定制铝压铸支架

1. 介绍

支架是定位和支撑组件的普遍存在的组件, 传输负载并充当子系统的连接点.

压铸 实现高度集成的支架几何形状 (肋骨, 老板, 内部空腔, 整体夹子) 减少零件数量和组装时间.

铝制铸造, 尤其, 受到减肥的青睐, 耐腐蚀性, 电/热导和体积经济是优先考虑的.

工程挑战是平衡几何形状和生产经济性，同时确保所需的静态和疲劳性能.

2. 什么是铝压铸支架?

一个 铝 压铸支架 是通过将熔融铝压入可重复使用的钢模具中而生产的组件 (死) 在受控条件下形成近净形支架.

除关键的加工特征外，压铸生产的支架通常需要最少的二次加工.

它们用作安装点, 支持, 各行各业的外壳和接口组件.

关键定义属性:

• 近净形状复杂性 (集成的肋骨, 老板, 剪辑)
• 薄壁能力 (能够减轻重量)
• 用于大批量生产的可重复尺寸控制
• 铸态孔隙率和可获得的机械性能之间的权衡

3. 制造铝压铸支架的制造工艺

铸造工艺的选择决定了支架可实现的几何形状, 机械完整性, 表面质量, 单位成本和生产节奏.

高压铸造 (HPDC)

什么 HPDC 是: 使用柱塞或活塞将熔融铝以高速和高压压入钢模中.

金属在模具表面凝固，零件被顶出, 修剪和 (如果需要) 加工.

典型工艺参数 (工程范围):

• 熔融温度: 〜650–720°C (取决于合金和实践)
• 模具工作温度: 〜150–250°C (取决于表面光洁度和纹理)
• 注射/射出速度: ~10–60 m/s (异型)
• 型腔/保压压力: ~40–150 兆帕 (取决于机器和零件)
• 典型循环时间: ~10–60 秒 每枪 (对于薄型零件来说非常短; 冷却占主导地位)
• 典型铸态壁厚: 1.0–5.0 毫米 (最佳 1.5–4.0 毫米)

优势

• 极高的通量和大批量重复性.
• 出色的表面光洁度和尺寸控制 (除了关键基准面之外，通常只需要最少的后加工).
• 能够生产非常薄的壁和复杂的集成特征 (剪辑, 肋骨, 老板).

限制 / 风险

• 如果浇注，则夹带气体和收缩孔隙很常见, 死温度, 熔体清洁度或注射曲线未达到最佳状态.
• 高初始工具成本 (硬化的钢模具) 和显着的模具工程交货时间.
• 厚的部分 (>5–6毫米) 容易出现收缩缺陷并需要特殊的设计功能 (取芯, 喂食者) 或替代流程.

何时使用

• 复杂的, 薄壁支架的年产量为中等到高 (通常有数千到数百万单位).

低压, 半压力和真空辅助变体

低压/半压力铸造

• 通过施加相对较低的压力将金属送入模具, 熔炉或流道的受控压力 (典型范围 0.03–0.3 MPA). 与 HPDC 相比，填充速度更慢且更温和.
• 生产铸件 较低的孔隙度 更好地送入较厚的部分; 循环时间更长.

真空辅助HPDC

• 真空泵在填充之前/期间从模具或流道系统中排出空气.
• 好处: 大大减少了残留空气的孔隙率, 提高机械一致性, 气孔更少，可焊性提高.
• 通常与结构支架的受控注射轮廓和熔体脱气相结合.

实际意义

• 当支架完整性时，选择这些混合方法 (尤其是疲劳性能) 很重要，但仍需要 HPDC 几何形状或生产率.
  与传统 HPDC 相比，它们增加了资本/工艺复杂性并增加了每个零件的成本, 但可以显着提高可用的机械性能.

重力 (永久模具) 和低压压铸 (LPDC)

重力 / 永久型铸造

• 熔融金属在重力作用下倒入可重复使用的金属模具中. 冷却速度较慢; 喂养和门控是被动的.
• 与标准 HPDC 相比，可生产具有更低气体孔隙率的更致密的零件.
• 典型循环时间: ~30–120 秒 (比 HPDC 更长).
• 更适合具有较厚截面或需要较低孔隙率的中等复杂托槽, 但对于非常薄的墙壁来说并不理想.

