來源：鋁合金壓鑄模具設計 分類：壓鑄模具設計

       壓鑄(zhu)(zhu)模(mo)(mo)具(ju)是壓鑄(zhu)(zhu)生產(chan)中重要的工藝設備。金屬液在壓鑄(zhu)(zhu)模(mo)(mo)具(ju)中冷卻(que)凝(ning)固(gu)，最終形成壓鑄(zhu)(zhu)件。壓鑄(zhu)(zhu)件的形狀(zhuang)、尺(chi)寸、質量(liang)，以(yi)及壓鑄(zhu)(zhu)生產(chan)的順(shun)暢性都與壓鑄(zhu)(zhu)模(mo)(mo)具(ju)密切(qie)相關，因此(ci)正確合理地設計壓鑄(zhu)(zhu)模(mo)(mo)具(ju)至關重要。

一、壓鑄模(mo)具的基本結構

       常用的(de)壓鑄模(mo)(mo)(mo)具(ju)由兩個(ge)半模(mo)(mo)(mo)組成，分別(bie)稱為定模(mo)(mo)(mo)和(he)動模(mo)(mo)(mo)。也(ye)有更復雜的(de)壓鑄模(mo)(mo)(mo)具(ju)，不止兩個(ge)半模(mo)(mo)(mo)。壓鑄模(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)組成如圖1所示。

       壓鑄模具(ju)組成部分的作用如(ru)下(xia)：

（1）直澆(jiao)道 連通壓室或至橫(heng)澆(jiao)道，包括澆(jiao)口套和分流錐(zhui)等(deng)。

（2）澆(jiao)(jiao)注系統 合(he)金液(ye)進入型腔(qiang)的通道(dao)，包括(kuo)內澆(jiao)(jiao)道(dao)、橫澆(jiao)(jiao)道(dao)及直澆(jiao)(jiao)道(dao)等。

（3）型腔(qiang) 在鑲(xiang)塊上形(xing)成(cheng)壓鑄件的幾何形(xing)狀(zhuang)。

（4）抽(chou)(chou)芯機構 完成活動(dong)型(xing)芯的抽(chou)(chou)出及(ji)插入動(dong)作，包括滑(hua)道、滑(hua)塊、油缸及(ji)斜杠等。

（5）排溢系統 排氣體及存(cun)儲冷金屬殘渣等。

（6）溫度控制(zhi)系(xi)統 控制(zhi)壓(ya)鑄模具的溫度，包括冷卻水管(guan)和加熱油管(guan)等。

（7）頂(ding)出(chu)機構 將壓鑄件從(cong)型腔中(zhong)頂(ding)出(chu)，包括頂(ding)桿(gan)等(deng)。

（8）動(dong)模框 連(lian)接及固定動(dong)模部件，包(bao)括套板、支撐板等。

二、壓鑄(zhu)模具的設計(ji)

       設計壓(ya)鑄模具要注意以下幾(ji)個要點：

（1）要盡可能地采用先(xian)進簡(jian)單的(de)結構，保證動作穩(wen)定可靠、方便日常維護、維修(xiu)。

（2）要考慮澆注系統的可修(xiu)改性，在調試過程中可以進行必要的修(xiu)改。

（3）合(he)理選用各種公(gong)差、縮尺及加工余量，保(bao)證可(ke)靠的(de)模件配合(he)及要求(qiu)的(de)壓鑄(zhu)件精度。

（4）選用合適的模(mo)具材(cai)料和可(ke)靠的熱處理工藝，確保壓(ya)鑄模(mo)具的使(shi)用壽命。

（5）應(ying)具有足夠的(de)剛度(du)及(ji)強度(du)，能夠承受鎖模壓力和漲型力，壓鑄生(sheng)產過程中不產生(sheng)變形(xing)。

（6）盡可能使用標準化的壓鑄模具零件，改善經濟性及互(hu)換性。

       在設計模具時(shi)，還要根據(ju)鑄件的投影面積計算出壓鑄生產(chan)中(zhong)的總投影面積、壓射比壓，以選(xuan)擇合(he)適噸位的壓鑄機，公式如下：

       式中(zhong)，K系數一(yi)般選取0.85。

       壓鑄(zhu)機(ji)選好后(hou)，根據壓鑄(zhu)機(ji)的動靜行板及壓射偏心(xin)(xin)位置等(deng)尺(chi)寸，設計(ji)模具的大小(xiao)、中(zhong)心(xin)(xin)位置、復位拉桿孔位等(deng)與(yu)壓鑄(zhu)機(ji)相連接部分(fen)的尺(chi)寸。

