固”相的相變體積收縮率。特別是高硅鋁合金，當硅含量達到20%左右時如B390，ADC14鋁合金，相變體積可以保持不變。由于鋁合金壓鑄屬于單方向的高壓強充型鑄造，不具備有反向補縮作用。正是這個原因壓鑄行業才特意配制相變收縮率比較低，含硅量高的鋁合金牌號。

②硅含量的降低，壓鑄件毛坯在同樣的壓鑄條件下，縮孔、疏松現象嚴重，合格率明顯降低。主要原因是硅含量的降低導致鋁合金體積收縮率較大。

③產品壁厚位置加工后出現大面積的氣孔、縮孔的原因已分析出來。所以在硅的配比上蹤合濾波器腔體熱傳導的要求及壓鑄工藝性，取上限10.5-11%配制。在后續模具澆排系統的改善、壓鑄工藝參數的設計上，保證合金在液相轉化為固相時，能及時得到補縮的方向上進行改善，從而提高產品的致密度減少縮孔及疏松的形成。

④硅及銅含量的降低，產品的機械強度降低，熱裂傾向增加。合金的延伸率增強，變得更軟。頂出時易變形甚至開裂。一方面通過Mg和Mn 含量的配比提高機械強度，并在壓鑄工藝參數設定時，調整冷卻時間、頂出速度及頂出力及脫模劑的噴涂，解決產品頂出時的變形及開裂的缺陷。

⑤元素Mn的作用，錳能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度并能顯著細化結晶晶粒。再結晶的細化，主要是通過MnAl6化合物彌散質點對再結晶粒長大起阻礙作用。過多的MnAl6能溶解雜質鐵形成（Fe,Mn）Al6減少鐵的有害影響。故錳的含量也不能太高，控制在0.30-0.40%范圍內。

⑥Fe的含量低于0.7%則不易脫模，含鐵量太高時，形成金屬間的化合物FeAl3、Fe2Al7枝狀結晶并形成硬點，當鐵含量超過1.2%時會降低合金的流動性。故Fe的含量控制在0.75-0.85%。

⑦在鋁合金中加入少量的鎂，可提高強度和屈服極限并提高切削加工型及耐腐蝕性能，可細化晶粒。

根據各元素的影響，結合濾波器腔體的特點和要求及壓鑄的工藝性制定自己企業的合金標準。

 

四、模具澆排系統的優化。改善澆排系統的目的，是為了更好的排氣，更好的壓力傳遞，有利于合金的補縮，縮短填充時間及延長內澆口凝固的時間。（只簡要列舉1套模，）

①增加模具的內澆口截面積，內澆口厚度由原來的3.6mm增加到3.8mm。

②改變內澆口的入射角度，由原來的35°改為25°，內澆口長度由原來的2.5mm改為1.5mm。

③通過調整流道的平面入射區域及縱向入射角度，在末端調整溢流口的位置及溢流體積，保證幾股鋁液能同時到達并順序排出。

 

               

 

五、壓鑄工藝的改善

①濾波器腔體的腔內和接插件面的氣孔質量要求非常高，對鋁液的夾渣和含氣量的控制要求非常嚴格。為了保證鋁液的夾渣和含氣量的降低，在熔煉時嚴格控制回爐料的比例及回爐料的質量，熔煉后的鋁液用專用的旋轉除氣精煉機精煉。精煉時間由原來的360秒增加到480秒，并通過測氫儀及剖面檢測來加強對鋁液質量控制。

②為了改善散熱齒及末端孤柱子的冷隔，機邊保溫爐料溫由原來的660°C調整為680°C。鋁液從舀進料勺起就開始降溫，調整給湯機待料時間，保證在模具合模完成后，湯勺正好移動到澆料口，給湯待料時間調整在1—2秒，并把壓射延時由1.5秒降低到0.5秒。我司采用的是五連桿給湯機，沒有用定量爐。壓室的熱損耗平均為每秒3.89—6.12°C，在一般情況下都會下降12--18°C，如果壓室充滿度低澆入到壓射完后的降溫更快。合金的溫度愈高，粘性越低，流動性越好，壓射的阻力愈小，壓力損耗越少，壓力傳遞效果更好。

