【文章內容簡介】 (a)合模過程 模具閉合后，壓射沖頭1復位至壓室2的端口處，將足量的液態(tài)金屬3注入壓室2內。 (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)，而是通過模溫調節(jié)系統(tǒng)的控制，待型腔內的液態(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 式中，—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（）； P—壓射比壓（MPa）。 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椋? 計算鎖模力由于該套模具中不含有側向抽芯機構，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： 式中，—壓鑄機應有的鎖模力（KN）； K—安全系數(shù)（一般K=）； —主脹型力（KN）。故有 查閱《壓鑄模設計手冊》中的壓鑄機的主要參數(shù)，考慮產品實際情況及現(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和最大開模距離兩個尺寸，根據(jù)鑄件形狀、澆注系統(tǒng)和模具結構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大于壓鑄機的最小合模距離，一般約為20mm。由此可得： 式中，是壓鑄機最小合模距離（mm）；是壓鑄機最大開模距離（mm）；L是壓鑄機動模座板的行程（mm）；是定模部分的厚度（mm）；是動模部分的厚度（mm）；是鑄件推出距離（mm）；是鑄件及澆道總高度（mm）。4半固態(tài)擠壓模具設計概述 作為壓鑄模生產的三要素之一，壓鑄模設計質量直接影響著壓鑄件成形的形狀、尺寸、精度和表面質量等。壓鑄生產過程的順利進行，壓鑄件質量的保證，在很大程度上取決于壓鑄模的結構合理性和技術先進性。在壓鑄模設計的過程中，必須全面分析壓鑄件的結構，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設于其內。 該套模具要求適用在臥式冷室壓鑄機上，其基本結構如下：（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成壓鑄件形狀的空腔，通常稱為成型鑲塊。構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、小型芯以及側型芯等。有時成型零件還構成澆注系統(tǒng)的一部分，如內澆口、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，所以它們應選用經過熱處理的耐熱鋼制造。（3）模體結構。各種模板、座架等構架零件按一定程序和位置加以組合和固定，將模具的各個結構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。導柱和導套是導向零件，又被稱為導準零件。它們的作用是引導動模板與定模板在開模和合模時能沿導滑方向移動，并準確定位。（4）頂出和復位機構。將壓鑄件或澆注余料從模具上脫出的機構，包括推出零件和復位零件，如推桿、推桿固定板和推板。同時，為使頂出機構在移動時平穩(wěn)可靠，往往還設置自身的導向零件推板導柱和推板導套。為便于清理雜物或防止雜物影響推板的正確復位，還在推板底部設置限位釘。（5）側抽芯機構。當壓鑄件側面有側凹或側凸結構時，則需要設置側抽芯機構，如斜滑塊、側型芯、斜滑塊限位釘、彈頂銷、彈簧等。（6）其它。除以上各結構單元外，模具內還有其它用于固定各相關零件的內六角螺栓以及銷釘?shù)萚17]。選擇鑄件的分型面涉及鑄件的形狀和技術要求，澆注系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)的布置，壓鑄工藝條件、壓鑄模的結構和制造成本、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簡化模具結構；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)擠壓件的結構為具有對稱圖 分型面設計 性。故其分型面的設計可如左圖所示。 澆注系統(tǒng)是將壓鑄機壓室內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、內澆口、等。它能調節(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量以及內部顯微組織狀態(tài)，同時也影響壓鑄生產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)的結構與分類澆注系統(tǒng)主要由直澆道、橫澆道、內澆口組成。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，即內澆口的位置和形式不同，澆注系統(tǒng)可分為平扁側澆口、帶導流包的側澆口、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。 內澆口的設計 內澆口設計的主要內容就是選擇內澆口的位置和形狀，計算內澆口的截面積，確定內澆口的厚度。 （1）內澆口速度 由參考文獻[15]查得，鋁合金鑄件內澆口充填速度的推薦值為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]（壓鑄模具設計）中的平均壁厚與充填時間的推薦值可知，～。取充填時間t=。 （3）內澆口截面積目前，在實踐中，計算內澆口的截面積以流量計算法為主。 