壓鑄是近代金屬加工工藝中發(fā)展較快的一種高效率、少無切削的金屬成型精密鑄造方法。與其他鑄造方法相比，由于壓鑄工藝的生產(chǎn)流程短、工序簡(jiǎn)單而集中，不需要繁多的設(shè)備和龐大的工作場(chǎng)所，且鑄件質(zhì)量?jī)?yōu)、精度高、表面光潔度好，所以不僅可以節(jié)省大量的機(jī)械加工工序、設(shè)備和工時(shí)，而且具有金屬工藝出品率高，節(jié)省能源、節(jié)省原材料等優(yōu)點(diǎn)，所以壓鑄是一種“好、快、省”的高經(jīng)濟(jì)效益的鑄造方法。
目前，壓鑄這種工藝方法已廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)中，如兵器、汽車、摩托車和航空航天行業(yè)的產(chǎn)品零部件，以及電器儀表、無線電通信、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)具、醫(yī)療器械、洗衣機(jī)、電冰箱、鐘表、照相機(jī)、建筑裝飾和日用五金等各種產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)方面。現(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)的一些壓鑄件，最小的只有幾克，最大的鋁合金鑄件重達(dá)50kg，最大的直徑可達(dá)2m。一些國(guó)家則依靠技術(shù)進(jìn)步促使鑄件薄壁化、輕量化，因而導(dǎo)致以往以鑄件產(chǎn)量評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家鑄造技術(shù)發(fā)展水平的觀念發(fā)生了根本性的改變，轉(zhuǎn)而用技術(shù)進(jìn)步的水平作為衡量一個(gè)國(guó)家鑄造水平的重要依據(jù)。而鑄件質(zhì)量的好壞最終取決于壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及排溢系統(tǒng)(包括抽真空)設(shè)計(jì)是否合理。 圖1所示殼體屬于多筋類零件，成型非常困難，因此對(duì)該模具的設(shè)計(jì)提出了更高的技術(shù)要求。在優(yōu)化該模具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，筆者通過應(yīng)用華鑄CAE軟件進(jìn)行模擬流動(dòng)分析，最后得到了一個(gè)合理的流動(dòng)設(shè)計(jì)方案，并在此基礎(chǔ)上通過采用溢流排氣系統(tǒng)來減少壓鑄缺陷，從而保證了鑄件的質(zhì)量和外觀。
鑄件
一、鑄件工藝分析該下蓋鑄件最小壁厚=1.2mm，易造成鋁液填充不良，成型困難，使鋁合金熔接不好，鑄件表面易產(chǎn)生冷隔等缺陷，并給壓鑄工藝帶來困難。該零件材料為鋁硅合金，除鋁以外的雜質(zhì)總量≤0.6%，抗拉強(qiáng)度≥345MPa，屈服強(qiáng)度≥180MPa，延伸率≤1.6%，硬度HBS≤160，外觀鋁錠為銀白色，產(chǎn)品壓鑄成型后表面應(yīng)平整光潔，粗糙度達(dá)到圖樣規(guī)定的要求，不得有影響該產(chǎn)品外觀和裝配的變形、裂紋和錯(cuò)邊，非加工表面不得有嚴(yán)重的流痕、拉傷、冷隔、縮陷、氣泡、飛邊、欠鑄和多肉等工藝缺陷。該零件斜度的作用是減少鑄件與模具型腔的摩擦，容易取出鑄件，保證鑄件表面不拉傷，從而延長(zhǎng)壓鑄模使用壽命，故將其脫模斜度設(shè)定為外表面 (單邊) 3°，內(nèi)表面(單邊)4°，芯銷孔 (單邊)3°。在壓鑄件的連接處采用適當(dāng)?shù)膱A角(3) 過渡，避免零件上因沒有圓角的存在而產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致開裂，可以延長(zhǎng)壓鑄模的使用壽命，不因模具型腔尖角的存在而導(dǎo)致崩角或開裂。為了不影響產(chǎn)品外觀，決定采用如圖1所示的側(cè)澆口進(jìn)料，通過排溢系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，加快鑄件的完整成型和收集料流前鋒的雜質(zhì)和冷料等，從而大大減少氣孔和夾渣等現(xiàn)象的產(chǎn)生，確保鑄件成型質(zhì)量?jī)?yōu)良及其外觀。壓鑄成型工藝條件為：收縮率為0.55%，壓室直徑為95mm，每模周期為40s，低速壓鑄速度為(0.26±0.05)m/s，高速壓鑄速度為(2.1±0.2)m/s，高速壓鑄起點(diǎn)位置為(260 ±20) mm，鑄造壓力為(67.7±1.9)MPa，料餅厚度為(20±5)mm，湯溫為(660±20)℃，留模時(shí)間為(13±2)s，模溫為(160±20)℃。
