【正文】 并對(duì)真空閥的安裝位置和使用方式進(jìn)行了討論。高壓和高速構(gòu)成了壓鑄成型的兩大特點(diǎn)，這兩大特點(diǎn) 是壓鑄與低壓鑄造、差壓鑄造和重力鑄造等其他鑄造方法的最根本區(qū)別。而且，鋁合金熔鑄工藝簡(jiǎn)單，可以在多種壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓鑄。 鋁合金的鑄造用途很 廣泛，主要 生產(chǎn) 結(jié)構(gòu)件 一般都與碰撞有關(guān) ， 例 如汽車底盤零件、車身等； 另外用于離合器殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、轉(zhuǎn)向器殼體、變速器殼體 、后橋殼等殼體類零件的頻率也 是相當(dāng) 高 的 [2]。 真空壓鑄技術(shù)介紹 真空壓鑄的原理 真空壓鑄的基本原理主要是利用在設(shè)計(jì)出來的模具中開設(shè)集渣包，然后利用在模具上的排氣通道將型腔內(nèi)部連接到集渣包里面，最后在集渣包上開設(shè)相應(yīng)的通道與真空裝置相連接，使排氣通道完整的鏈接到外部裝置中。 （ 4）可減少澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)尺寸。 （ 2） 真空壓鑄法如控制不當(dāng)，效果就不是很顯著。此 系統(tǒng) 現(xiàn)已在某汽車底盤保安零件的壓鑄生產(chǎn)中受 到應(yīng)用 ， 滿足了高真空壓鑄的要求。 本設(shè)計(jì)中的零件結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但壁厚不均勻， 在鋁合金金屬液充型過程會(huì)形成卷氣、氣孔等不良缺陷。 2 圓形電機(jī)蓋的工藝分析 設(shè)計(jì)任務(wù)書 該電機(jī)蓋所使用的壓鑄原材料是鋁合金 ADC12，其線收縮率為 %， 利用 PROE 軟件對(duì)其進(jìn)行分析得出產(chǎn)品的質(zhì)量約為 370g，產(chǎn)品的三維圖如圖 21所示： 圖 21 圓形電機(jī)蓋的三維圖 零件工藝分析 零件結(jié)構(gòu)分析 零件鑄件具體結(jié)構(gòu)、尺寸及質(zhì)量成型等要求如圖 22 所示： 4 圖 22 圓形電機(jī)蓋零件圖 （ 1）鑄件多個(gè)地方具有凹孔、凸臺(tái)的結(jié)構(gòu)，為對(duì)稱零件，不需要抽芯機(jī)構(gòu)。 ADC12 具有良好的壓鑄性能，它保持了純鋁的質(zhì)輕特點(diǎn)，但力學(xué)性能比純鋁明顯提高。 由于該鑄件是大量生產(chǎn)的輕金屬壓鑄件，因此在正常情況下能達(dá)到 IT11~14 的公差等級(jí)，但由于鑄件的部分尺寸受分型面及型芯裝配的影響從而增大了尺寸公差，因此選精度等級(jí)為 IT13。分型面的選擇與壓鑄件有關(guān)。 （ 4） 分型面的選 擇應(yīng)保證壓 鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量 要求。 圖 31 分型面 示意圖 分模后壓鑄件將留在動(dòng)模部分，易于澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的布置，這樣的模具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且便于加工與制造。 壓鑄機(jī)的分類和選擇 壓鑄機(jī)的類型一般根據(jù)生產(chǎn)狀況確定，首先要考慮鑄造合金種類，其次要考慮壓鑄件特征及質(zhì)量要求等。 