       隨(sui)著我(wo)國汽(qi)車制造業的(de)發展(zhan)，越(yue)來越(yue)多的(de)汽(qi)車零(ling)部件采用(yong)了鋁合金(jin)材(cai)質，例如汽(qi)車發動機的(de)缸體、缸蓋、油底殼(ke)以(yi)及各類(lei)連接支(zhi)架(jia)等。

       隨(sui)著(zhu)壓(ya)(ya)鑄(zhu)技(ji)術(shu)的(de)(de)日益成熟(shu)，各汽車廠(chang)商對壓(ya)(ya)鑄(zhu)件的(de)(de)內部(bu)質量要(yao)求越(yue)來越(yue)高，尤(you)其以德(de)國大眾的(de)(de)要(yao)求最為嚴格，每一種車型(xing)的(de)(de)發動機壓(ya)(ya)鑄(zhu)件產(chan)品都有一套相應的(de)(de)技(ji)術(shu)要(yao)求，產(chan)品孔(kong)隙度的(de)(de)要(yao)求是每一種零部(bu)件所必(bi)須的(de)(de)要(yao)求。

       一(yi)些零(ling)(ling)部件(jian)(jian)結(jie)構(gou)非常(chang)復雜，需要(yao)在(zai)模(mo)具(ju)上(shang)做一(yi)些相(xiang)應(ying)的(de)結(jie)構(gou)才能(neng)實現批量壓鑄生(sheng)產(chan)，如零(ling)(ling)部件(jian)(jian)上(shang)有(you)多種角度的(de)螺紋(wen)孔，要(yao)保證加工后(hou)的(de)產(chan)品質量，必須在(zai)模(mo)具(ju)的(de)相(xiang)應(ying)位置(zhi)制作(zuo)型芯，如圖2所(suo)示。

       圖(tu)2中，A為(wei)定(ding)(ding)位(wei)(wei)孔(kong)(kong)(kong)(kong)，B是(shi)3個M8的(de)螺(luo)(luo)紋孔(kong)(kong)(kong)(kong)，與(yu)定(ding)(ding)位(wei)(wei)孔(kong)(kong)(kong)(kong)角(jiao)度呈10°，其中右側的(de)兩(liang)(liang)個螺(luo)(luo)紋孔(kong)(kong)(kong)(kong)是(shi)通孔(kong)(kong)(kong)(kong)；C是(shi)兩(liang)(liang)個螺(luo)(luo)栓過(guo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)，與(yu)定(ding)(ding)位(wei)(wei)孔(kong)(kong)(kong)(kong)角(jiao)度呈5°；D是(shi)與(yu)定(ding)(ding)位(wei)(wei)孔(kong)(kong)(kong)(kong)呈34°的(de)螺(luo)(luo)紋孔(kong)(kong)(kong)(kong)，長38mm。

       抽芯(xin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)按驅動(dong)方(fang)式(shi)可(ke)分(fen)為機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)式(shi)和液(ye)(ye)壓(ya)式(shi)兩種(zhong)。機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)械(xie)式(shi)抽芯(xin)主要通(tong)過(guo)開合模(mo)過(guo)程中斜銷、彎銷、齒輪和齒條等實(shi)(shi)現(xian)抽芯(xin)與復位(wei)。液(ye)(ye)壓(ya)抽芯(xin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)的(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)原理比(bi)較簡單(dan)，直接(jie)利用液(ye)(ye)壓(ya)缸(gang)進行抽芯(xin)及(ji)復位(wei)動(dong)作(zuo)(zuo)。液(ye)(ye)壓(ya)抽芯(xin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)可(ke)以根據抽芯(xin)力的(de)(de)(de)大(da)小及(ji)抽芯(xin)距(ju)離的(de)(de)(de)長(chang)短(duan)選擇液(ye)(ye)壓(ya)缸(gang)的(de)(de)(de)尺寸。圖(tu)2產品在(zai)模(mo)具設計時首(shou)先考(kao)慮A、C、D三個孔(kong)要鑄出來，可(ke)以分(fen)別(bie)用液(ye)(ye)壓(ya)抽芯(xin)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)采(cai)取(qu)有角度的(de)(de)(de)滑道(dao)的(de)(de)(de)方(fang)式(shi)在(zai)生產中來實(shi)(shi)現(xian)孔(kong)的(de)(de)(de)成(cheng)形(xing)。圖(tu)3是(shi)(shi)D孔(kong)的(de)(de)(de)滑道(dao)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)(gou)示意(yi)，用這(zhe)種(zhong)辦法可(ke)以將液(ye)(ye)壓(ya)缸(gang)設計在(zai)模(mo)具外面(mian)，這(zhe)樣設計的(de)(de)(de)好處(chu)是(shi)(shi)模(mo)具可(ke)變(bian)薄，連續生產過(guo)程中便于維護(hu)。