二、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.分型面的選擇分型面是壓鑄模具動(dòng)模和定模的接合面，主要根據(jù)鑄件的具體結(jié)構(gòu)確定。分型面在鑄件上會(huì)留下痕跡，該痕跡稱為分型線。因此在選擇分型面時(shí)，要充分考慮一些注意事項(xiàng)，以避免由于分型面的選擇不當(dāng)所造成的不良影響。在綜合考慮鑄件順利脫模、澆口布置和模芯的機(jī)加工工藝性等幾方面因素的前提下，最后決定采用如圖2所示的分模設(shè)計(jì)方法。
2.澆注系統(tǒng)及排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 該模具采用1模1腔結(jié)構(gòu)，由于鑄件正反面都有加強(qiáng)筋，成型又非常困難，只能開設(shè)3個(gè)大截面?zhèn)葷部谶M(jìn)料，采用分流錐導(dǎo)流，且分流錐與澆口套采用6°錐度研配，料餅厚度約為23mm。整個(gè)澆注系統(tǒng)是由直澆道、橫澆道與內(nèi)澆口三部分組成，橫澆道截面形狀大體為扇形，根部及角落處需倒圓角以進(jìn)行更好地引流。橫澆道和內(nèi)澆口分別開設(shè)在動(dòng)、定模芯上，為了保證鑄件成型完全，盡量采用較大截面的內(nèi)澆口。通過運(yùn)用華鑄CAE軟件進(jìn)行流動(dòng)分析，最后得到如圖3所示最佳的測(cè)澆口數(shù)量與位置，合理的流道系統(tǒng)形狀和排布位置，并對(duì)模芯尺寸、內(nèi)澆口尺寸和直橫流道尺寸等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終得到一種切實(shí)可行的流動(dòng)設(shè)計(jì)方案。為了改善壓鑄件內(nèi)部組織和減少壓鑄缺陷，最后決定在產(chǎn)品末端開設(shè)溢流槽(圖3)，其后又開設(shè)排氣槽并進(jìn)行抽真空處理，以便能及時(shí)排出型腔中的氣體、氣體夾雜物、涂料殘?jiān)袄湮酆辖鸬?，作為保證鑄件質(zhì)量和消除某些壓鑄缺陷的重要措施之一。排氣槽設(shè)在分型面及溢流槽的尾部，排氣槽深度≤0.4mm，寬度為10mm，并且采用曲折排氣槽進(jìn)行排氣，以防溢流，同時(shí)鑄件還可利用模芯和鑲塊的配合間隙以及頂桿與頂桿孔的配合間隙進(jìn)行排氣。
3.脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為了順利頂出鑄件，在該模具下端面周向均勻設(shè)置頂桿進(jìn)行頂出。整個(gè)脫模機(jī)構(gòu)采用復(fù)位桿(圖3中24)進(jìn)行復(fù)位，通過推板導(dǎo)柱(圖3中28)和導(dǎo)套(圖3中29)進(jìn)行導(dǎo)向定位。同時(shí)，依靠限位螺釘(圖3中23)和前限位柱(圖3中26)進(jìn)行限位，并且加工時(shí)必須保證4個(gè)限位螺釘和4個(gè)前限位柱分別等高，以保證鑄件頂出時(shí)平穩(wěn)可靠。
4.模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)該模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要根據(jù)動(dòng)、定模芯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及模具元件的分布來布置水道。為了避免冷卻水道與相關(guān)的模具元件不發(fā)生干涉，且不影響其冷卻效果，決定采用如圖3所示的一進(jìn)一出的冷卻水道，以增加其冷卻效果。水道直徑為10mm，并在動(dòng)、定模芯進(jìn)水口與出水口處安裝銅制冷卻水管，而模具上所有冷卻水管全部集結(jié)在壓鑄機(jī)的鋼制積水包上。為防止分流錐處熱量過于集中，在分流錐上采用如圖3所示的分流錐嵌件(圖3中38)進(jìn)行導(dǎo)流冷卻處理。分流錐(圖3中36)與澆口套(圖3中33)的冷卻水道直徑為8mm，均為一進(jìn)一出的冷卻水路。同時(shí)，合模前壓鑄機(jī)噴淋裝置會(huì)自動(dòng)噴冷卻液來冷卻模具。