臥式冷室壓鑄機(jī)具有如下特點(diǎn)： （ 1）壓室的中心線垂直于分型面，且呈水平分布； （ 2）熔融金屬液進(jìn)入型腔后轉(zhuǎn)折少，壓力損耗小，增壓機(jī)構(gòu)能更好的發(fā)揮其作用； （ 3）冷室臥式壓鑄機(jī)一般有偏心和中心兩個(gè)澆注位置，或可任意調(diào)節(jié)兩澆注位置，以便模具設(shè)計(jì)時(shí)選用； （ 4）易于操作、方便維修，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 化； （ 5）金屬液在壓室內(nèi)與空氣接觸面積大，如若壓射速度選擇不當(dāng)，使空氣和其它夾渣卷入； （ 6）設(shè)置中心澆道時(shí)，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 由于 此圓形電機(jī)蓋 屬于 承載件 ，因 此選擇壓射比壓范圍為 50～ 80MPa，這里我們?nèi)?60Mpa. 表 31 常用的壓鑄合金壓射比壓推薦值 （ MPa） 鑄件類型 合金種類 鋅合金 鋁合金 鎂合金 銅合金 一般件 一般件 13～ 20 30～ 50 30～ 50 40～ 50 承 載件 20～ 30 50～ 80 50～ 80 50～ 80 耐氣密性件 25～ 40 80～ 100 80～ 100 — 電鍍件 20～ 30 — — — 壓鑄速度的選擇 與壓射比壓一樣，充填速度也是壓鑄工藝的主要參數(shù)之一，充填速度的高低直接影響壓鑄件的內(nèi)部和外觀 質(zhì)量。 常用充填速度如表 3表 33所示 。澆注溫度是指金屬液進(jìn)入澆注系統(tǒng)或型腔時(shí)的溫度。壓鑄模具溫度對(duì)壓鑄件質(zhì)量、尺寸精度及壓鑄模具壽命都有影響。 壓鑄時(shí)間的選擇 壓鑄工藝中的時(shí)間參數(shù)包括充填時(shí)間、 保 壓時(shí)間和留模時(shí)間三個(gè)部分。 表 36 鑄件的平均壁厚與充填時(shí)間的推薦值 （單位： s） 鑄件平均壁厚 b/mm 充填時(shí)間 t/s 鑄件平均壁厚 b/mm 充填時(shí)間 t/s 1 2 3 4 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 5 6 7 8 9 10 ～ ～ ～ ～ ～ ～ 本殼體屬于復(fù)雜較大鑄件，鑄件平均壁厚約為 5mm，參考表 36，其充填時(shí)間為～ ， 取充填 時(shí)間為 。 表 37 生產(chǎn)中常用的持壓時(shí)間 （單位： s） 合金 鑄件壁厚 鑄件壁厚 ～ 6mm 鋅合金 鋁合金 鎂合金 銅合金 1～ 2 1～ 2 1～ 2 2～ 3 3～ 7 3～ 8 3～ 8 5～ 10 參考表 37，殼體壁厚平均為 5mm，較大，其持壓時(shí)間為 3～ 8s， 取 6s。 表 38 各種壓鑄合金常用停留時(shí)間 9 合金 鑄件壁厚 3mm 鑄件壁厚 3～ 4mm 鑄件壁厚 5mm 鋅合金 鋁合金 鎂合金 銅合金 5～ 10 7～ 12 7～ 12 8～ 15 7～ 12 10～ 15 10～ 15 15～ 20 20～ 25 25～ 30 15～ 25 25～ 30 殼體 的鑄件平均壁厚約為 5mm， 參考表 38，其留模時(shí)間為 10～ 15s，取 13s。鎖模力的計(jì)算公式為： K( + )F F F? 分鎖 主 （ 34） 式中， F鎖是壓鑄機(jī)應(yīng)有的鎖模力 （ KN） ； F主是主脹型力 （ KN） ； F分是分脹型力 （ KN） ，K是安全系數(shù)（一般取 K＝ ）。 表 310 順德華大壓鑄機(jī)廠臥室冷室壓鑄機(jī) J1140參數(shù) 順德華大壓鑄機(jī)廠臥室冷室壓鑄機(jī) J1140 參數(shù) 合模力 F 合 /kN 拉桿間的內(nèi)尺寸 A B/mm 動(dòng)型座板行程 L 行 /mm 壓鑄型厚度 H 模 /mm 壓射力 F 壓 /kN 壓室直徑 D/mm 最大金屬澆注量 G 澆 /kg 4000 755 655 450 300～ 750 400 60 最大鑄造面積 A/cm2 壓鑄件頂出力 F 頂 /kN 鑄件頂出行程 S 頂 /mm 系統(tǒng)工作壓力 P 工 /MPa 一次空循環(huán)時(shí)間 t/s 機(jī)器總重 W/t 機(jī)器外形尺寸 mm （長(zhǎng)寬高） 1250 180 120 12 10 7325 1850 2400 4 基于 Flow3D 的澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在壓力作用下將金屬熔體充填至型腔的通道，成為澆注系統(tǒng)。