本文先對鋁合金殼體的結(jié)構(gòu)及壓鑄工藝進(jìn)行分析，并用UG軟件完成鋁合金殼體壓鑄模設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)的壓鑄合理，所得到的鑄件表面光潔，產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。
01.鋁合金后殼悶蓋壓鑄件結(jié)構(gòu)與工藝分析
1.1壓鑄件結(jié)構(gòu)從圖1中可看出，該后殼悶蓋鑄件結(jié)構(gòu)比較簡單，鑄件壁厚基本均勻，存在兩個(gè)鑄出孔，但是因?yàn)殍T出孔的壁略厚，熱節(jié)很容易出現(xiàn)，該壓鑄件整體壁厚較為均勻，壁厚選擇時(shí)應(yīng)綜合考量多種因素：壓鑄件結(jié)構(gòu)、材料性能以及所設(shè)計(jì)的壓鑄工藝等，只有采用薄壁或者均勻的壁厚才能要符合各個(gè)方面的需求。
1.2鑄件外側(cè)邊緣的最小壁厚良好的鑄件成形條件，要求保持一定的外側(cè)邊緣壁厚，邊緣壁厚s與深度h的關(guān)系為s≥(1/4～1/3)hmm。當(dāng)h＜4.5mm時(shí)，則s≥1.5mm。
1.3壓鑄材料該壓鑄件材質(zhì)為壓鑄鋁合金，其牌號為YZAlSi9Cu4，抗拉強(qiáng)度為240MPa，布氏硬度85HBS，平均收縮率為0.6%。所選合金引起鑄造性能良好，特別適合于壓鑄。
1.4鑄造圓角半徑為了使金屬液流動更流暢，且很容易氣體排出，結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)使用鑄造圓角，且利用圓角來替代結(jié)構(gòu)銳角還可以避免產(chǎn)生裂紋。所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圓角的半徑值取決于結(jié)構(gòu)壁厚值，范圍一般為0.5～1mm。
1.5脫模斜度選取脫模斜度要綜合考量多種因素：鑄件幾何形狀（深度、壁厚、型腔或型芯表面）、粗糙度、加工紋路方向等。考量上述各因素，所設(shè)計(jì)鑄件的殼體脫模斜度：外表面的α=30′，而其內(nèi)表面的β=1°。
02.壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計(jì)
2.1壓鑄機(jī)選擇選擇壓鑄機(jī)必須先確定鎖模力。鎖模力作用有二：一個(gè)是用來平衡反壓力，以達(dá)到鎖緊分型面的目的；一個(gè)是用來阻止飛濺的金屬液，以達(dá)到獲得目標(biāo)尺寸精度的目的。設(shè)計(jì)的鑄件不存在分脹型力，因?yàn)榇四＞呤菦]有側(cè)抽芯的（壓鑄件無側(cè)孔與側(cè)凹）。因此F鎖≥KF主=1.25×1288.352=1610.44kN根據(jù)上述計(jì)算得到鎖模力的值還有鑄件重量，根據(jù)這兩個(gè)主要因素進(jìn)行壓鑄機(jī)選擇，最后選用機(jī)型為：臥式冷室壓鑄機(jī)（2500kN）———J1125型，主要參數(shù)：①最大金屬澆注量———3.2Kg，②模具厚度———250~650mm，③動模座板行程———400mm，④壓射力———143~280kN。
2.2壓鑄壓力壓鑄工藝中壓鑄壓力是主要參數(shù)之一，因此掌握液態(tài)金屬在壓鑄過程中上的壓力變化情況，對壓鑄過程中各階段的壓力進(jìn)行合理控制，具有重要意義：①獲得合格鑄件———致密的組織，清晰的輪廓；②初算壓射比壓———根據(jù)所選壓射力計(jì)算。壓射比壓還與模具型腔空間、鑄件壁厚、金屬液流程等因素相關(guān)，結(jié)合所設(shè)計(jì)模具的具體參數(shù)，以及初算值，此壓鑄模的壓射比壓最終定為90MPa。
