壓鑄鋁合金及壓鑄技術的研究進展

摘 要：壓鑄技術的快速發展對我國的機械產業提升和裝備制造發展起到了關鍵的作用。本文詳細對壓鑄鋁合金的技術進行介紹，通過舉例的方式了解了現階段使用較多的鋁合金壓鑄存在的不足，并利用引進計算機模擬的計算，強化了鑄造技術的升級，并提出了未來鋁合金壓鑄技術的研究和發展方式，充分的考慮了材料特性、壓鑄工藝和實際使用需求等方面，進一步思考提高鋁合金壓鑄件的性能指標，為壓鑄相關技術人員提高相應的參考資料。

關鍵詞：壓鑄鋁合金 壓鑄技術 計算機模擬

現階段，我國工業的壓鑄技術主要表現在鋁硅、鋁鎂、鋁硅銅等，對于合金的使用要求較大，同時形成壓鑄合金的強度也很高。為了保證在機械生產中形成材質更好的產品，必須在加工性能和再生性能方面進行突破，保證鋁合金鑄造技術往更好的發展。

1 壓鑄鋁合金發展概況

在了解壓鑄鋁合金技術目前的發展情況，主要關注在傳統中鋁合金鑄件的耐高溫能力不足，在熱處理的條件下，鋁合金構件會受到破壞，極大的影響了合金的整體性能。通過大量的分析研究和實驗，利用壓鑄鋁合金的方式可以有效的改善傳統技術的不足。該技術現已在汽車生產中大量使用，車體的整體構建對于力學性能的要求高，壓鑄技術正好能夠滿足力學特點。同時可以在合金的成分上進行調整，使得壓鑄的強度根據不同需求產生可控的變化。

鋁硅銅的合金模式在壓鑄中發揮了很好的性能，對于力學性能的變化也能較好的控制，合金在鑄造中物質之間有良好的流動性能，保證了材料的密實度，受到高溫的鑄造后，分子之間重新組合，形成晶體對保證結構的穩定性起到了關鍵的作用。結合這一特性，在汽車的剎車系統中使用鑄造合金的方式不僅保證了汽車的安全性能，同時對于生產的成本也有明顯的降低。

鋁硅合金的特點在與生產較小的零配件，對于一些生產要求高，精度大的零配件上可使用此類鑄造技術產品。在工廠的加工中發現，合金的強度和機械性能不佳是至于技術發展的組要因素，鋁硅合金正是在這樣的基礎上應運而生，通過力學計算，鋁硅合金比普通的合金材料在伸長率方面提高了27%，強度高出19%。目前鋁硅合金組要用于汽車的托盤等機械設備中。

2 新型壓鑄鋁合金的使用情況

在鋁硅、鋁鎂、鋁硅銅合金的鑄造基礎上，開發出了鋁硅鎂的合金形式。充分考慮到合金在力學上面的特殊要求，提高鑄造的溫度可以加強合金材料的強度，增加了合金的材質種類，利用半固態加工的方式使得合金的性能大大提高，但是合金會出現脆性變形，為了解決加入鎂元素后出現的塑性降低的情況，考慮增加鈦元素。根據實驗發現，在鈦的含量在0.05%左右時，能夠將合金內部的分子進行重構，形成穩定的結構，合金的脆性不足的問題得到了很好的解決，同時屈服強度的指數也有很大的提高。此外，在增加鈦元素后，熱處理在同樣的溫度下，合金的強度提高了7.6%，表明在同等溫度下強度上升，降低了鑄造成本。

作為鋁鐵合金的使用在航天航空中有較大的應用空間，耐高溫材料是合金技術的主要受制因素，利用鋁硅鐵的合金形式使得合金材料的抗拉強度上升，同時伸長率變大。但是同時在不足之處，加入了鐵元素后，合金的流動性能下降，內部的溫度提升太快，導致內外的溫差較大，會出現熱裂的情況發生，在后期的養護維修中帶來了極大的困難，所以在實際的使用中，對于該材料要慎重選擇。

