粒子计数器壳体压铸

• 1
  粒子计数器壳体必须同时承担的任务
• 2
  为什么高压压铸适合这种壳体
• 3
  为洁净室仪器选择合金
• 4
  压铸公差止于何处，CNC 从何处开始
• 5
  气孔、泄漏及其在下游的显现方式
• 6
  从 CAD 模型到可量产壳体
• 7
  压铸与计数器壳体其他工艺路线的对比

粒子计数器壳体不是一个盒子。它要容纳激光二极管、光电探测器、采样泵以及它们之间的流路。整机在跌落、运输并在洁净室升温之后，光轴仍须保持在几十微米以内。仅这一项要求就排除了很多薄壁壳体。

壳体还必须密封。环境粉尘进入光学腔会表现为误计数，而看到误计数的客户会把仪器退回。门密封垫、电缆格兰头和连接器接口都需要一个平整的加工面来压紧。

散热是第三项任务。激光二极管和一个小型隔膜泵加起来，可能向鞋盒大小的壳体输入 10-20 W 的热量。压铸铝导热良好，但前提是加强筋和凸台连接到真正接触空气的表面。

因此这个零件在一个铸件上同时是结构框架、密封载体和散热器。每个角色都把设计拉向不同方向，这种张力正是粒子计数器壳体压铸值得尽早规划的原因。

高压压铸以 400-700 bar 将熔融铝注入钢模。金属快速填充薄壁，贴模壁冷却，出模时铸态壁厚为 1.5-3.0 mm。对于带内部加强筋、安装凸台和连接器开口的壳体，这已接近加工前的目标形状。

其他路线各有短板。钣金平整度好，但需要焊接或铆接角部，这些接缝难以密封。注塑量产便宜，但需要导电涂层做 EMI 屏蔽，而涂层在螺纹处会磨损。坯料机加工公差最好，但大部分材料变成切屑被去除，几百件以上时单件成本高得多。

当年产量大致在 500 到 100,000 件之间，且零件具有折弯机无法成形的三维几何时，压铸占优。低于这个范围，模具成本占主导，机加工或真空铸造原型通常是更好的第一步。

气孔是已知弱点。填充时卷入的气体留下小孔洞，密封面下方的孔洞在加工后成为泄漏通道。良好的模具设计、真空辅助压射曲线和受控的浇口位置是管理这一问题的办法。

• 1
  薄壁填充更好1.5-2.5 mm 的铸壁比 5 mm 且带热节的截面流动更可靠。
• 2
  脱模斜度很重要外壁 1-2°，内芯 2-3°，否则零件拉伤、粘模。
• 3
  每个角都要倒圆0.5-1.0 mm 圆角可降低应力并改善浇口处金属流动。

ADC12 和 A380 是主力。两者都是 Al-Si-Cu 合金，铸造性好、收缩率低、刚度尚可。ADC12 在亚洲模具中常见，切削性能好。A380 在模具中的表现几乎相同，是欧洲或北美开模时的常用选择。对于室内使用的壳体，两者都可以。

如果壳体需要焊接或为外观做阳极氧化，A360 或低铜合金是更好的基材。高铜含量会使阳极氧化件颜色偏深、不均匀。对于将壳体接地到机架的导电阳极氧化，铜含量也会改变表面电阻。

当重量关键时，例如手持或推车式计数器，镁合金 AZ91D 值得考虑。它比铝铸得更薄更轻，但需要合适的涂层体系，在没有额外防护的情况下不适合潮湿环境。

在我们车间，铸件毛坯常与机加工在同一场地完成。这样我们可以把 ADC12 铸件的光学安装面加工到 ±0.005 mm，把密封垫座面加工到 Ra 0.8-1.6 μm，而无需在供应商之间运输零件、丢失基准。

• 1
  ADC12 / A380室内仪器壳体的默认选择；量产成本最优。
• 2
  A360零件需要阳极氧化或焊接时选用。
• 3
  AZ91D 镁合金仅用于重量关键的机型；需要涂层方案。

铸态压铸件在稳定尺寸上约为 ±0.1 mm，跨分型面更松。这对光学安装座或密封垫座面来说不够。诀窍是铸出特征时留 0.3-0.5 mm 余量，只加工功能所需的部分。

加工面通常是光学安装平面、密封槽底面、连接器法兰和螺纹凸台。在这里，基准策略比机床选择更重要。我们通常以加工后的光学面作为主基准，然后在一次装夹中由它定位密封垫座面和连接器内孔。

光学安装面的平面度是决定成像质量的关键数值。密封垫贴合面不平就会泄漏。在五轴加工中心上，这些特征的公差控制在 ±0.005 mm，密封面表面粗糙度 Ra 0.8-1.6 μm，足够光滑，模压密封垫无需额外涂层即可密封。

不要对整个壳体进行机加工。每切削一个面都会增加成本，并去除承载铸态表面的表皮。目标是将切削面积控制在表面积的 15-25%，不要超过。

• 1
  机加工面的铸造余量0.3-0.5 mm 足以完成清理，且不会延长加工节拍。
• 2
  一个基准，一次装夹以光学面为基准定位密封垫贴合面和连接器内孔。
• 3
  密封面需保证表面质量Ra 0.8-1.6 μm；外观面可保留铸态。

压铸壳体中最昂贵的缺陷是机加工后才暴露的皮下空洞。零件在来料检验时看起来完好，但在切出密封垫槽后，密封面出现泄漏。此时铸件批次已经投产。

有两点可以降低该风险。第一，让密封垫槽远离模具最后填充的区域，通常是浇口对角的远端角落。第二，在机加工密封面上规定泄漏测试，而不仅仅是目视检查。在 0.2-0.5 bar 下进行 10-30 秒的压力衰减测试，可以捕获大多数贯穿壁厚的气孔。

热处理可能有益也可能有害。铸后去应力退火可降低壳体随时间变形的概率，这在光学元件对准精度为 50 μm 时尤为重要。但对压铸件进行完整的 T6 固溶处理，可能因卷入气体而产生起泡。这就是高完整性铸件通常进行去应力处理而非完全时效的原因。

尺寸蠕变是同一问题的缓慢版本。壳体在首件时保持对准，但一年内漂移 30 μm，将导致现场重新校准失败。去应力处理加上稳定的合金是实际可行的解决方案。