開模時(shí)，壓鑄件 與 整個(gè)澆注系統(tǒng) 隨動(dòng)模 一起脫 離定 模 ，之后，由設(shè)置在動(dòng)模上的推出機(jī)構(gòu)將壓鑄件 11 推出 。 3）澆注系統(tǒng) 各部分的 形狀及尺寸確定。最后進(jìn)行直澆道設(shè)計(jì)，其尺寸與橫澆道匹配。設(shè)計(jì)內(nèi)澆口時(shí)，主要是確定內(nèi)澆口的位置和方向以及內(nèi)澆口的截面尺寸，預(yù)計(jì)金屬液在填充過程中的流態(tài)，并分析可能出現(xiàn)的死角區(qū)或裹氣部位，從而在適當(dāng)部位設(shè)置有效的溢流槽和排氣槽。當(dāng)內(nèi)澆口的速度一定時(shí)，若內(nèi) 12 澆口的截面積過大，型腔內(nèi)的氣體會(huì)由于金屬液充填型腔的時(shí)間過短而來不及排出，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生氣孔等壓鑄缺陷。 下面選用公式法進(jìn)行計(jì)算。壓鑄件質(zhì)量在 150~350g之間， K值可在 ~。 表 41 內(nèi)澆口厚度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（單位： mm） 鑄件壁厚 ~ ~3 3~6 6 合金種類 復(fù)雜件 簡(jiǎn)單件 復(fù)雜件 簡(jiǎn)單件 復(fù)雜件 簡(jiǎn)單件 鑄件壁厚之比（ %） 內(nèi)澆口厚度 鋁、鎂 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 40~60 13 42 內(nèi)澆口寬度和長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（單位： mm） 內(nèi)澆口進(jìn)口部位壓鑄件形狀 內(nèi)澆口寬度 內(nèi)澆口長(zhǎng)度 說明 矩形或長(zhǎng)方形板件 鑄件邊長(zhǎng)的 ~ 2～ 3mm 指從鑄件中軸線處側(cè)向注入，如離軸線一側(cè)的端澆口或點(diǎn)澆口則不受此限 圓形板件 鑄件外徑的 ~ 內(nèi)澆口以割線注入 圓環(huán)件、圓筒件 鑄件外徑和內(nèi)徑的~ 內(nèi)澆口以切線注入 方框件 鑄件邊長(zhǎng)的 ~ 內(nèi)澆口從 側(cè)壁注入 橫澆道設(shè)計(jì) 橫澆道是指直澆道末端到內(nèi)澆口前端之間的連接通道。 各尺寸如下： 厚度 h≥（ ～ 2） H， H為壓鑄件平均厚度， H為 5mm，則 h分別取 10mm， 10mm。取 15176。左右的圓錐面； （ 4） 在一般情況下，直澆道應(yīng)該開在橫澆道入口處下方，其下沉距離應(yīng)大于直澆道直徑的 2/3以上，以防止在壓鑄前金屬液的預(yù)填充； （ 5） 分流器上成型余料的凹腔的深度等于橫澆道的深度，直徑與澆口套相等，沿脫模斜度約 5度； （ 6） 壓室和 澆口套的內(nèi)孔應(yīng)在熱處理和精磨后，再沿著脫模的方向研磨，其表面粗糙度不大于 。 16 圖 44 方案二 方案三：采用側(cè)向澆口從切向進(jìn)澆，其分析結(jié)果如圖 45所示。溢流槽的作用歸納整理如下： (1)引出型腔中的氣體，作為集渣包儲(chǔ)存混有氣體的污冷金屬熔體。并且避免了推桿痕跡影響壓鑄件的表面質(zhì)量。一般來說，溢流槽常常設(shè)置在壓鑄件的分型面上，根據(jù)不同的鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的需要，還可以設(shè)置在型 腔內(nèi)部，且溢流槽的設(shè)計(jì)要防止金屬倒流。這樣，不至于使金屬熔體倒流。 20 溢流槽的分析結(jié)果 用 Flow3D 軟件分析加上溢流槽后壓鑄件的卷氣情況，分析結(jié)果如圖 52 所示。 