【文章內(nèi)容簡介】 程度等，都是與壓鑄機本身的壓鑄工藝性的優(yōu)劣相關(guān)的。 半固態(tài)擠壓工藝對擠壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求： ①方便講擠壓件從模具中取出； ②盡量消除側(cè)凹和深腔； ③盡量減少抽芯部位； ④消除模具型芯出現(xiàn)交叉的部位； ⑤壁厚均勻； ⑥消除尖角。 以上原則， 將輪轂擠壓件工程圖如下所示： 20 輪轂工程圖 該零件直徑 Ф 100mm，厚 10mm，中心孔徑 Ф 14mm，四個支撐桿寬 8mm。 擠壓件能達到的尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性基本上依擠壓模制造精度而定。導(dǎo)致擠壓件尺寸偏差的原因有很多，包括工作環(huán)境溫度的高地、合金自身化學(xué)成分的偏差、合金金屬收縮率的波動、開模、抽芯及推出機構(gòu)運動狀態(tài)的穩(wěn)定程度、模具使用過程中的磨損量引起的誤差等，這些原因又互相交織在一起，彼此互相影響。 壓鑄件的尺寸精度不僅與其尺寸大小有關(guān)，而且受其結(jié)構(gòu)和 形狀的影響。一般壓鑄件的精度為 IT13，高精度壓鑄件為 IT11。 國家標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T 6414— 1999）中將逐漸尺寸公差劃分為 16個等級，標(biāo)記為 CT1～ CT16。壓鑄件尺寸公差可以控制在 CT4～ CT8級，但不同合金可以達到的等級范圍有所不同，一般鋁合金可以達到 CT4～ CT7級。 參考壓鑄件尺寸公差國家標(biāo)準(zhǔn)以及該擠壓件的實際尺寸。確定其公差等級為 IT12級，尺寸公差為 。 在填充條件良好的情況下，壓鑄件的表面粗糙度一般比模具成形表面的粗糙度低兩級。用新模具壓鑄可獲得表面 粗糙度達 。隨著模 21 具使用次數(shù)的增加，通常壓鑄件的表面粗糙度值會逐漸變大。在模具的正常使用壽命內(nèi)，鋁合金壓鑄件大致在 aR ～ 。 參考國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定該擠壓件的表面質(zhì)量等級為 2級，表面粗糙度aR 。 由于鑄件具有較為精確的尺寸和良好的鑄造表面，所以一般情況下，可以不進行機械加工。同時 ，由于壓鑄件內(nèi)部可能有氣孔，所以應(yīng)盡量避免再進行機械加工。但是，某些部位還是應(yīng)該進機械加工。如裝配表面、裝配孔、成型困難沒有鑄出的一些形狀，去除內(nèi)澆口、溢流口后的多余部分等。 械加工余量是為了保證鑄件機械加工面尺寸和零件加工精度，在設(shè)計鑄件和鑄造工藝時，預(yù)先增加并在機械加工時應(yīng)予以切除的金屬層厚度。鑄件的加工余量數(shù)值按照有加工要求的表面上最大基本尺寸和該表面距它的加工基準(zhǔn)間尺寸兩者中較大的尺寸所在尺寸范圍，從鑄件加工余量表中選取。另外，鑄件的不同加工表面，可以采用相同的加工余量數(shù)值。 底座鑄件的加工余量選取 根據(jù)參考文獻 [15]中推薦的加工余量選擇，平面按最大邊長確定，孔按直徑確定。 在本輪轂鑄件中，有加工要求表面中基本尺寸最大的為直徑 100mm。根據(jù)《鑄造工程師手冊》，選取加工余量等級為 D57，則根據(jù)直徑 100mm查表，選取本鑄件的機械加工余量為 。 4半固態(tài)擠壓成型過程及壓鑄機的選用 臥式冷室壓鑄機結(jié)構(gòu) 臥式冷室壓鑄機基本組成如圖所示： 22 圖 臥式冷室壓鑄機 1— 增壓器； 2— 蓄能器； 3— 壓射缸； 4— 壓射沖頭； 5— 壓室； 6— 定座板； 7— 拉桿； 8— 動座板； 9— 頂出缸； 10— 曲肘機構(gòu)； 11— 支承座板； 12— 模具高度； 13— 合模缸； 14— 機體； 15— 控制柜； 16— 電機及泵 此類壓鑄機的基本結(jié)構(gòu)分為 5部分： (1)壓射機構(gòu) 主要作用是在高壓力下將熔融的金屬液壓入型腔的壓射機構(gòu)。