低压铸造 (LPDC) (与前面描述的低压填充不同)

• 一个压力 (通常为数十至数百毫巴，最高可达 ~0.3 MPa) 从底部施加，将金属推入模具; 慢点, 层流填充减少湍流和气体滞留.
• LPDC 比重力铸造实现了更好的密度和几何形状组合，经常用于需要提高疲劳寿命的结构支架.

何时选择

• 中等批量生产，零件完整性和较低孔隙率优先于 HPDC 的绝对循环速度.

挤压铸造和半固态 (上帝) 加工

挤压铸造

• 将熔融金属倒入封闭模具中，然后进行压缩 (挤压) 凝固的同时. 凝固过程中的压力填充补缩通道并关闭收缩孔.
• 产生接近锻造的密度和机械性能，并且孔隙率非常低, 通常接近锻造般的性能.

半固态 / 触变加工

• 金属以半固态浆料状态铸造, 它结合了固体碎片和液体，因此流动更加层流且更少湍流, 最大限度地减少孔隙率和氧化物夹带.
• 与传统 HPDC 相比，可实现复杂形状并提高机械性能.

权衡

• 设备和工艺成本较高, 比 HPDC 更长的循环时间和更具挑战性的过程控制.
• 当支架工作周期需要尽可能高的完整性时使用 (安全支架, 结构构件, 与崩溃相关的括号).

工艺选择指南摘要

4. 压铸铝支架的材料选择

典型合金及应用指南

代表性材料特性 (典型的, 过程依赖)

值因合金化学成分而异, 融化练习, 孔隙率和后处理. 使用这些作为工程起点; 通过测试优惠券和生产抽样进行验证.

• 密度: ≈ 2.72–2.80 g/cm³
• 弹性模量: ≈ 68–71 GPa
• A380 (铸态典型值): UTS≈ 280–340 MPA, 产量≈ 140–180 MPA, 伸长率 ≈ 1–4％
• A356 (T6典型, 热处理): UTS≈ 260–320兆帕, 产量≈ 200–240 MPA, 伸长率 ≈ 6–12％
• 导热率 (合金铸件): 典型的 100–150 w/m·k (合金和孔隙率相关)
• 硬度 (铸造): 〜60–95 hb (因合金和热条件而异)

设计寓意: 如果支架功能需要更高的延展性/疲劳性能或高温强度, 选择可热处理合金或减少孔隙率的替代工艺.

5. 压铸设计: 括号的几何规则

壁厚

• 目标范围:1.0–5.0 毫米, 和 1.5–4.0 毫米 是许多 HPDC 支架的实用最佳选择.
• 尽可能保持墙壁均匀. 当厚截面不可避免时, 使用局部取芯或加强筋来减少质量和收缩.

草稿, 圆角和角

• 草稿角: 外部的 0.5°–2°, 内部的 1°–3° 取决于深度和纹理.
• 内圆角: 受到推崇的 ≥0.5–1.5× 壁厚. 大半径可减少应力集中并改善金属流动性.

加强筋和加强筋

• 加强筋厚度: 大约 0.4–0.6× 标称壁厚以避免产生厚截面收缩区.
• 肋骨高度: 通常 ≤ 3–4× 壁厚; 在底部提供足够的鱼片.
• 使用加强筋来增加刚度，但不会过度增加截面厚度.

老板, 孔和螺纹

• 凸台底座厚度: 保持凸台下方的最小材料等于标称壁厚; 添加角撑板以进行负载转移.
• 关键孔/基准面的机械余量:0.5–1.5毫米 取决于所需的特征尺寸和精度.
• 线程策略: 更喜欢 后加工螺纹 或者 插入/螺旋线圈 高扭矩/高寿命应用的解决方案.

尺寸公差和 CNC 余量

• 典型铸态公差: ±0.1–0.3毫米 (取决于特征尺寸和公差等级).
• 尽早指定基准; 最大限度地减少后加工表面的数量以控制成本.

