鋁硅銅合金是一種高強度的壓鑄鋁合金，是普通鋁硅合金(諸如：我國的YL101、YL102等)的分支。但由于鋁硅銅合金相對于普通鋁硅合金而言，具有良好的填充性，因此在模具設(shè)計時，對其壓鑄模配合間隙的選定就不能全都采用適合于普通鋁硅合金特性所推薦的配合間隙。
鋁硅銅合金的填充性比普通鋁硅合金的填充性要好得多。例如，某廠壓鑄成形的薄壁、格形零件，其材料為A380合金(美國鋁硅銅合金的商業(yè)牌號之一，是鋁硅銅合金的典型代表)，其結(jié)構(gòu)、尺寸如下圖所示：格形筋條斷面尺寸為1.5mm×2.5mm，該零件最薄的一邊壁厚僅為0.77mm。
鋁硅銅合金的填充性比普通鋁硅合金的填充性要好得多。例如，某廠壓鑄成形的薄壁、格形零件，其材料為A380合金(美國鋁硅銅合金的商業(yè)牌號之一，是鋁硅銅合金的典型代表)，其結(jié)構(gòu)、尺寸如下圖所示：格形筋條斷面尺寸為1.5mm×2.5mm，該零件最薄的一邊壁厚僅為0.77mm。
壓鑄件結(jié)構(gòu)簡圖
筆者認為：該零件的壓鑄成形充分說明了鋁硅銅合金的填充性(即流動性)好，它不僅優(yōu)于普通鋁硅合金，而且在符合其特性的重熔工藝和壓鑄工藝條件下，使填充性甚至不亞于鋅鋁合金ZZnA14-1的填充性。而當(dāng)今壓鑄模具設(shè)計師對鋅鋁合金ZZnA14-1的填充性和對其壓鑄模的配合間隙的控制已有足夠的認識和豐富的經(jīng)驗。鋁硅合金的力學(xué)性能和填充性能良好的根本原因在于其化學(xué)成分和與之化學(xué)成分相適應(yīng)的熔煉工藝和壓鑄工藝。
各國典型鋁硅銅合金的化學(xué)成分和力學(xué)性能，見下表。
各國典型鋁硅銅合金的化學(xué)成分和力學(xué)性能，見下表。
表 各國典型鋁硅銅合金的化學(xué)成分和力學(xué)性能
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合金
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主要化學(xué)成分（≤％） | 雜質(zhì)（≤％） | 力學(xué)性能 | |||||||||||
| Si | Cu | Mg | Mn | Al | Fe | Zn | Sn | Ni | Pb | Ti | 其他 | ab/MPa | δ/％ | |
| 美國 A380 |
7.5～9.5 | 3.0～4.0 | 0.1 | 0.5 | 余量 | 2.0 | 3.0 | 0.35 | 0.5 | 0.1 | 0.5 | 320 | 2.5 | |
| 日本 ADC10 |
2.0～4.0 | 0.3 | 1.3 | 1.0 | 0.3 | 330 | 3.5 | |||||||
| 德國 GD-Al-Si8-Cu3 |
2.0～3.5 | 0.2～0.5 | 1.2 | 0.1 | 0.3 | 0.2 | 0.15 | 0.15 | 310 | 3.0 | ||||
| 英國 LM24-M |
3.0～4.0 | 0.5 | 3.0 | 0.2 | 0.5 | 0.3 | 0.2 | 320 | 2.0 | |||||
| 中國 Y112 |
1.2 | 1.2 | 0.1 | 0.5 | 0.1 | 240 | 1.0 | |||||||
對鋁硅銅合金力學(xué)性能和填充性能影響較大的主要元素有：
(1)硅元素的含量很高，一般在7%～18%之間。高溫時，形成的共晶體，能改善合金高溫時的造型性［1］。外國學(xué)者也認為，高的結(jié)晶潛熱對應(yīng)著高的流動性，在所有能和鋁熔化成合金的元素中，硅具有最高的潛熱值，鈹是具有比硅潛熱更高的唯一合金元素，但鈹?shù)氖褂昧亢苄。灾滤鼘辖鹣档臐摕嵊绊懖幻黠@［2］。