③模具采用水冷和油冷相結合的方式來控制模具的溫度穩定在220-240°C范圍內。壓鑄充型時，熔融的金屬遇到冷的模具內腔，在模具的成型面上形成一層致密層。對模具模溫的控制，主要目的之一是增加致密層的厚度并使模具各處溫度相一致。對散熱齒及諧振桿柱子采用油冷及油點冷，厚壁及橫流道位置采用水冷。

④濾波器腔體內的諧振桿凸臺及上百個螺紋孔均需加工，還有厚1.2深75-100mm的散熱齒，且腔體壁厚分布及其不均勻。同時許多模具需要設計前模頂出，前模較厚、造成壓室充滿度只有32%左右，低的充滿度，會使鋁液貼附在壓室下部，與壓室的接觸面積大同時壓室中鋁液與空氣的接觸面積也大，鋁液與空氣及壓室的熱交換更快，在貼近下部的金屬液容易先行凝固形成冷凝皮，在沖頭高速壓射過程中被沖破，是產品有夾層的主要原因，所以壓射時要運用好慢速速度及一速速度。我司有普通的四級壓射及實時控制壓鑄機。在實際運用中，實時控制機在慢速階段用勻加速。普通機的慢速控制，跟據壓室充滿度經驗公式：

 

  

（V為慢壓射速度提高慢速的充填速度，D為沖頭直徑，K為壓室充滿度）

⑤因一快的壓射能量會耗掉一部分氮氣的儲能，一快壓射起點在金屬液充填到橫澆道三分之一處。快壓射行程跟據理論公式：

 

 (S為快壓射行程，M為產品和渣包的質量，ρ鋁合金的密度,d為沖頭直徑）

計算出快壓射行程，并調整到金屬液進入型腔15%左右的容積時開始起高速。這樣既保證了金屬液的全壁厚充填，又能保證內澆口前端堆積金屬液的阻力不阻礙合金的流動。增壓位置保證內澆口在未凝固前，增壓能起到作用。因43400合金凝固體積變化大，增壓發訊位置比原來提前，由原來壓射零點位置50mm提到70-80mm。增壓觸發壓力設定60bar。快壓射速度由4.5m/s提高到4.8m/s。

⑥快壓射和增壓蓄能器的氮氣壓力在冬夏季節，分別控制不同的壓力，一般夏天比冬天壓力少5bar。夏天快壓射和增壓蓄能器的氮氣壓力設定為105+5bar和95+5bar。快壓和增壓儲能壓力為135+_5bar和125+5bar。鑄造壓力為95+5MPA。壓射壓力控設定35+5MPA，產品氣縮孔合格率在98%以上。

⑦因Si含量的降低，合金的收縮率大且高溫強度降低。鑄件自身包緊力較大，故采用比以前高的模溫，并調整冷卻時間及頂出速度，在鑄件還沒有達到最大包緊力時就開始脫模，并在生產中每天對模具進行保養。

⑧濾波器腔體壓鑄件因需電鍍，噴涂，對脫模劑的性能及噴涂要求非常高，我司采用不含硅油的高份子聚合物及含蠟的XY90A脫模劑，并把兌水濃度由1:160提高到1:140，模具溫度的提高，能更好的在模具型腔表面形成一層皮膜，通過各工藝參數的調整，有效的解決了粘模、變形、平面度超差問題。

       為了更好的滿足濾波器腔體熱傳導率及防腐性能的要求，需要采用含硅及含銅成份低的43400鋁合金，在新材料的應用過程中，通過對材料成份的研究及實踐運用，制定適合濾波器腔體壓鑄的材料配比，并通過熔煉工藝的改善，模具澆排序統的優化，壓鑄工藝的調整，成功解決了43400鋁合金在通訊濾波器壓鑄時的各種缺陷，提高產品的合格率。