CN109877291B - 一种七系铝合金小件及其压铸模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种七系铝合金小件及其压铸模具，分流道型腔连通在主流道型腔与主型腔之间；后模上设置有挤压包型腔，主型腔连通在挤压包型腔与分流道型腔之间，通过设置在压铸模具上的汽缸，结合卧式冷室压铸机的储能器压力，在压铸过程中对挤压包型腔进行延时挤压；由于采用了挤压包型腔，结合延时挤压方式，保压时不再填料，并通过模具的挤压包对主型腔中尚未完全凝固的填料在体积上进行挤压，以使其芯部组织和结构更加致密，由此压铸出的铝合金小件，避免了在壁厚较厚的芯部位置出现结构疏松，且后期热处理之后也不会出现局部裂缝、裂纹以及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷；热处理之后的铝合金小件确实要比使用传统压铸原料的材料强度高很多。

Description

一种七系铝合金小件及其压铸模具

技术领域

本发明涉及七系铝合金压小件及其加工设备领域，尤其涉及的是一种七系铝合金小件及其压铸模具。

背景技术

目前，智能手机及其配件中以3D形态存在的铝合金结构件，大都通过铝合金冲压、铝锻压、铝压铸以及全CNC加工等方法来制造。

铝合金冲压工艺主要用于大部分厚度相同的产品，难以制作厚薄不一的产品；且一般用于薄件制作，不适用于有较高强度需求的结构。

铝锻压工艺的工序较长，需多道锻压模，每道锻压完成后，都要进行热处理以消除残余应力影响，生产周期较长、成本较高，对于一些复杂的结构实现起来较为困难。

全CNC加工的方案，原料耗费大，加工周期长，对设备需求大，生产成本很高。

而常见的铝压铸工艺，需使用专用的压铸原料，但是，压铸原料的成分决定了材料强度，难以满足有较高强度需求的结构。

以图1和图2所示的铝合金小件为例，图1是现有技术中某铝合金小件实施例的放大立体图，图2是现有技术图1的纵向剖视图；该铝合金小件属于手机结构件，又有较高的强度要求。

从图中可以看出，该铝合金小件的中部呈拱形结构，且沿纵向和横向的壁厚变化都较大，位于两侧的翼部d和e处的壁厚相对较薄，芯部沿纵向的a和b两处的壁厚相对较厚，而c处的壁厚相对较薄；因此该产品不仅形状结构复杂，而且多处存在有壁厚不一的问题，同时该产品还有较高强度的需求。

显然，传统的压铸模具容易在产品芯部尤其是壁厚较厚的位置出现结构疏松，并在热处理之后出现气孔膨胀，局部出现裂缝、裂纹以及空洞、缩水等缺陷，导致产品的整体强度明显下降。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种七系铝合金小件的压铸模具，做出的铝合金小件比使用传统压铸原料的材料强度高，并可避免在壁厚较厚的芯部位置出现结构疏松，利于后期热处理。

同时，本发明还提供一种七系铝合金小件，芯部结构致密，整体强度较高，且热处理之后不会出现局部裂缝、裂纹以及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷。

本发明的技术方案如下：一种七系铝合金小件的压铸模具，包括前模和后模，用于成型多个壁厚不均的七系铝合金小件，所述后模上设置有多个用于成型七系铝合金小件的主型腔，并设置有与其相连通的分流道型腔和主流道型腔，所述主流道型腔与设置在前模上的料头型腔相连通，所述分流道型腔连通在主流道型腔与主型腔之间；其中：在所述后模上设置有挤压包型腔，所述主型腔连通在该挤压包型腔与分流道型腔之间，且通过设置在压铸模具上的汽缸，结合卧式冷室压铸机的储能器压力，在压铸的过程中，对所述挤压包型腔进行延时挤压。