壓射壓力、壓射速度等主要工藝參數(shù)都是通過它來控制的，其中包括壓室、壓射沖頭、壓射缸、增壓器和蓄能器。 (2)合模機構(gòu) 其作用是實現(xiàn)壓鑄模的開啟和閉合動作，并在壓射成型過程中具有足夠而可靠的鎖模力，以防止在高壓壓射時，模具被推開或發(fā)生偏移。 (3)頂出機構(gòu) 在壓鑄件冷卻固化成型并開啟模具后，頂出缸驅(qū)動壓 鑄模的推出機構(gòu)，將成型壓鑄件及澆注余料從模具中頂出，并脫出模體，其中包括頂出缸和頂桿。 (4)傳動系統(tǒng) 通過液壓傳動或機械傳動完成壓鑄過程中所需要的各種動作。包括電機、各種液壓泵及機械傳動裝置。 (5)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制柜指令液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的傳動元件，按壓鑄機壓射過程預(yù)定的工藝路線和運行程序動作，將液壓動作和機械動作有機的結(jié)合起來，完成準(zhǔn)確可靠、協(xié)調(diào)安全的運行規(guī)則 [12]。 半固態(tài)擠壓成型過程 利用臥式冷室壓鑄機來實現(xiàn)半固態(tài)擠壓成型工藝主要需經(jīng)歷 4個步驟，如圖 24所示： (a)合模過程 (b)壓射過程 23 (c)開模過程 (d)鑄件推出過程 (a)合模過程 模具閉合后，壓射沖頭 1 復(fù)位至壓室 2 的端口處，將足量的液態(tài)金屬 3注入壓室 2 內(nèi)。 (b)壓射過程 需要明確的是，半固態(tài)擠壓成型中的壓射過程與純粹的壓鑄成型工藝中的壓射過程是有很大不同的。傳統(tǒng)的壓鑄成型是將液態(tài)合金壓入型腔內(nèi)進行凝固成型。而利用臥式冷室壓鑄機進行半固態(tài)擠壓時，當(dāng)液態(tài)合金進入型腔后不是任由其凝固至固態(tài)，而是通過模溫調(diào)節(jié) 系統(tǒng)的控制，待型腔內(nèi)的液態(tài)合金冷卻至半固態(tài)時在進行一定壓力下的擠壓，最后得到半固態(tài)擠壓件。 (c)開模過程 半固態(tài)擠壓成型后，開啟模具，使擠壓件脫離型腔，同時壓射沖頭 1將澆注余料頂出壓室。 (d)推出鑄件過程 在壓鑄機頂出機構(gòu)作用下，將壓鑄件及其澆注余料頂出，并脫離模體，壓射沖頭同時復(fù)位 [13]。 確定壓鑄機的鎖模力 鎖模力（合模力）是選用壓鑄機時首先要確定的參數(shù)。在半固態(tài)擠壓過程中，合金液以極高速度充填模具型腔，在充滿型腔的瞬間及增壓階段，合金液收到很大的壓力，為了作用到型腔的各個方向 ，力圖是模具沿分型面漲開，稱為脹型力。鎖模力的作用主要是為了克服壓射時的脹型力，以鎖緊模具的分型面，防止因模具被脹開，引起金屬液飛濺傷人和影響擠壓件尺寸精度的現(xiàn)象發(fā)生。 計算主脹型力 10/APzF ? 式中， ZF — 主脹型力（ KN）； A— 鑄件在分型面上的總投影面積，一般增加 30%作為澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的面 積（ 2cm ）； 24 P— 壓射比壓（ MPa）。 cmA ???????????? ????%302 cmAA ???? cmAAA ????? 查閱“常用壓鑄合金壓射比的推薦值”，得到鋁合金承載件的壓射比為50～ 80MPa。取 P=80MPa?？汕蟮闹髅浶土?： KNzF ???? 計算鎖模力 由于該套模具中不含有側(cè)向抽芯機構(gòu)，故不必考慮分脹型力。為了防止模具被脹開，鎖模力要大于或等于脹型力在合模方向上的合力。而且此套模具中，脹型力中心與鎖模力中心重合。鎖模力計算公式如下： zFKsF ?? 