(2)銅元素的含量也很高，各種不同牌號的鋁硅銅合金的銅含量基本上都在1.5%～5.0%的范圍內(nèi)。在合金內(nèi)以共晶體(α＋CuAl2)的形式存在，可以提高合金液的流動性。
(3)不同牌號的鋁硅銅合金多少都含有鋅，有的甚至高達3%。由于銅的含量較高，因此允許適當(dāng)提高鋅的含量［1］。鋅本身的流動性也特別好。
(4)壓鑄過程中，為了減少合金液對模具的粘附，可允許存在一定量的鐵元素，為減少鐵的有害影響，可加入少量的錳元素與鐵中和，將合金中鐵的晶體形狀從片狀或針狀變成細密的晶體形狀(漢字字形的組織)［1］。
正因為鋁硅銅合金含有以上多種可改善合金填充性和力學(xué)性能的元素，理論上其填充性和抗拉強度就應(yīng)該很好，實踐也證明了其具有優(yōu)良的填充性和高的強度，所以才被廣泛用于壓鑄生產(chǎn)。
針對鋁硅銅合金所具有的更好填充性，在壓鑄模設(shè)計時，對其成形零件(所謂模具成形零件是指模具在工作中與高溫合金液發(fā)生接觸的部分，除了成形鑄件的型腔和型芯外，它還包括澆排系統(tǒng)、頂出元件和抽芯元件等，按開合模時是否活動，又可分為活動成形零件和固定成形零件)配合間隙的選用，就不能盲日照搬有關(guān)文獻的推薦值［1、3］。有關(guān)文獻的推薦值對鋁硅合金基本適用，但鋁硅銅合金的填充性非常好，0.7mm的薄壁件都能壓鑄出來，壓鑄模成形零件配合間隙就一定得嚴格控制。這是因為壓鑄模成形零件配合間隙對壓鑄模使用壽命和壓鑄件質(zhì)量的影響都很大。在工作時，若讓高溫合金液竄入這些配合間隙，將會造成鑄件脫模、頂出困難，而且沒被清除干凈的飛邊和毛刺，殘留在模具間隙中，阻礙了模具的彈性回復(fù)，更是增加了合金液竄入間隙的可能。這些飛邊時而殘留，時而被鑄件帶出，如此惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致模具的局部變形、癟塌，無法進行正常生產(chǎn)而不得不報廢模具；而且壓鑄模成形零件的配合間隙相對過大，飛邊和毛刺就多，既影響壓鑄件外觀質(zhì)量，又增加后序加工工序的工作量?；跍p少高溫合金液竄入模具成形零件配合間隙的可能性，減輕后序加工工序去除飛邊、毛刺的工作量，和延長模具使用壽命的考慮，筆者推薦：無論模具成形零件公稱尺寸是否比較大，也無論它是否屬于活動成形零件，它們的單邊配合間隙值都應(yīng)控制在
0.06mm(此數(shù)值已考慮過模具處在600℃的高溫下，模具的熱膨脹值對配合間隙的影響)的范圍內(nèi)，只有這樣，合金液才不易竄入這些間隙中。
在生產(chǎn)實踐中，開合模時可能會發(fā)生頂桿頂出困難和抽芯困難的情況，這是由于成形零件形狀誤差大，頂出、抽芯著力點不平衡造成的。形狀誤差太大，或頂出、抽芯著力點不平衡，均會造成成形零件向一邊歪斜，這樣一邊間隙減少，而另一邊的間隙擴大，使得合金液竄入的機會增大。合金液一旦竄入間隙，成形零件受到擠壓，活動成形零件被卡死，開合模自然就不靈活，這種現(xiàn)象人們往往誤認為是配合間隙太小的緣故。
如何控制、穩(wěn)定合理的模具配合間隙呢?筆者認為需從以下幾方面入手：
(1)對壓鑄模設(shè)計師而言，由于壓鑄模一般是單件生產(chǎn)，對互換性的要求不高，因此應(yīng)從鋁硅銅合金的工藝特性出發(fā)，以保證成形零件合理的配合間隙為前提，并兼顧制造加工的合理性和經(jīng)濟性，按基孔制原則，通過軸類零件的制造公差來保證其配合間隙。
(2)因為在壓鑄生產(chǎn)過程中，模具不但處于高溫下，而且溫度變化大。盡管模具材料(H13、3Cr2W8V)的線膨脹值不大，但也不應(yīng)完全忽視。所以應(yīng)采用模具溫控裝置來穩(wěn)定模具成形零件的配合間隙，同時還可以減緩因溫度變化頻繁而造成的龜裂和提高生產(chǎn)率。