2.3壓鑄速度壓鑄速度的選擇有以下兩方面：壓射速度選擇和充型速度選擇。兩種速度的選擇至關(guān)重要，其直接決定了鑄件內(nèi)在外在的質(zhì)量及輪廓清晰度等。選擇充型速度時(shí)考慮因素：①鑄件的大小、②鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、③鑄件所選合金的種類、④壓射比壓的高低。具體選擇：①充型較容易的———壁厚簡單或有較高的內(nèi)部質(zhì)量要求的鑄件，選擇：低速、高比壓、大澆口；②需要快速充型———復(fù)雜薄壁或有較高的表面質(zhì)量要求的鑄件，選擇：高速，高比壓。綜合考量，根據(jù)本壓鑄件的具體特點(diǎn)———結(jié)構(gòu)較簡單，選擇中速，范圍為20～90m/s。
2.4壓鑄時(shí)間確定壓鑄時(shí)間，其由三部分所需時(shí)間組成：充型時(shí)間、持壓時(shí)間及壓鑄件在壓鑄模具中停留的時(shí)間。幾種因素綜合作用產(chǎn)生了這種結(jié)果：壓力、速度、溫度、金屬液特征，以及鑄件結(jié)構(gòu)（主要是壁厚和體積）和模具結(jié)構(gòu)（特別是澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)）等因素。充型時(shí)間大多在0.01～0.2s之間。其長短由鑄件的大小以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度決定：結(jié)構(gòu)簡單體積大的鑄件，需要相對長些的充型時(shí)間；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜和壁厚較小的鑄件，所需時(shí)間短。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，充型時(shí)間定為0.2s左右，對于本文設(shè)計(jì)的中小型鋁合金壓鑄件是比較合理的。持壓時(shí)間作用是：壓射沖頭有足夠的時(shí)間對未凝固的金屬施壓，使得結(jié)晶過程可以在壓力下進(jìn)行，增強(qiáng)補(bǔ)縮，成功獲得致密組織。影響時(shí)間長短的因素：所選合金熔點(diǎn)、結(jié)晶溫度范圍和鑄件壁厚等。熔點(diǎn)高、范圍大、壁厚大的鑄件所需時(shí)間較長，2～3s；當(dāng)所確定時(shí)間過短，則縮松現(xiàn)象會出現(xiàn)，但并不是持壓時(shí)間延長就能起到顯著的效果。1～2s為一般持壓時(shí)間范圍。本設(shè)計(jì)中鑄件的平均壁厚為3mm、考慮其結(jié)構(gòu)以及合金性質(zhì)，選擇3s作為持壓時(shí)間。 2.5壓鑄溫度保證合格鑄件的主要工藝參數(shù)———金屬液的澆注溫度以及模具的工作溫度，影響它的因素有許多：鑄件的結(jié)構(gòu)、壁厚、充型的壓力、速度以及合金種類等。需要通過綜合考量上述參數(shù)，保證壓鑄溫度穩(wěn)定處于合理范圍內(nèi)，提供良好的充型條件。澆注溫度不在合理的范圍內(nèi)會造成產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至不合格：①過高的澆注溫度———冷卻時(shí)會造成過大的收縮，產(chǎn)品易形成裂紋，產(chǎn)生較粗大的晶粒，較差的力學(xué)性能，甚至造成粘模，降低模具壽命；②過低的澆注溫度———造成缺陷包括冷隔、表面花紋和澆注不足等。為了獲得合格鑄件，除了需要考慮澆注溫度外，還應(yīng)該同時(shí)考慮壓力、壓鑄模具溫度、充型速度以及鑄件所選合金。本壓鑄件選用鋁硅合金，根據(jù)其流動性及模具特性，選定620℃作為壓鑄溫度。
03.后殼悶蓋壓鑄件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1分型面的確定該零件結(jié)構(gòu)簡單，按分型面選取原則，應(yīng)選擇最大投影截面處，如圖2所示分型面。
3.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)由四部分組成：①直澆道、②橫澆道、③內(nèi)澆口、④冷料穴。具體設(shè)計(jì)：①整體式壓室———壓室與澆口套的連接方式；②橫澆道的截面形狀———扁梯形；③內(nèi)澆口———環(huán)型側(cè)澆口；④側(cè)澆口———布置在鑄件的分型面上；⑤一模四腔，圖3為具體結(jié)構(gòu)形式。