式中，——內澆口截面積（）； G——通過內澆口的合金液總量（g）； ——液態(tài)合金的密度（）； ——內澆口速度（m/s）； t——型腔的充填時間（s）。 V——通過內澆口金屬液的體積，； ——型腔的充填速度。 通過內澆口金屬液的體積為兩部分，一部分是成形零件的體積，另一部分是溢流槽中的體積。其中成形零件的體積為；故可估算通過內澆口的體積V為60。計算得出數(shù)值如下： （4）內澆口厚度、長度、寬度的確定 由內澆口厚度、寬度和長度的經驗數(shù)值表，適當選取此鋁合金鑄件內澆口厚度為5mm，長度為3mm，寬度為30mm。 橫澆道的設計（1） 橫澆道的形式及尺寸根據(jù)鑄件及內澆口的特點。采用類T型澆道，截面為矩形。澆道形狀及尺寸如下圖所示。圖 橫澆道二維圖形及尺寸為了防止金屬液對型芯的正面沖擊，橫澆道與內澆口采用了端面聯(lián)接的方式。 圖 端面連接方式 直澆道的設計直澆道尺寸由澆口套尺寸決定。澆口套內徑與壓室內徑相同，由于壓鑄機選擇型號為J1113，其壓室直徑為40mm，50mm，60mm。選取50mm為澆口套內徑，其他尺寸根據(jù)情況自行設計，具體尺寸見附錄。排溢系統(tǒng)包括溢流口，溢流槽、排氣槽三部分組成。 溢流槽的設計溢流槽位置的設置原則①溢流槽的位置多設置在合金液最后填充的部位上。②當遇有型芯阻礙而使合金液分成兩股時，在型芯的附近要設有溢流槽。③對于拒不厚大凸臺的型腔部位，也應有溢流槽。④當具有局部薄的型腔部位時，為了增加該處型腔的熱量，在該處及其附近都應設有溢流槽。⑤設計溢流槽時要注意便于從壓鑄件上去除，在去除后不損壞鑄件的外觀。 綜合以上原則，如圖29所示，選用半圓形結構的排溢系統(tǒng)。 圖29 排溢系統(tǒng)結構溢流槽尺寸選取：溢流口厚度h=；溢流口長度l=4mm；溢流口寬度s=4mm；溢流槽半徑r=6mm。 排氣槽的設計在半固態(tài)擠壓生產中，液態(tài)部分的充填速度非?？欤颓坏某涮顣r間非常短，型腔中的空氣和涂料揮發(fā)產生的氣體的排出是一個非常重要的問題。排氣槽用于將上述氣體從型腔總排出，其設置的位置與內澆道的位置和合金液的流態(tài)有關。為了使型腔中的氣體在壓射時盡可能多的排出，應將排氣槽設置在合金液最后充填的部位。排氣槽一般與溢流槽配合，設置在溢流槽后端以加強溢流和排氣的效果。排氣道相關尺寸選取為：；寬度為15mm。構成模架的結構件主要包括：定模座板、定模板、動模板、動模壓板、支承板、墊塊、動模座板；導柱、導套等[23]。（1）定模座板除不通孔的模體結構外，凡通孔的模體結構均應設置定模座板。在設計定模座板時，考慮到以下問題：①澆口套安裝孔的位置與尺寸應與壓鑄機壓室的定位法蘭配合。②定模座板上應留出緊固螺釘或安裝壓板的位置。（2）定模套板定模套板的主要作用：①成型鑲塊、成型型芯以及安裝導向零件的固定載體。②設置澆口套，形成澆注系統(tǒng)的通道。③承受金屬液填充壓力的沖擊，而不產生型腔變形。④在不通孔的模體結構中，兼起安裝和固定定模部分的作用。（3）動模套板動模套板的主要作用是：①固定成型鑲塊、成型型芯、澆道鑲塊以及導向零件的載體。②設置鑄件脫模的推出元件，如推桿、推管、卸料板以及復位桿等。③設置側抽芯機構。④在不通孔的模體結構中，起支承板的作用。（4）動模壓板動模壓板主要作用是：在通孔的模體結構中，將成型鑲塊壓緊在動模板內。（5）動模支承板動模支承板的主要作用是：承受金屬液填充壓力的沖擊，而不產生不允許范圍內的變形。因此，不通孔的模體結構，有時也可設置支承板。（6）模座模座是支承模體和模體承受機器壓力的構件，其主要作用是：①與動模板、動模支承板連成一體，構成模具的動模部分。②與壓鑄機的動座板連接，并將動模部分緊固在壓鑄機上。③模座的底端面，在合模時承受壓鑄機的合模力，在開模時承受動模部分自身重力，在推出壓鑄件時又承受推出反力。因此，模座應有較強的承載能力。④壓鑄機頂出裝置的作用通道。（7）推出板推出板包括推桿固定板和推板。 在設計推出板時，主要考慮到以下幾點：①推出板應有足夠的厚度，以保證強度和剛度的需要，防止因金屬液的間接沖擊或脫模阻力產生的變形。②推出板各個大平面應相互平行，以保證推出元件運行的穩(wěn)定性[24]。根據(jù)半固態(tài)擠壓件分型面的尺寸，型腔深度計算值，套板的邊緣厚度，查閱《標準系列模架尺寸》，可確定模架的主要尺寸如下：模 架 長450mm，高450mm，寬 定模座板 寬40mm；定模套板 寬80mm；動模套板 寬102mm；支 撐 板 寬63mm；動模座板 寬40mm；墊 塊 寬125mm，厚63mm；推 板 寬32mm，高314mm；推桿固定板 寬16mm，高314mm；復 位 桿 直徑Ф20mm；導 柱 導向段直徑Ф40mm；導 套 固定段直徑Ф50mm；推板導柱 導向段直徑Ф32mm；定模套板螺釘 8M12；動模套板螺釘 8M12；推板螺釘 M10；模座螺釘 6M20。 另外，在導套后方的定模座板上，開設用以消除合模時導向孔內氣體反壓力的排氣槽。同時需要在定模套板上開設起模槽，設計該起模槽深度為3mm。半固態(tài)擠壓模具的模架設計如下圖所示：圖 模架成形零件上構成鑄件形狀的工作部分的尺寸，即為成形尺寸。成形尺寸的確定，直接影響壓鑄件的精度。壓鑄件的精度是由許多因素共同決定的，這些因素大致有：鑄件的結構，合金凝固收縮，模具的結構和成形零件的鑲拼，模具加工的基準、方法及其精度，壓鑄時的工藝參數(shù)和操作方面的影響，壓鑄機的精度及其工藝性能的穩(wěn)定性。由此可見，影響鑄件精度的因素很多，確定成形尺寸時，應綜合考慮各種因素，其中合金的凝固收縮則是成形尺寸計算工作的基礎。對合金的凝固收縮量及在各種情況下的收縮規(guī)律的掌握程度，決定著計算的準確程度，掌握的越確切、全面，其準確性就越高。鋁合金的半固態(tài)擠壓是一個有半固態(tài)至固態(tài)的收縮過程，考慮收縮的因素，模具型腔的尺寸往往要大于壓鑄件