原標題：壓鑄生產案例！真空壓鑄LED燈散熱器鑄件研究

鎂合金具有比強度、比剛度高，抗沖擊性能好，電磁屏蔽性、導熱性優良，易于回收利用等特點，同時具有良好的鑄造性能和耐蝕性能，在航空、航天、3C等行業應用廣泛，如鎂合金可替代鋁合金，用于制備大功率LED散熱器。要獲得組織致密、性能良好的鎂合金壓鑄件，真空壓鑄成形是其主要的成形方法之一。針對目前真空壓鑄所存在的型腔抽氣效率低、真空閥關閉不可靠、真空閥反應速度慢、價格昂貴等缺點，設計出一套含有全過程和半過程排氣通道的真空抽氣系統。進行真空壓鑄時，合理的工藝參數能夠獲得質量良好的壓鑄件。前期研究發現，快壓射速度對真空壓鑄件的組織性能、力學性能存在很大影響。因此，研究不同快壓射速度對鎂合金真空壓鑄件質量的影響具有積極意義。以AZ91D鎂合金為研究對象，采用自主設計的真空抽氣系統進行3組真空壓鑄試驗，研究不同快壓射速度對真空壓鑄件力學性能及組織的影響。

圖文結果

采用大型AZ91D鎂合金LED燈散熱器作為目標產品，運用Solidworks軟件對散熱器進行三維實體建模，其結構圖見圖1。鑄件尺寸為220mm×130mm×170mm，厚度不均勻，最厚為8mm，最薄為1.8mm，平均厚度為4.5mm。散熱片最薄，在每一片散熱片上的適當部位設置圓柱形推桿位置，從而保證整個壓鑄件在脫模過程中受力均勻，便于順利脫模。根據鑄件的結構特征和成形方式設計了澆注系統。

試驗在DM400臥式冷室壓鑄機上進行，為了保護模具，提高鑄件的成形效率，降低廢品率，采用AODE油循環模溫機對模具預熱到200℃。真空排氣系統示意圖見圖2。含有全過程和半過程排氣通道的真空抽氣系統工作原理為：壓鑄開始前，總閥關閉，真空泵開始對真空罐持續抽氣，使其達到預先設定好的真空度。壓鑄開始時，半過程排氣電磁閥處于開啟狀態，當金屬液通過澆料口進入壓室時，壓射沖頭開始壓射，當壓射沖頭越過澆料口并觸動感應開關時，總閥打開，真空罐通過全過程排氣通道和半過程排氣通道同時對型腔進行抽氣，當壓射沖頭推動金屬液體向前運動觸動快壓射感應開關時，半過程排氣電磁閥靠電磁力快速關閉，而全過程排氣通道繼續對型腔進行抽氣，見圖2b。當金屬液體充滿型腔進入彎曲狹窄的全過程排氣通道而冷卻凝固時，停止抽氣，此時一次真空壓鑄試驗結束，獲得真空壓鑄件。

圖1 壓鑄件三維模型

表1 AZ91D鎂合金熱物性參數

圖2 真空抽氣系統示意圖
1.靜模 2.動模 3.真空罐 4.真空泵 5.澆料口 6.沖頭 7.壓室 8.型腔 9.電磁閥 10.半過程排氣通道 11.全過程排氣通道 12.總閥

表2 壓鑄工藝參數

真空壓鑄件見圖3。觀察可知，3組散熱器真空壓鑄件外形完整，沒有出現充不滿的現象，外觀幾乎無差別。仔細觀察發現，L1部分散熱片產生了冷隔，見圖4，因此當產品受靜載或循環應力的時候很容易出現裂紋甚至斷裂，嚴重影響產品的使用安全性，另外還出現了表面流痕，這是由于快壓射速度低，首先進入壓鑄模具型腔內的金屬液形成較薄而不完整的金屬層后，被后續的金屬液覆蓋而留下痕跡，從而影響壓鑄件的表面質量，見圖4b。L2散熱片則沒有發現明顯的冷隔及表面流痕缺陷；L3由于快壓射速度較高，金屬液快速填充型腔時，對其造成很大的沖擊，易產生飛邊，增加了產品機加工的成本與時間，造成材料浪費，同時縮短模具壽命。

圖3 散熱器真空壓鑄件

圖4 L1散熱片表面缺陷

采用L1~L3工藝參數分別制取普通壓鑄件與真空壓鑄件若干。分別對3組試驗制取的普通壓鑄件和真空壓鑄件進行取樣，取樣位置分為散熱片第2片和底板兩部分，見圖2。采用電火花線切割機制取金相晶相試樣和拉伸試樣，用JHY-5000電子萬能實驗機對散熱片進行力學性能測試。可以看出，L1散熱片上存在尺寸較大的縮孔和分布范圍較廣的縮松；L2散熱片上的縮松范圍較小，尺寸較小；L3散熱片存在尺寸較大的縮孔和縮松。L1底板存在尺寸較小的縮孔但分布范圍廣；L2底板存在少量縮松和尺寸較小的縮孔；L3底板存在多處縮松和縮孔。分析認為，采用自主設計的真空抽氣系統能夠把模具型腔的大部分氣體抽出，因而制得的真空壓鑄件內部氣孔有所減少，但由于快壓射速度不同導致抽真空時間不同，模具型腔的最終氣壓也不同，型腔里金屬的流動狀態也有差異，所以3組試驗制得的真空壓鑄件其縮松、縮孔也有差別。

表3 散熱片力學性能

圖5 真空壓鑄散熱片顯微組織

圖6 真空壓鑄散熱器底板顯微組織圖

結論

（1）采用新型真空抽氣系統進行真空壓鑄試驗，結果表明鎂合金散熱器真空壓鑄件外形完整、冷隔較少，開裂件數明細降低，與相同工藝參數的普通壓鑄件相比，其平均抗拉強度提高了12%，伸長率提高了72%。

（2）當快壓射速度較高時，真空壓鑄件容易出現縮松、縮孔等鑄造缺陷；當快壓射速度較低時，則容易出現冷隔、表面流痕等鑄造缺陷，從而影響產品的最終質量。

（3）在快壓射速度為4m/s、慢壓射速度為0.2m/s、慢壓射距離為120mm、壓射比壓為84MPa的條件下，能夠獲得外形完整、組織致密、力學性能良好的鎂合金真空壓鑄件。

本文作者：
陳思濤1 宋東福2 戚文軍2 周峰1
1.佛山職業技術學院智能制造學院；
2.廣東省科學院新材料研究所

本文轉載自：《特種鑄造及有色合金》