所述的七系铝合金小件的压铸模具，其中：对所述挤压包型腔进行挤压的开始时刻，比卧式冷室压铸机的压射冲头停止行进时的保压开始时刻延时0.05~0.15s。

所述的七系铝合金小件的压铸模具，其中：单个挤压包型腔的体积大于单个主型腔的体积，且单个挤压包型腔的体积小于与其连通的所有主型腔的体积。

所述的七系铝合金小件的压铸模具，其中：该压铸模具上还设置有用于连接抽真空设备的波浪式排气槽，所述挤压包型腔连通在主型腔与波浪式排气槽之间。

所述的七系铝合金小件的压铸模具，其中：单个挤压包型腔与波浪式排气槽相连通的排气流道个数，大于与该挤压包型腔所连通的主型腔个数。

一种七系铝合金小件，至少有两处壁厚不一的结构，其中：以七系铝合金为原材料，经由上述中任一项所述的七系铝合金小件的压铸模具压铸成型。

所述的七系铝合金小件，其中：所用七系铝合金原材料中所包含的非AL组分及其重量百分比含量为：Zn4.90~5.10%、Mg1.75~1.85%、Fe0.050~0.085%、Cu0.025~0.055%、Zr0.03~0.05%、Si≤0.05%、Mn≤0.02%、Cr≤0.02%、Ti≤0.025%、V≤0.02%、Ga≤0.02%、Sn≤0.02%。

所述的七系铝合金小件，其中：其中Mn和Cr的总量≤0.03%；其他元素的单个含量≤0.02%，且其他元素的总含量≤0.10%。

所述的七系铝合金小件，其中：压铸之后对其进行T4和T6热处理，所述T4热处理中的固溶处理阶段，单相区温度控制在535℃±10℃之间，时间保持2小时。

所述的七系铝合金小件，其中：所述T6热处理由两段人工时效组成，第一段人工时效在时效温度100℃±5℃下保持5小时，第二段人工时效在时效温度150℃±5℃下保持15小时。

本发明所提供的一种七系铝合金小件及其压铸模具，由于采用了挤压包型腔，结合延时挤压方式，保压时不再填料，并通过模具的挤压包对主型腔中尚未完全凝固的填料在体积上进行挤压，以使其芯部组织和结构更加致密，由此压铸出的铝合金小件，避免了在壁厚较厚的芯部位置出现结构疏松，且后期热处理之后也不会出现局部裂缝、裂纹以及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷；经过实测，热处理之后的铝合金小件确实要比使用传统压铸原料的材料强度高很多。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而非意图以任何方式来限制本发明公开的范围；图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并非是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸；本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1是现有技术中某铝合金小件实施例的放大立体图；

图2是现有技术图1的纵向剖视图；

图3是本发明七系铝合金小件压铸模具实施例在合模状态下的立体图；

图4是本发明图3在开模状态下看前模内侧视角的立体图；

图5是本发明图3在开模状态下看后模内侧视角的立体图；

图6是本发明图5中的后模在平放状态下的立体图；

图7是本发明图6中局部A处的放大图；

图8是本发明七系铝合金小件实施例一出四压铸毛坯的放大立体图；

图3至图8中各标号：前模100、料头型腔110、后模200、主流道型腔220、分流道型腔230、产品主型腔240、挤压包型腔250、排气流道型腔260、搓衣板式排气槽270、工艺台型腔280、定位柱281、渣包坑290、汽缸300、料头410、主流道420、分流道430、产品毛坯440、挤压包450、排气流道460、搓衣板式排气块470、工艺台480、冲切定位孔481、渣包490。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

本发明七系铝合金小件压铸模具中所用的七系铝合金原材料指的是型号为7K03的七系铝合金原材料，其所包含的非AL组分及其重量百分比含量有：Zn4.90~5.10%、Mg1.75~1.85%、Fe0.050~0.085%、Cu0.025~0.055%、Zr0.03~0.05%、Si≤0.05%、Mn≤0.02%、Cr≤0.02%、Ti≤0.025%、V≤0.02%、Ga≤0.02%、Sn≤0.02%；既能满足压铸的流动性要求，又能有效提高压铸件的材料强度。

锌元素单独加入铝中，在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂的倾向。而在铝中同时加入锌元素和镁元素，形成强化相Mg/Zn2，对铝合金产生明显的强化作用；Mg/Zn2的含量从0.5%提高到12%时，可明显增加抗拉强度和屈服强度；镁元素的含量超过形成Mg/Zn2相所需超硬铝合金中，锌元素和镁元素的比例控制在2.7左右时，应力腐蚀开裂抗力最大。如在Al-Zn-Mg基础上加入铜元素，形成Al-Zn-Mg-Cu系合金，其强化效果在所有铝合金中最大。