     在連續生產過程中，模(mo)具(ju)的(de)抽(chou)芯(xin)(xin)孔(kong)會因為(wei)多次的(de)抽(chou)插滑動造成抽(chou)芯(xin)(xin)孔(kong)變形，在模(mo)具(ju)壽命的(de)中后期，會經常出現抽(chou)芯(xin)(xin)研(yan)死(si)的(de)現象，為(wei)了解決(jue)這(zhe)一(yi)問題，可(ke)(ke)以在抽(chou)芯(xin)(xin)孔(kong)的(de)部位增加(jia)一(yi)個鑲套(tao)，如果出現抽(chou)芯(xin)(xin)孔(kong)變形的(de)情況，就可(ke)(ke)以更換鑲套(tao)來解決(jue)（見圖4）。這(zhe)種辦法(fa)也可(ke)(ke)以應(ying)用(yong)在模(mo)具(ju)的(de)頂桿(gan)處，只要能加(jia)鑲套(tao)的(de)，就可(ke)(ke)以做成這(zhe)個結構。

       由(you)于一些(xie)零部件圖樣(yang)的(de)(de)(de)要求，鑄件上一些(xie)區(qu)域需要放(fang)置(zhi)規定大小的(de)(de)(de)異形(xing)頂桿。圓(yuan)圈內的(de)(de)(de)4個(ge)頂桿成(cheng)形(xing)部分（見(jian)圖5）是階(jie)(jie)梯(ti)形(xing)式的(de)(de)(de)，直(zhi)徑為8mm。由(you)于鑄件動(dong)模型腔比較深，所以產(chan)生的(de)(de)(de)抱緊(jin)力就很(hen)大，頂桿頂出(chu)鑄件時(shi)所需要的(de)(de)(de)力就大，頂桿在(zai)壓鑄生產(chan)過程中容(rong)易折斷。由(you)于鑄件成(cheng)形(xing)部分頂桿的(de)(de)(de)直(zhi)徑由(you)產(chan)品圖樣(yang)確定，可以根據(ju)產(chan)品的(de)(de)(de)特點(dian)，設計階(jie)(jie)梯(ti)粗細的(de)(de)(de)頂桿，以保(bao)證頂桿的(de)(de)(de)壽命。

       由于有(you)了C、D兩個角度的油(you)缸在(zai)模具上(shang)，B所示的3個M8的螺(luo)紋孔就沒(mei)有(you)位置(zhi)再(zai)采用油(you)缸的方(fang)(fang)式(shi)來做預鑄孔了，兩個M8螺(luo)紋通孔深(shen)18mm，想保證內部質量必須做出(chu)預鑄孔，我們(men)采取做對接異形型芯的方(fang)(fang)式(shi)來解決(jue)這個問(wen)題，對接形式(shi)如(ru)圖6所示。       

        型(xing)芯不是(shi)正(zheng)常對接(jie)的(de)(de)，錯開了一定(ding)的(de)(de)距離，在兩(liang)型(xing)芯對接(jie)的(de)(de)部分是(shi)正(zheng)常的(de)(de)出(chu)模斜度(du)（一般設計在1°～1.5°之間，兩(liang)個型(xing)芯外側的(de)(de)出(chu)模斜度(du)就(jiu)是(shi)正(zheng)常的(de)(de)出(chu)模斜度(du)外加(jia)與定(ding)位孔所呈的(de)(de)角度(du)）。

       由于某些復雜的(de)(de)產品厚大(da)區域通過壓鑄工藝(yi)參數(shu)無(wu)法保證內(nei)部質量，所以在設計(ji)模具時要考慮增加局部擠壓機構(gou)，這種(zhong)機構(gou)的(de)(de)原理是(shi)在壓射完成的(de)(de)最短(duan)時間內(nei)，將(jiang)抽(chou)芯(xin)插入，使(shi)得這一區域壓實(shi)，減少氣孔。擠壓機構(gou)抽(chou)芯(xin)的(de)(de)成形部分是(shi)沒有出模斜度的(de)(de)，所以只適合短(duan)程的(de)(de)結構(gou)。