6. 表面处理, 后加工, 和细木工

表面饰面, 二次加工和连接策略对于将近净压铸件转变为适合用途的支架至关重要.

热处理

• 高压直流合金 (A380/ADC12 系列): 一般来说 不是 高度可热处理，达到与铸锻合金相同的程度.
  A380可以人工老化 (T5) 适度增加力量; 完全解决时代 (T6) 处理方法受到合金化学成分和典型 HPDC 微观结构的限制.
• A356 和其他铸锻合金: 支持T6 (解决方案 + 人工衰老) 并显着提高产量和疲劳性能 - 如果您需要更高的延展性/强度并且选择的工艺，请选择这些 (永久模具, LPDC 或挤压) 适应热处理.

后加工: 表面, 日期, 及工艺参数

后加工将近净铝压铸件转变为具有功能表面的精密部件, 受控的公差, 和可重复的装配几何形状.

要加工哪些表面

• 关键数据, 安装面, 轴承孔和精密孔 — 始终计划二次加工.
• 离开 最小加工余量 在铸态表面上: 典型津贴 0.3–1.5毫米, 取决于铸造精度和特征尺寸. 用于高精度数据, 使用该范围的较大端.

切削参数范围示例

表面整理选项

孔隙密封和高级致密化

真空浸渍

• 目的: 用低粘度树脂填充通孔和表面连接的空隙，使铸件密封并改善外观光洁度.
• 典型用例: 载液支架, 住房, 可见的多孔板, 将进行阳极氧化或喷漆的零件.
• 流程总结: 零件被放置在装有树脂的真空室中; 真空将树脂吸入孔隙; 压力有助于渗透; 多余的树脂被去除并固化.
• 设计说明: 真空浸渍是一个补救步骤 - 不要用它来补偿产生过多孔隙率的不良浇注/设计.

热等静止 (时髦的)

• 能力: 可以封闭内部收缩孔并提高密度和机械性能.
• 实用性: 有效但是 昂贵的 且不常应用于标准 HPDC 支架; 如果有保证，更常用于高价值结构铸件.

嵌件和紧固件

• 螺纹嵌件: 黄铜/钢嵌件 (压制或铸入) 用于高负载紧固——拉拔强度 2–3x 压铸螺纹.
• 紧固件: 铝, 钢, 或不锈钢螺栓 (使材料与支架合金相匹配以避免电偶腐蚀).
• 细木工方法: 焊接 (用于铝支架的 TIG/MIG), 粘合 (用于轻量级组件), 或机械夹紧.

7. 质量, 检查, 和支架的常见缺陷

常见缺陷

• 气孔隙度: 截留的氢气/气体产生球形孔隙.
• 收缩孔隙度: 发生在厚, 喂养不足的区域.
• 冷关 / 错误: 由于熔体温度低或流动中断.
• 热裂纹 / 热眼泪: 来自受限区域凝固过程中的拉伸应变.
• 闪光和表面瑕疵: 由于模具不匹配或润滑剂过多.

检查方法

• 视觉的 + 尺寸: 第一行 (CMM, 光学测量).
• X 射线/CT 扫描: 检测内部孔隙率和收缩率 (生产抽样计划).
• 压力/泄漏测试: 用于密封支架或携带液体的支架.
• 机械测试: 拉伸, 硬度, 生产运行中的疲劳样本.
• 金理图: 微观结构, 金属间相和孔隙率定量.

控制缺陷

• 关键对策: 优化浇口/排气, 真空辅助, 熔体脱气, 受控模具温度, 和适当的壁/肋几何形状.

8. 压铸铝支架的机械性能

静态行为

• 设计载荷应通过 FEA 对铸态几何形状并通过测试代表性铸件进行验证.
  典型的设计计算使用合金测量的拉伸/屈服强度，并根据测量的孔隙率和适合使用的安全系数进行校正 (1.5–3× 取决于关键程度).

疲劳性能

• 疲劳寿命对以下因素高度敏感 表面状况, 应力集中 和 孔隙率.
• HPDC 合金的疲劳强度通常低于热处理合金, 由于铸态孔隙而导致锻铝.
  对于动态服务, 指定生产铸件的疲劳测试或选择最小化孔隙率的工艺 (真空高压直流, 挤压铸造).