5.模具結(jié)構(gòu)及工作過程 該模具屬于兩板模，其最大外形尺寸為800mm×800mm×700mm，模架定制。根據(jù)鎖模力大于脹型力的設(shè)計(jì)原則，以壓鑄模厚度和允許開模距離為依據(jù)，最后決定選用UBE900t壓鑄機(jī)。模具所有活動(dòng)部分保證定位準(zhǔn)確，動(dòng)作可靠，不得有任何歪斜和卡滯現(xiàn)象，固定零件不得有相對(duì)竄動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。 模具工作過程為：動(dòng)、定模合模，熔融鋁液通過湯勺(其規(guī)格為2.1Kg)注入模具澆口套(圖3中33)中，通過壓鑄機(jī)的沖頭將鋁液壓入密封型腔內(nèi)，經(jīng)保壓、冷卻后，開模。開模時(shí)，動(dòng)、定模分開，到達(dá)設(shè)定開模行程400mm后，壓鑄機(jī)頂出油缸開始工作，模具頂出機(jī)構(gòu)在裝有油缸的壓鑄機(jī)頂桿帶動(dòng)下將鑄件從動(dòng)模芯(圖3中8)中頂出，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到設(shè)定頂出行程40mm后取出鑄件(含定模側(cè)的流道、積渣包及氣道中的凝料)。接著壓鑄機(jī)噴淋裝置會(huì)自動(dòng)噴冷卻液來冷卻模具，隨之動(dòng)、定模合模，壓鑄機(jī)頂出油缸帶動(dòng)模具頂出機(jī)構(gòu)復(fù)位，一個(gè)壓鑄周期也隨之完成。
三、壓鑄模選材和熱處理要求 在進(jìn)行壓鑄模具設(shè)計(jì)時(shí)，選材非常重要，如果模具材料選擇得不恰當(dāng)，很可能會(huì)影響模具的使用壽命和工作效率，因此，必須嚴(yán)格按照制造工藝合理選擇模具材料。材料選擇好后還必須制訂嚴(yán)格的熱處理方法和硬度，如果熱處理不當(dāng)，很可能導(dǎo)致模具壽命急劇下降，從而影響公司的正常生產(chǎn)，如表所示。
四、模具組裝技術(shù)要求 壓鑄件尺寸精度的高低主要取決于模具的組裝技術(shù)要求，為了生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的壓鑄件，必須對(duì)模具的組裝提出嚴(yán)格的要求。該模具的的組裝技術(shù)要求如下。
(1)模具分型面與安裝平面或支承面之間的平行度偏差，在200mm長(zhǎng)度以內(nèi)不大于0.05mm。
(2)模具安裝在壓鑄機(jī)上時(shí)，其分型面應(yīng)保持良好的閉合狀態(tài)。允許有不大于0.05mm的間隙(排氣槽除外)。
(3)成型鑲塊和澆口系統(tǒng)零件的分型面不允許低于模板分型面，其高出不得大于0.1mm。
(4)導(dǎo)柱和導(dǎo)套在裝配后，其軸線與模板平面的垂直度偏差，在200mm內(nèi)不大于0.03mm。
(5)模具的各活動(dòng)零部件裝配后應(yīng)靈活，在室溫狀態(tài)下用手施力時(shí)，各相互關(guān)聯(lián)的活動(dòng)零部件不應(yīng)產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象。
(6)頂桿允許高出成型表面不超過0.1mm，復(fù)位桿則應(yīng)與定模的分型面接觸為準(zhǔn)，允許低于分型面不超過0.05mm。
(7)推桿在推桿固定板中應(yīng)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，允許其軸向竄動(dòng)量不大于0.05mm。
(8)模具上開設(shè)的排氣槽應(yīng)呈曲折狀引出，其深度在0.1～0.15mm，嚴(yán)禁將排氣槽從型腔直接引向操作者的一側(cè)。
(9)流道轉(zhuǎn)接處應(yīng)光滑連接，鑲拼處應(yīng)密合，拔模斜度≥5°，表面粗糙度。Ra≤0.4μm。
該模具設(shè)計(jì)在克服壓鑄件成型時(shí)間短、多筋類薄殼鑄件成型較為困難等工藝缺陷的基礎(chǔ)上，通過合理采用側(cè)澆口進(jìn)料來澆注壓鑄件，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，動(dòng)作平穩(wěn)、可靠，壓射出的壓鑄件尺寸精度高，表面平整、光潔，無任何影響外觀和產(chǎn)品性能的變形、裂紋和錯(cuò)邊等工藝缺陷。