三(san)、壓鑄工藝系統(tong)設計

       模(mo)(mo)(mo)具大框設(she)(she)(she)計(ji)好后，就進(jin)入了澆注系統的(de)(de)(de)設(she)(she)(she)計(ji)，早先(xian)都是看二維或(huo)三(san)維圖樣根據實(shi)踐經驗來做這一部(bu)分(fen)的(de)(de)(de)。在生(sheng)產(chan)過程(cheng)中根據產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)內(nei)部(bu)質量來調整內(nei)澆道的(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)和(he)方向。近(jin)十(shi)幾年來，隨著鑄造(zao)充(chong)型凝(ning)固過程(cheng)數值模(mo)(mo)(mo)擬技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)不斷發展以及(ji)鑄造(zao)行(xing)業的(de)(de)(de)市場需求，鑄造(zao)過程(cheng)模(mo)(mo)(mo)擬商品(pin)化軟(ruan)件不斷出現(xian)，很(hen)多主機廠也要求在設(she)(she)(she)計(ji)模(mo)(mo)(mo)具前看到壓鑄模(mo)(mo)(mo)擬過程(cheng)，在設(she)(she)(she)計(ji)之初將設(she)(she)(she)計(ji)好的(de)(de)(de)三(san)維導入到這個程(cheng)序里面，設(she)(she)(she)定(ding)壓鑄工(gong)藝(yi)參數后，模(mo)(mo)(mo)擬軟(ruan)件經過一定(ding)的(de)(de)(de)運算得(de)出接近(jin)實(shi)際生(sheng)產(chan)效果的模擬畫，如圖7～圖10所示。  

  壓鑄工藝(yi)要求模擬達到(dao)的(de)效果如下：

（1）合(he)金液(ye)應同時(shi)到達內澆道處(chu)。

（2）在填充過(guo)程(cheng)中合金液(ye)應平(ping)穩填充。

（3）填充過程中不能出現卷氣或紊(wen)流現象。

（4）填(tian)充(chong)完(wan)成前，合金液不(bu)能將集渣包過道(dao)封死(si)。

（5）從(cong)填充(chong)過程中所產生的(de)冷金屬不能存(cun)在鑄件內，應全部被驅趕到(dao)集渣包(bao)里(li)。

       根據(ju)填(tian)充模(mo)擬(ni)和粒(li)子(zi)追蹤模(mo)擬(ni)，以及壓鑄工(gong)藝的(de)要求，模(mo)具(ju)澆道和集渣包的(de)位置和大小(xiao)都要做到相應優化；根據(ju)凝固(gu)模(mo)擬(ni)和鑄件的(de)壁(bi)厚，模(mo)具(ju)內冷(leng)卻(que)水和加熱油管，以及點冷(leng)卻(que)的(de)位置能夠確定；根據(ju)模(mo)具(ju)沖蝕模(mo)擬(ni)可以確定模(mo)具(ju)的(de)哪些地方需(xu)要重點噴涂。

       通過模擬分(fen)析，在設計時解決了澆口和集(ji)渣包手動優(you)化的過程，這樣(yang)就節(jie)省了模具制造時憑經驗所(suo)產生偏差造成的模具修(xiu)改(gai)過程。

       為(wei)了使鑄件的(de)質量得(de)到(dao)進一(yi)步提(ti)高，一(yi)些公司利用抽真空技術使廢品(pin)率下降，創造更(geng)高的(de)價值(zhi)。

       抽(chou)真(zhen)空(kong)技術要求模具排(pai)(pai)氣(qi)道的面積與沖頭(tou)面積之(zhi)比為1:100。在快(kuai)壓射開始前的0.4s啟動真(zhen)空(kong)泵(beng)，抽(chou)真(zhen)空(kong)在設計模具時可以根據(ju)產品的復雜程(cheng)度和模具的大(da)小(xiao)，來確定使(shi)用(yong)真(zhen)空(kong)排(pai)(pai)氣(qi)波板或真(zhen)空(kong)閥(fa)的數量。圖11是(shi)模具上(shang)抽(chou)真(zhen)空(kong)的結構(gou)。

     ;  在抽真空技術(shu)應用(yong)較好的情況下，鑄件的廢品(pin)率至少要降到原有(you)廢品(pin)率的20%以(yi)下。