3 壓鑄技術的研究進展

3.1 計算機模擬技術

利用計算機的模擬運算的方式在鑄造的流程中進行控制，將鑄件的數值模擬分析和內部溫度進行調控，并對發生的內環境進行控制。在實際的操作模擬計算中，將鑄件的外觀進行模擬建模，利用凝固分析的方式在系統中形成熱交換的交換，在預測壓力的孔洞中利用殘余應力的計算控制，保證鑄件在鎖扣上有均勻的變形。鎖扣是后期鑄件使用壽命最為關鍵的因素之一，有效的控制鎖扣上的空隙是保證耐久度的關鍵環節。同時在計算中根據鑄件的尺寸對整體套模進行控制，讓壓鑄流體在內部均勻的流動，傳熱的過程不斷的進行深入。目前的壓鑄充型過程數值模擬絕大部分是從料餅處或者澆道處開始充填，忽略了壓室慢壓射過程，以及慢壓射對快速充填過程的影響。對包含壓室壓射在內的全過程進行數值模擬。同時為了比較不同充填方式對充型形態的影響，在算法相同的情況下，也模擬了從料餅處充填的充型過程。結果表明： 采用壓射全程模擬更能準確的反映金屬液在壓室內，控制室內有效溫度。在真空冷環境下，鑄造的方式受到了多種因素的影響，在內環境中提出了不同的控制方式，結合每一種方式對內部環境進行模擬加熱，從而形成了三種數學模型。利用ABAQUS 分析軟件模擬鑄壓過程控制，在三維的空間中對模型受到的溫度應力和集中利用進行點的模擬分析，在幾何變化的空間中，對比鑄件的變形情況。對比模擬和實驗結果， 得到了優化的數學模型。研究表明： 將更多且相關的壓鑄過程物理量帶入到計算機模型中或建立更精確的數學模型來描述復雜的壓鑄過程可更精確模擬壓鑄充填和凝固過程。

3.2 鋁合金壓鑄技術

壓鑄新工藝的開發應用， 改善了壓鑄過程的成形條件， 顯著提高壓鑄件內在質量，大大提高了壓鑄件力學性能、物理性能和耐蝕性能， 尤其是氣密性、可熱處理性和可焊性。在現有的制造水平中，制備高性能零件的壓鑄新工藝受到越來越廣泛的重視，尤其是流變壓鑄和超低速壓鑄技術，其基礎性研究和應用工作也不斷深入。

超低速的壓鑄技術在使用方式上與上述技術存在不同。在速度較低的噴射上，讓金屬液體沿著鑄造模具緩慢填充在腔內，使得合金的密實度有很大的提高，利用模具外部加溫的方式，將鑄造原件性能提升。具體操作時，現將材料以超低速的形式注入，起始溫度控制在100攝氏度左右，在鑄件內加壓的情況下，加溫溫度提高，鑄件內的金屬液體會在加熱加壓的狀態下，分子異常活躍，并進行大量的有效碰撞，使得相互之間進行重組，再次進行溫度升高壓力不變，讓鑄件的力學性能再次提升。超低速的鑄件完成后，在鑄件內部的材料密實度提高，孔隙率相應降低，根據測算，此類壓鑄合金金屬能夠降低材料的脆性變形，使得鑄件的使用范圍得到了大大的提高。

4 結束語

優化壓鑄鋁合金技術的主要方式就是對鋁合金材料的組合進行不斷的優化，通過不同的組合形式，充分發揮不同材料之間的特性，利用加壓加熱的方式可能使得材料之間充分融合，不斷提高鋁合金的性能。在壓鑄技術的發展過程中，對于一些材料的使用范圍還是較少，受制于經濟性和技術方面的問題，導致鑄造技術受到了發展的影響，在本文中重點介紹了幾種未來的鑄造發展趨勢，也是從設備工藝和材料選擇上進行優化完善的結論，并結合現階段使用較廣的計算機技術，能夠使壓鑄技術得到更好的發展。

參考文獻

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作者簡介

楊光（1989-），女，漢語，河北秦皇島人，秦皇島信越智能裝備有限公司研發工程師，研究方向：鋁壓鑄自動化設備