式中， sF — 壓鑄機應(yīng)有的鎖模力（ KN）； K— 安全系數(shù)（一般 K=）； zF — 主脹型力（ KN）。 故有 KNsF 3 73 5 ??? 查閱《壓鑄模設(shè)計手冊》中的壓鑄機的主要參數(shù)，考慮產(chǎn)品實際情況及現(xiàn)有條件，選擇 125t的 J1113臥式冷室壓鑄機。 開模行程的核算 每臺壓鑄機都有最小合模距離 minH 和最大開模距離 maxH 兩個尺寸，根據(jù)鑄件形狀、澆注系統(tǒng)和模具結(jié)構(gòu)來核算是否滿足取出鑄件的要求，即壓鑄機的最大開模距離減去模具總厚度留有能取出鑄件的距離。壓鑄機和模后能嚴密的鎖緊模具分型面，因此要求合模后模具的總厚度應(yīng)大于壓鑄機的最小合模距離，一般約為 20mm。由此可得： 21m in hhH ?? mmhhhhH 104321m a x ????? 25 mmhhL 1043 ??? 式中， minH 是壓鑄機最小合模距離（ mm）； ma xH 是壓鑄機最大開模距離（ mm）；L是壓鑄機動模座板的行程（ mm）； 1 h 是定模部分的厚度（ mm）； 2 h 是動模部分的厚度（ mm）； 3 h 是鑄件推出距離（ mm）； 4 h 是鑄件及澆道總高度（ mm）。 4半固態(tài)擠壓模具設(shè)計概述 作為壓鑄模生產(chǎn)的三要素之一，壓鑄模設(shè)計質(zhì) 量直接影響著壓鑄件成形的形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量等。壓鑄生產(chǎn)過程的順利進行，壓鑄件質(zhì)量的保證，在很大程度上取決于壓鑄模的結(jié)構(gòu)合理性和技術(shù)先進性。在壓鑄模設(shè)計的過程中，必須全面分析壓鑄件的結(jié)構(gòu)，了解壓鑄機及壓鑄工藝，掌握在不同壓鑄條件下的合金液充填特性和流動行為，并考慮到經(jīng)濟效益等因素。 半固態(tài)擠壓模具由定模和動模兩個主要部分組成。定模固定在壓鑄機壓室一方的定模座板上，是金屬液開始進入模具型腔的部分，也是模具型腔的所在部分之一。定模上有直澆道直接與壓鑄機的噴嘴或壓室連接。動模固 定在壓鑄機的動模座板上，隨動模座板向左、向右移動與定模分開和合攏，一般抽芯和鑄件頂出機構(gòu)設(shè)于其內(nèi)。 該套模具要求適用在臥式冷室壓鑄機上，其基本結(jié)構(gòu)如下： （ 1） 成型零件部分 在合模后，由動模鑲塊和型腔鑲塊形成一個構(gòu)成壓鑄件形狀的空腔，通常稱為成型鑲塊。構(gòu)成成型部分的零件即為成型零件。成型零件包括固定的和活動的鑲塊與型芯，如圖中的鑲塊、主型芯、小型芯以及側(cè)型芯等。有時成型零件還構(gòu)成澆注系統(tǒng)的一部分，如內(nèi)澆口、橫澆道、溢流口和排氣道等。 （ 2） 澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)是熔融金屬由壓鑄機壓室進入模具成型空腔 的通道，如澆口套、澆道鑲塊以及橫澆道、內(nèi)澆口、排溢系統(tǒng)等。 由于成型零件和澆注系統(tǒng)的零件均與高溫的金屬液直接接觸，所以它們 26 應(yīng)選用經(jīng)過熱處理的耐熱鋼制造。 （ 3）模體結(jié)構(gòu)。各種模板、座架等構(gòu)架零件按一定程序和位置加以組合和固定，將模具的各個結(jié)構(gòu)件組成一個模具整體，并能夠安裝到壓鑄機上，如的墊塊、支撐板、動模壓板、定模套板、定模座板和動模座板等。 導(dǎo)柱和導(dǎo)套是導(dǎo)向零件，又被稱為導(dǎo)準(zhǔn)零件。它們的作用是引導(dǎo)動模板與定模板在開模和合模時能沿導(dǎo)滑方向移動，并準(zhǔn)確定位。 （ 4）頂出和復(fù)位機構(gòu)。將壓鑄件或澆注余料從模具上脫 出的機構(gòu)，包括推出零件和復(fù)位零件，如推桿、推桿固定板和推板。