3.3溢流槽與排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)對溢流槽進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，綜合考量各種因素選擇的截面形狀為梯形（圖4）。合理的結(jié)構(gòu)具有以下作用：①改善模具的熱平衡狀態(tài)———調(diào)節(jié)模具各處的溫度，減少鑄件出現(xiàn)流痕、冷隔和澆不足的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)移縮孔、縮松、渦流裹氣；②排出型腔中的氣體———配合排氣槽迅速排氣；③儲存冷污金屬液———涂料殘?jiān)蜌怏w的混合體。
3.4頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在壓鑄過程中，一個(gè)完整的成形周期結(jié)束后需要開模取壓鑄件，會在凸模一側(cè)發(fā)現(xiàn)被包裹著的壓鑄件，需要將其取下，此任務(wù)需要附加一種頂件機(jī)構(gòu)來執(zhí)行。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中頂出系統(tǒng)占有重要地位，構(gòu)成頂出系統(tǒng)主要有三部分：①頂出、②復(fù)位、③導(dǎo)向。本套模具采用兩種頂桿頂出機(jī)構(gòu)，分別用于鑄件頂出和澆道頂出，頂桿直徑分別為6mm和8mm。在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)限位裝置：①限位塊、②復(fù)位桿，用以提高機(jī)構(gòu)的復(fù)位精度以及防止機(jī)構(gòu)部件運(yùn)動過程中行程超限。
3.5成型零件尺寸計(jì)算
3.5.1型腔與型芯尺寸:
3.5.2計(jì)算中心距離、位置尺寸：式中:L -成型部分的中心距離、位置的平均尺寸（mm）；L-壓鑄件中心距離、位置的平均尺寸（mm）。
3.6冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選擇高效、易控制的模具冷卻方法———水冷，用以獲得高質(zhì)量鑄件和長的模具使用壽命。水冷的冷卻效果取決于冷卻水道的布局，將其布置在型腔內(nèi)：①溫度最高、②熱量比較集中、③模具下面、④操作者的對面一側(cè)。為了提高輸水膠管安裝便利性，要求統(tǒng)一水道的外徑幾何尺寸。其結(jié)構(gòu)布置見圖5所示。
3.7壓鑄?？傃b圖作出后殼悶蓋壓鑄模具的總裝配圖（圖6）。壓鑄模由兩部分組成：定模、動模。定模靜止不動，位于定模板上，動模隨著隨動板移動，位于隨動模固定板上，通過動模相對于動模的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)合模、開模。①合模：二者閉合形成型腔，高壓下使用澆注系統(tǒng)用金屬液對型腔進(jìn)行充填；②開模：保壓后二者分離，推出機(jī)構(gòu)完成從型腔中推出產(chǎn)品的任務(wù)。
本文采用UG軟件對后殼悶蓋零件進(jìn)行實(shí)體造型，并完成了后殼悶蓋零件的工藝性分析、壓鑄工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，型腔的受以下幾種因素限制：制造、工藝及生產(chǎn)效率等，綜合考量上述各因素，定為比較合理的一模四腔布局。經(jīng)實(shí)踐生產(chǎn)表明，選擇90MPa的壓鑄比壓，在20～90m/s范圍內(nèi)選擇壓鑄速度，0.2s的鑄時(shí)間，3s的持壓時(shí)間，620℃的壓鑄溫度，所得到的后殼悶蓋件具有光潔表面，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。
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