(3)為了延長壓鑄模使用壽命，消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定成形零件的尺寸，建議采取中間退火，其中間退火工藝［4］如下：
新模壓射到一定次數(shù)，即1 000～3 000次后，進行退火；
又壓射了5 000次后，再進行退火；
又壓射了10 000次后，再一次退火；
當(dāng)壓射了50 000次后，模具較穩(wěn)定。
中間退火工藝：540 ℃，5h，隨爐冷卻。
鋁硅銅合金是當(dāng)今公認的一種高強度壓鑄鋁合金，國外已廣泛應(yīng)用于外殼、家用電器、馬達殼、汽車、摩托車零件。我國應(yīng)用起步較晚，還有許多特性等待研究和開發(fā)。
(1)硅元素的含量很高，一般在7%～18%之間。高溫時，形成的共晶體，能改善合金高溫時的造型性［1］。外國學(xué)者也認為，高的結(jié)晶潛熱對應(yīng)著高的流動性，在所有能和鋁熔化成合金的元素中，硅具有最高的潛熱值，鈹是具有比硅潛熱更高的唯一合金元素，但鈹?shù)氖褂昧亢苄。灾滤鼘辖鹣档臐摕嵊绊懖幻黠@［2］。
(2)銅元素的含量也很高，各種不同牌號的鋁硅銅合金的銅含量基本上都在1.5%～5.0%的范圍內(nèi)。在合金內(nèi)以共晶體(α＋CuAl2)的形式存在，可以提高合金液的流動性。
(3)不同牌號的鋁硅銅合金多少都含有鋅，有的甚至高達3%。由于銅的含量較高，因此允許適當(dāng)提高鋅的含量［1］。鋅本身的流動性也特別好。
(4)壓鑄過程中，為了減少合金液對模具的粘附，可允許存在一定量的鐵元素，為減少鐵的有害影響，可加入少量的錳元素與鐵中和，將合金中鐵的晶體形狀從片狀或針狀變成細密的晶體形狀(漢字字形的組織)［1］。
正因為鋁硅銅合金含有以上多種可改善合金填充性和力學(xué)性能的元素，理論上其填充性和抗拉強度就應(yīng)該很好，實踐也證明了其具有優(yōu)良的填充性和高的強度，所以才被廣泛用于壓鑄生產(chǎn)。
針對鋁硅銅合金所具有的更好填充性，在壓鑄模設(shè)計時，對其成形零件(所謂模具成形零件是指模具在工作中與高溫合金液發(fā)生接觸的部分，除了成形鑄件的型腔和型芯外，它還包括澆排系統(tǒng)、頂出元件和抽芯元件等，按開合模時是否活動，又可分為活動成形零件和固定成形零件)配合間隙的選用，就不能盲日照搬有關(guān)文獻的推薦值［1、3］。有關(guān)文獻的推薦值對鋁硅合金基本適用，但鋁硅銅合金的填充性非常好，0.7mm的薄壁件都能壓鑄出來，壓鑄模成形零件配合間隙就一定得嚴格控制。這是因為壓鑄模成形零件配合間隙對壓鑄模使用壽命和壓鑄件質(zhì)量的影響都很大。在工作時，若讓高溫合金液竄入這些配合間隙，將會造成鑄件脫模、頂出困難，而且沒被清除干凈的飛邊和毛刺，殘留在模具間隙中，阻礙了模具的彈性回復(fù)，更是增加了合金液竄入間隙的可能。這些飛邊時而殘留，時而被鑄件帶出，如此惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致模具的局部變形、癟塌，無法進行正常生產(chǎn)而不得不報廢模具；而且壓鑄模成形零件的配合間隙相對過大，飛邊和毛刺就多，既影響壓鑄件外觀質(zhì)量，又增加后序加工工序的工作量?；跍p少高溫合金液竄入模具成形零件配合間隙的可能性，減輕后序加工工序去除飛邊、毛刺的工作量，和延長模具使用壽命的考慮，筆者推薦：無論模具成形零件公稱尺寸是否比較大，也無論它是否屬于活動成形零件，它們的單邊配合間隙值都應(yīng)控制在
0.06mm(此數(shù)值已考慮過模具處在600℃的高溫下，模具的熱膨脹值對配合間隙的影響)的范圍內(nèi)，只有這樣，合金液才不易竄入這些間隙中。