同時，為使頂出機構(gòu)在移動時平穩(wěn)可靠，往往還設(shè)置自身的導(dǎo)向零件推板導(dǎo)柱和推板導(dǎo)套。為便于清理雜物或防止雜物影響推板的正確復(fù)位，還在推板底部設(shè)置限位釘。 （ 5）側(cè)抽芯機構(gòu)。當(dāng)壓鑄件側(cè)面有側(cè)凹或側(cè)凸結(jié)構(gòu)時，則需要設(shè)置側(cè)抽芯機構(gòu)，如斜滑塊、側(cè)型芯、斜滑塊限位釘、彈頂銷、彈簧等。 （ 6）其它。除以上各結(jié)構(gòu)單元外，模具內(nèi)還有其它用于固定各相關(guān)零件的內(nèi)六角螺栓以及銷釘?shù)?[17]。 選擇鑄件的分型面涉及鑄件的形狀和技術(shù)要求，澆注系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)的布 置，壓鑄工藝條件、壓鑄模的結(jié)構(gòu)和制造成本、模具的熱平衡因素，這些因素往往難以兼顧，確定分型面時要予以綜合考慮。 選擇分型面應(yīng)注意的要點如下： ①開模時保持鑄件隨動模移動方向脫出定模； ②有利于澆注系統(tǒng)、溢流系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的布置； ③要求不影響鑄件的尺寸精度； ④簡化模具結(jié)構(gòu)； ⑤避免鑄造機承受臨界負荷，并要考慮鑄造合金的性能。 在選擇鑄件的分型面時要綜合考慮以上要點，從而確定分型面。由于該半固態(tài)擠壓件的結(jié)構(gòu)為具有對稱 圖 分型面設(shè)計 性。故其分型面的設(shè)計可如左圖所示。 27 統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)是將壓鑄機壓室內(nèi)熔融的金屬液在高溫高壓高速狀態(tài)下填充入模具型腔的通道。它包括直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口、等。它能調(diào)節(jié)充填速度、 充填時間、型腔溫度，因此它決定著壓鑄件表面質(zhì)量以及內(nèi)部顯微組織狀態(tài)，同時也影響壓鑄生產(chǎn)的效果和模具的壽命 [14]。 帶澆注系統(tǒng)的半固態(tài)擠壓件二維圖形 帶澆注系統(tǒng)的擠壓件的二維圖形如圖 26 所示，溢流槽設(shè)于分型面四個對角處， 用于有序的排除型腔中的氣體和排除并容納冷污的金屬液以及其他氧化物。 圖 帶澆注系統(tǒng)的擠壓件 澆注系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)與分類 澆注系統(tǒng)主要由直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口組成。壓鑄機的類型不同，澆注系統(tǒng)也有所不同。 按照熔融合金引入型腔的方式不同，即內(nèi)澆口的位置和形式不同，澆注系統(tǒng)可分為平扁側(cè)澆口、帶導(dǎo)流包的側(cè)澆口、端面?zhèn)葷部?、鉗形澆口、切線澆口、環(huán)形澆口、半環(huán)形澆口、中心澆口、點澆口等等。 內(nèi)澆口的設(shè)計 28 內(nèi)澆口設(shè)計的主要內(nèi)容就是選擇內(nèi)澆口的位置和形狀，計算內(nèi)澆口的截面積，確定內(nèi)澆口的厚度。 （ 1）內(nèi)澆口速度 由參考文獻 [15]查得，鋁合金鑄件內(nèi)澆口充填速度 錯誤 !未找到引用源。 的推薦值為 20～ 60m/s，選取為 50m/s。 （ 2）充填時間 半固態(tài)擠壓件的平均壁厚為 10mm，利用參考文獻 [1]（壓鑄模具設(shè)計）中的平均壁厚與充填時間的推薦值可知，對應(yīng)的充填時間為 ～ 。取充填時間 t=。 （ 3）內(nèi)澆口截面積 目前，在實踐中，計算內(nèi)澆口的截面積以流量計算法為主。