43400鋁合金在通信濾波器腔體壓鑄的應(yīng)用

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

①產(chǎn)品壁厚位置，諧振桿凸臺及產(chǎn)品填充末端接插件端面出現(xiàn)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(nèi)孤柱成型冷隔。

③產(chǎn)品出現(xiàn)大量的粘模，拉?，F(xiàn)象。

④頂出時產(chǎn)品變形，平面度嚴(yán)重超差。

⑤產(chǎn)品有夾雜分層缺陷。

     針對更換材料后生產(chǎn)中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，我司從材料、模具、壓鑄工藝幾個方面進(jìn)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(chǎn)品機械性能、熱傳導(dǎo)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(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。

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(xiàn)在壓鑄生產(chǎn)中壓射充型壓強均達(dá)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(dāng)硅含量達(dá)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(yè)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(xiàn)象嚴(yán)重，合格率明顯降低。主要原因是硅含量的降低導(dǎo)致鋁合金體積收縮率較大。

③產(chǎn)品壁厚位置加工后出現(xiàn)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(dǎo)的要求及壓鑄工藝性，取上限10.5-11%配制。在后續(xù)模具澆排系統(tǒng)的改善、壓鑄工藝參數(shù)的設(shè)計上，保證合金在液相轉(zhuǎn)化為固相時，能及時得到補縮的方向上進(jìn)行改善，從而提高產(chǎn)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(chǎn)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(shù)設(shè)定時，調(diào)整冷卻時間、頂出速度及頂出力及脫模劑的噴涂，解決產(chǎn)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(jié)晶過程，提高再結(jié)晶溫度并能顯著細(xì)化結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶的細(xì)化，主要是通過MnAl6化合物彌散質(zhì)點對再結(jié)晶粒長大起阻礙作用。過多的MnAl6能溶解雜質(zhì)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(nèi)。

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(jié)晶并形成硬點，當(dāng)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(xì)化晶粒。

根據(jù)各元素的影響，結(jié)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(yè)的合金標(biāo)準(zhǔn)。

 

四、模具澆排系統(tǒng)的優(yōu)化。改善澆排系統(tǒng)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(nèi)澆口凝固的時間。（只簡要列舉1套模，）

①增加模具的內(nèi)澆口截面積，內(nèi)澆口厚度由原來的3.6mm增加到3.8mm。

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

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

 

               

 

五、壓鑄工藝的改善

①濾波器腔體的腔內(nèi)和接插件面的氣孔質(zhì)量要求非常高，對鋁液的夾渣和含氣量的控制要求非常嚴(yán)格。為了保證鋁液的夾渣和含氣量的降低，在熔煉時嚴(yán)格控制回爐料的比例及回爐料的質(zhì)量，熔煉后的鋁液用專用的旋轉(zhuǎn)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(zhì)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(diào)整為680°C。鋁液從舀進(jìn)料勺起就開始降溫，調(diào)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(diào)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(jié)合的方式來控制模具的溫度穩(wěn)定在220-240°C范圍內(nèi)。壓鑄充型時，熔融的金屬遇到冷的模具內(nèi)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(nèi)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(shè)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(chǎn)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(jù)壓室充滿度經(jīng)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?？靿荷湫谐谈鷵?jù)理論公式：

 

 (S為快壓射行程，M為產(chǎn)品和渣包的質(zhì)量，ρ鋁合金的密度,d為沖頭直徑）

計算出快壓射行程，并調(diào)整到金屬液進(jìn)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(nèi)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(nèi)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(fā)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(fā)壓力設(shè)定60bar?？靿荷渌俣扔?/span>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(jié)，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(shè)定為105+5bar和95+5bar?？靿汉驮鰤簝δ軌毫?/span>135+_5bar和125+5bar。鑄造壓力為95+5MPA。壓射壓力控設(shè)定35+5MPA，產(chǎn)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(diào)整冷卻時間及頂出速度，在鑄件還沒有達(dá)到最大包緊力時就開始脫模，并在生產(chǎn)中每天對模具進(jìn)行保養(yǎng)。

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(shù)的調(diào)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(dǎo)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(yīng)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(tǒng)的優(yōu)化，壓鑄工藝的調(diào)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(chǎn)品的合格率。