在生產(chǎn)實踐中，開合模時可能會發(fā)生頂桿頂出困難和抽芯困難的情況，這是由于成形零件形狀誤差大，頂出、抽芯著力點不平衡造成的。形狀誤差太大，或頂出、抽芯著力點不平衡，均會造成成形零件向一邊歪斜，這樣一邊間隙減少，而另一邊的間隙擴大，使得合金液竄入的機會增大。合金液一旦竄入間隙，成形零件受到擠壓，活動成形零件被卡死，開合模自然就不靈活，這種現(xiàn)象人們往往誤認為是配合間隙太小的緣故。
如何控制、穩(wěn)定合理的模具配合間隙呢?筆者認為需從以下幾方面入手：
(1)對壓鑄模設(shè)計師而言，由于壓鑄模一般是單件生產(chǎn)，對互換性的要求不高，因此應(yīng)從鋁硅銅合金的工藝特性出發(fā)，以保證成形零件合理的配合間隙為前提，并兼顧制造加工的合理性和經(jīng)濟性，按基孔制原則，通過軸類零件的制造公差來保證其配合間隙。
(2)因為在壓鑄生產(chǎn)過程中，模具不但處于高溫下，而且溫度變化大。盡管模具材料(H13、3Cr2W8V)的線膨脹值不大，但也不應(yīng)完全忽視。所以應(yīng)采用模具溫控裝置來穩(wěn)定模具成形零件的配合間隙，同時還可以減緩因溫度變化頻繁而造成的龜裂和提高生產(chǎn)率。
(3)為了延長壓鑄模使用壽命，消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定成形零件的尺寸，建議采取中間退火，其中間退火工藝［4］如下：
新模壓射到一定次數(shù)，即1 000～3 000次后，進行退火；
又壓射了5 000次后，再進行退火；
又壓射了10 000次后，再一次退火；
當(dāng)壓射了50 000次后，模具較穩(wěn)定。
中間退火工藝：540 ℃，5h，隨爐冷卻。
鋁硅銅合金是當(dāng)今公認的一種高強度壓鑄鋁合金，國外已廣泛應(yīng)用于外殼、家用電器、馬達殼、汽車、摩托車零件。我國應(yīng)用起步較晚，還有許多特性等待研究和開發(fā)。
摘 要：通過對鋁硅銅合金工藝特性的研究，提出選定合理的壓鑄模成形零件配合間隙的必要性，并借助模具溫控裝置、模具中間退火等工藝措施，達到既提高壓鑄件的質(zhì)量，又延長壓鑄模使用壽命的目的。
關(guān)鍵詞：鋁硅銅合金；壓鑄模；配合間隙；中間退火
關(guān)鍵詞：鋁硅銅合金；壓鑄模；配合間隙；中間退火
Al-Si-Cu Alloy to the Demand of Design Die Casting Die
FENG Jun
Jianghan University,Wuhan 430010,China
Jianghan University,Wuhan 430010,China
Abstract:According to researching technical speciality of Al-Si-Cu alloy,making choice of fit clearance of die casting mould shaped part is necessary,then in virtue of mould temperature-controller and midway anneal measure gains the results of increasing quality of die casting and prolonging service life of mould.
Key words:Al-Si-Cu alloy;Die casting mould;Fit clearance;Midway anneal
Key words:Al-Si-Cu alloy;Die casting mould;Fit clearance;Midway anneal