较好的是，其中元素Mn和Cr的总量≤0.03%；其他元素的单个含量≤0.02%，且其他元素的总含量≤0.10%，以保证压铸件后期的热处理性能。

例如，由中国台湾穗高科技股份有限公司生产的型号为7K03的七系铝锭，以该公司2017/06/07生产的T17060702批次的七系铝锭为例，经过Spark OES分光仪实际测定，该批次七系铝锭所包含的非AL组分及其重量百分比是：Zn4.99%、Mg1.84%、Fe0.065%、Cu0.038%、Zr0.031%、Si0.033%、Mn0.003%、Cr0.001%、Ti0.021%、V0.005%、Ga0.015%、Sn0.001%，Mn+Cr总量0.004%，其他元素的单个含量为0.015%，且其他元素的总含量为0.021%。

该七系铝锭的材料强度要明显高于传统的专用压铸原料，锌元素和镁元素的比例为2.712，可以满足智能手机及其配件中有较高强度需求的结构。

较好的是，压铸前所用七系铝合金原材料的料温保持在720±10℃，若料温太高则容易导致其成分烧毁，而料温太低则成型效果差。

如图3、图4和图5所示，图3是本发明七系铝合金小件压铸模具实施例在合模状态下的立体图，图4是本发明图3在开模状态下看前模内侧视角的立体图，图5是本发明图3在开模状态下看后模内侧视角的立体图；对于压铸类似图1所示壁厚不均的七系铝合金小件，该压铸模具包括用于成型多个七系铝合金小件的前模100和后模200；该压铸模具使用在卧式冷室压铸机上，以3300KN合模力的卧式冷室压铸机为例，所使用蓄能器的压力160bar，冲头直径50mm，料柄厚度20±5mm。

结合图6和图7所示，图6是本发明图5中的后模在平放状态下的立体图，图7是本发明图6中局部A处的放大图；所述后模200上设置有四个用于成型七系铝合金小件的主型腔240，并设置有与其(即这四个主型腔240)相连通的两个分流道型腔230和一个主流道型腔220，所述主流道型腔220与设置在图4前模100上的料头型腔110相连通，所述分流道型腔230连通在主流道型腔220与主型腔240之间；本发明的改进点在于：在所述后模200上设置有挤压包型腔250，所述主型腔240连通在该挤压包型腔250与分流道型腔230之间，且通过设置在压铸模具图6后模200上的汽缸300，结合卧式冷室压铸机的储能器压力，在压铸成型七系铝合金小件的过程中，对所述挤压包型腔250进行延时挤压。

优选地，对所述挤压包型腔250进行挤压的开始时刻，比卧式冷室压铸机的压射冲头停止行进时的保压开始时刻延时0.05~0.15s；压射冲头停止行进时的保压压力170±10bar，延时挤压压力130~150bar，挤压时间2.5~3s；延时挤压阶段的延时时间和挤压时间的长短可以根据铝合金小件的重量进行确定。

本发明提供的一种七系铝合金小件的压铸模具，由于采用了挤压包型腔240，结合延时挤压方式，保压时不再填料，并通过模具的挤压包对主型腔230中尚未完全凝固的填料在体积上进行挤压，以使其芯部组织和结构更加致密，由此压铸出的铝合金小件，避免了在壁厚较厚的芯部位置出现结构疏松，且后期热处理之后也不会出现局部裂缝、裂纹以及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷；经过实测，热处理之后的铝合金小件确实要比使用传统压铸原料的材料强度高很多。

结合图8所示，图8是本发明七系铝合金小件实施例一出四压铸毛坯的放大立体图，通过完整的压铸毛坯400中的料头410、主流道420、分流道430、产品毛坯440、挤压包450、排气流道460、搓衣板式排气块470，可以综合并直观地反映出压铸模具图4中的料头型腔110，图7中的主流道型腔220、分流道型腔230、产品主型腔240、挤压包型腔250、排气流道型腔260、搓衣板式排气槽270的形状和结构，以及各个型腔与分型面之间的分界和位置关系。