表 52 各組對(duì)比參數(shù) 序號(hào) 沖頭速度 cm/s 模具溫度 /K 熔湯溫度 /k 1 200 513 953 2 200 498 933 3 200 483 913 4 212 513 913 5 212 498 933 6 212 483 953 7 225 513 933 8 225 498 953 9 225 483 913 表 53 充填結(jié)束后的表面缺陷值 序號(hào) 沖頭速度 cm/s 模具溫度 /K 熔湯溫度 /k 表面缺陷值 1 200 513 953 2 200 498 933 3 200 483 913 4 212 513 913 5 212 498 933 6 212 483 953 7 225 513 933 8 225 498 953 9 225 483 913 將這九組數(shù)據(jù) 中，觀察充填速度，模具溫度和熔湯溫度對(duì)壓鑄件表面缺陷的影響，從中選擇合適的參數(shù)，各組參數(shù)的對(duì)比結(jié)果由表 54，表 55，表 56列出。 表 57 模具工藝參數(shù)確定 充型速度 34m/s 模具溫度 225℃ 壓射比壓 60MP 熔湯溫度 933K 初始型腔壓力 72KPa 初始型腔溫度 293K 慢速?zèng)_頭速度 持壓時(shí)間 5s 留模時(shí)間 13s 估計(jì)充型時(shí)間 真空 排氣 通道的設(shè)置 瑞士方達(dá)瑞（ FONDAREX）建立于 1946年，之前其實(shí)是一家 位于瑞士蒙特勒世鑄造廠，1952年研制出 了 第一個(gè)用于壓 鑄的真空系統(tǒng)。真空閥能夠依靠末端 的 金屬 熔液的動(dòng)能在一毫秒內(nèi)關(guān)閉，保證了“全過程真空排氣” [1820]。 （ 2）注入口和排氣通道可根據(jù)鑄件的形狀和容積增加或減少。 圖 54 真空 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 真空通道的布置 方達(dá)瑞真空裝置有三種 方式 進(jìn)行安裝 ： 25 （ 1） 真空閥、補(bǔ)償器安裝在模架外 面 ， 銜接則是通過 模架凹槽上的連接插塊實(shí)現(xiàn)。所以，該電機(jī)蓋 采用圖 55 中的方式 來 安裝真空裝置。 由于成型零件 種種特點(diǎn)，其 質(zhì)量決定了壓鑄件的精度、質(zhì)量和模具的壽命，因此， 合理地設(shè)計(jì)成型零部件的結(jié)構(gòu) ，準(zhǔn)確 地 計(jì)算 尺寸和公差，確保強(qiáng)度、剛度以及 表面質(zhì)量 滿足要求，這是非常重要的 。最后，將設(shè)計(jì)完好的內(nèi)模 及型芯裝入動(dòng)模鑲塊，再將裝有可動(dòng)內(nèi)模的動(dòng)模鑲塊裝入不 通孔動(dòng)模固定板，借助動(dòng)模固定板 的內(nèi)表面以及螺栓進(jìn)行動(dòng)模鑲塊的定位 和固定 ，定模鑲塊按照同樣的方式裝入定模固定板，這樣一來 ，動(dòng)、定模板通過導(dǎo)柱、導(dǎo)套連接在一起，合模時(shí)，動(dòng)、定模鑲塊，可動(dòng)內(nèi)模還有小型芯 構(gòu)成封閉的成型空腔，用于鑄件的 充填 成型 [5]。 同樣 ，為了保持型芯以及可動(dòng)內(nèi)模在動(dòng)模 鑲塊中的相對(duì)位置，我們必須采取合理的止轉(zhuǎn)措施，根據(jù)設(shè)計(jì)，我們對(duì) 型芯以及可動(dòng)內(nèi)模均采用采用平鍵式止轉(zhuǎn)形式 —— 在型芯以及可動(dòng)內(nèi)模局部邊緣磨一直邊與設(shè)在動(dòng)模鑲塊內(nèi)的方頭平鍵定位。 影響壓鑄件尺寸精度的主要因素 （ 1）壓鑄件收縮率的影響：壓鑄件冷卻收縮是影響壓鑄件尺寸精度的主要因素。 （ 3）模具成型零件制造偏差的影響。 成型尺寸的計(jì)算要點(diǎn)如下： （ 1） 型腔磨損后尺寸增大 ， 故計(jì)算型腔尺寸時(shí)應(yīng)使得壓鑄件外形尺寸接近于最小