工程编号示例 (说明性的)

• 对于由 A380 铸态制成的支架，UTS ~320 MPa，屈服强度 ~160 MPa, 对于非关键部件，设计静态安全系数通常范围为 1.5–2.5; 对于安全关键附件来说更高.
  疲劳验证应包括至少 10⁶ 循环（如适用）的 S-N 测试.

9. 腐蚀, 热的, 和电气注意事项

腐蚀

• 铝形成保护性氧化物，但容易受到腐蚀 点缀 在氯化物环境中和 电腐蚀 当连接到阴极金属时 (钢, 铜).
  使用涂料, 牺牲隔离 (洗衣机, 袖子) 或选择兼容的紧固件.

热行为

• 与钢相比，铝的密度更低，导热率更高 (合金的导热率通常为 100–150 W/m·K) 使其对散热支架有效.
  与其他材料配合时要注意热膨胀差异.

电气注意事项

• 铝具有导电性，可用作接地或 EMI 路径.
  在有交变磁场的环境中, 大型实心支架中的涡流可能会产生热量 - 如果需要，可设计槽或叠片.

10. 压铸铝支架的优点

• 减轻重量: 铝密度 (~2.72–2.80 克/立方厘米) 与钢 (〜7.85 g/cm³) 产量 ≈ 35% 相同体积的钢质量——即, 重量减轻约 65% 对于相同的几何形状, 实现更轻的组件和节省燃料/能源.
• 复杂的, 综合几何: 减少零件数量和装配时间.
• 良好的耐腐蚀性: 自然氧化物加涂层.
• 导热性和导电性: 适用于热管理和接地.
• 回收: 铝废料具有高度可回收性，回收消耗初级生产能源的一小部分.
• 高批量成本效率: HPDC 摊销工具使单位成本在规模上极具竞争力.

11. 铝支架的主要应用

• 汽车 & ev: 电机安装座, 传动支架, 电池组支架, 传感器/自适应系统安装座.
• 电力电子 & 电动交通: 散热和尺寸精度很重要的逆变器/电机安装结构.
• 电信 & 基础设施: 天线支架, 户外设备支架.
• 工业机械: 变速箱和泵支架, 传感器安装座.
• 电器 & 消费电子产品: 具有严格外观/安装要求的底盘和内部支撑支架.
• 医疗的 & 航天 (选定的组件): 认证和更高完整性流程 (真空, LPDC, 挤) 应用.

12. 铝支架与. 钢支架

13. 结论

铝压铸支架是轻量化时广泛适用的解决方案, 高量, 需要几何形状复杂的组件.

成功需要系统方法: 根据负载情况和产量选择正确的合金和铸造工艺; 墙壁设计统一, 适当的肋骨/凸台和吃水深度;

控制熔体清洁度和模具温度; 并计划检查和后处理 (加工, 密封, 涂料).

对于静态, 非疲劳支架 HPDC A380/ADC12 级合金通常就足够了; 用于结构, 疲劳敏感的应用, 使用真空/低压工艺, 可热处理合金或挤压铸造，并通过疲劳和无损检测采样进行验证.

常见问题解答

我应该为 HPDC 支架指定多少壁厚?

目标是 1.5–4.0 毫米 适用于大多数 HPDC 支架. 保持壁均匀并避免厚度突然变化; 尽可能去除厚区域.

压铸支架需要机械加工吗?

关键安装面, 孔径和螺纹通常需要后加工. 计划 0.5–1.5毫米 基准加工余量.

如何最大限度地减少孔隙率?

使用真空辅助铸造, 优化浇口/排气, 严格的熔体脱气和控制模具温度; 考虑超低孔隙率的替代铸造方法.

铝压铸支架是否适合高疲劳应用?

他们可以是, 但疲劳性能必须在生产铸件上得到证明.

首选真空/LPDC 或挤压铸造并应用表面增强 (射击, 加工) 改善生活.

相同体积的铝支架比钢支架轻多少?

给定典型密度, 一个铝支架大约是 35% 同体积钢支架的重量——即, ≈65% 打火机, 显着节省系统级质量.