在本发明七系铝合金小件压铸模具的优选实施方式中，以一出四压铸图1所示的铝合金小件为例，可设置两个挤压包450对应图8中的四个产品毛坯440，其中，每个挤压包型腔250连接图7中的两个产品主型腔240，且四个主型腔240之间横向排布，且其排布方向与压铸铝合金材料总的流动方向相垂直，以缩短各型腔的填充路径，避免高温熔融状态下的压铸材料填充至远端型腔时温降过大，从而导致材料流动性降低造成困气、填充不足等压铸产品陷缺陷；相应的，在压铸模具图6所示后模200的两侧各设置一个汽缸300，通过连接卧式冷室压铸机的储能器，以利用储能器的压力对图8中各自的挤压包型腔250按照箭头P的方向进行延时挤压。

较好的是，图8中单个挤压包450的体积大于单个产品毛坯440的体积，且单个挤压包450的体积小于与其连通的两个产品毛坯440的体积；对应的，图7中单个挤压包型腔250的体积大于单个主型腔240的体积，且单个挤压包型腔250的体积小于与其连通的两个主型腔240的体积，由此可以更为经济地满足延时挤压的要求；因为单个产品毛坯440的材料致密度，与其连通的挤压包450的大小有着直接的关系；若挤压包体积过小，则冷却速度快，压力难以持续，满足不了延迟挤压的时间；而挤压包体积过大，在挤压体积相同的情况下，挤压效应减弱，难以对主型腔240产生明显的挤压效果。

为了在压铸的过程中，更好地排出压铸模具主型腔240内的空气，以进一步提高产品毛坯440的材料致密性，进一步地，在该压铸模具上设置有两个用于连接抽真空设备的波浪式排气槽270，如图7所示，每个挤压包型腔250均连通在两个主型腔240与一个波浪式排气槽270之间；对应的，图8中单个挤压包450连通在两个产品毛坯440与一个波浪式排气块470之间。

较好的是，图8中单个挤压包450与波浪式排气块470之间相连通的排气流道460有三条，而与单个挤压包450相连通的产品毛坯440有两个，前者大于后者，以保证充分排气；对应的，图7中单个挤压包型腔250与波浪式排气槽270相连通的排气流道260个数，大于与该挤压包型腔250所连通的主型腔240个数，前者有三条，后者有两个。

较好的是，当所述压射冲头封住料口时，开始对上述两个波浪式排气槽270进行抽真空；否则，空气会从料头型腔110持续进入压铸模具的型腔；而且，抽真空的时间需持续到保压阶段的开始时刻，以加快排出模具型腔中的空气，进一步避免产品毛坯440出现包锡的现象。

较好的是，图7中所述分流道型腔230与单个主型腔240之间连接处的横截面积，大于单个主型腔240与挤压包型腔250之间连接处的横截面积；且单个主型腔240与挤压包型腔250之间连接处的横截面积，大于挤压包型腔250与波浪式排气槽270之间单个排气流道260的横截面积，以最大程度地匹配七系压铸铝合金材料的流动性。

较好的是，图7中所述分流道型腔230与主流道型腔220相连通并呈扁平状的人字形，以优化分流道结构，进一步减小产品毛坯440的压铸缺陷。

较好的是，图7中所述分流道型腔230上远离主型腔240的一侧，设置有用于成型图8工艺台480的工艺台型腔280，且在该工艺台型腔280中设置有用于成型图8冲切定位孔481的定位柱281；以方便后期加工时利用冲床定位去除掉料头410、主流道420和分流道430。

较好的是，图7中所述分流道型腔230的末端设置有渣包坑290，对应图8中的渣包490，用于沉积低速压射阶段最前端已氧化及包裹大量气体的压铸融料；该渣包490呈圆台状，底部呈弧面形；所述分流道型腔230圆滑过渡并切向连接该渣包坑290，以保证有缺陷的压铸融料顺利进入。

较好的是，压铸过程中，本发明压铸模具的前模110温度保持在260±10℃，后模200温度保持在280±10℃，以保证压铸件批次的稳定性。

基于上述压铸模具，本发明还提出了一种七系铝合金小件，至少有两处壁厚不一的结构，该铝合金小件以七系铝合金为原材料，通过上述任一实施例中的压铸模具压铸成型；产品芯部结构致密，且经过T4和T6热处理之后，整体强度较高，产品不会出现局部裂缝、裂纹以及气孔膨胀、空洞、缩水等缺陷。

所谓的T4和T6热处理，在本文中指的是，针对压铸铝产品进行先T4后T6的热处理方式，用于提高铝合金件的整体强度；其中，T4热处理指的是固溶处理加自然时效，固溶处理指的是将压铸铝产品加热到高温单相区恒温保持一段时间，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却(例如空冷、油冷或水冷等)，以得到过饱和固溶体的热处理工艺，相当于调质处理，以软化其芯部组织，增加产品的韧性；而T6热处理指的是固溶处理之后的完全人工时效处理，即采用较高的时效温度和较长的保温时间，获得最大的硬度和最高的抗拉强度，但伸长率较低，相当于回火处理，以消除产品内应力，提高表面硬度。

对本发明采用七系铝合金原材料的压铸铝产品而言，在T4热处理中的固溶处理阶段，单相区温度优选控制在535℃±10℃之间，时间控制在2小时左右；而T6热处理优选由两段人工时效组成，第一段人工时效在时效温度100℃±5℃下保持5小时，第二段人工时效在时效温度150℃±5℃下保持15小时，由此热处理之后的压铸铝产品的整体强度最高。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种七系铝合金小件的压铸模具，包括前模和后模，用于成型多个壁厚不均的七系铝合金小件，所述后模上设置有多个用于成型七系铝合金小件的主型腔，并设置有与其相连通的分流道型腔和主流道型腔，所述主流道型腔与设置在前模上的料头型腔相连通，所述分流道型腔连通在主流道型腔与主型腔之间；其特征在于：在所述后模上设置有挤压包型腔，所述主型腔连通在该挤压包型腔与分流道型腔之间，且通过设置在压铸模具上的汽缸，结合卧式冷室压铸机的储能器压力，在压铸的过程中，对所述挤压包型腔进行延时挤压；对所述挤压包型腔进行挤压的开始时刻，比卧式冷室压铸机的压射冲头停止行进时的保压开始时刻延时0.05~0.15s；单个挤压包型腔的体积大于单个主型腔的体积，且单个挤压包型腔的体积小于与其连通的所有主型腔的体积；所述压铸模具上还设置有用于连接抽真空设备的波浪式排气槽，所述挤压包型腔连通在主型腔与波浪式排气槽之间，单个所述挤压包型腔与所述波浪式排气槽相连通的排气流道个数，大于与所述挤压包型腔所连通的主型腔个数；使用所述压铸模具以七系铝合金原材料成型的七系铝合金小件，所述七系铝合金小件，至少有两处壁厚不一的结构，所用七系铝合金原材料中所包含的非AL组分及其重量百分比含量为：Zn4.90~5.10%、Mg1.75~1.85%、Fe0.050~0.085%、Cu0.025~0.055%、Zr0.03~0.05%、Si≤0.05%、Mn≤0.02%、Cr≤0.02%、Ti≤0.025%、V≤0.02%、Ga≤0.02%、Sn≤0.02%。

2.根据权利要求1所述的七系铝合金小件的压铸模具，其特征在于：其中Mn和Cr的总量≤0.03%；其他元素的单个含量≤0.02%，且其他元素的总含量≤0.10%。

3.根据权利要求2所述的七系铝合金小件的压铸模具，其特征在于：压铸之后对其进行T4和T6热处理，所述T4热处理中的固溶处理阶段，单相区温度控制在535℃±10℃之间，时间保持2小时。

4.根据权利要求3所述的七系铝合金小件的压铸模具，其特征在于：所述T6热处理由两段人工时效组成，第一段人工时效在时效温度100℃±5℃下保持5小时，第二段人工时效在时效温度150℃±5℃下保持15小时。