【文章內(nèi)容簡介】 鑄機(jī)生產(chǎn)企業(yè) 20 多個(gè)，年生產(chǎn)能力超過 1000臺(tái)，壓鑄機(jī)的供應(yīng)能力很強(qiáng)。其中的中小型壓鑄機(jī)的質(zhì)量較好，大型壓鑄機(jī)、實(shí)時(shí)控制的高性能的壓鑄機(jī)仍需進(jìn)口， 2000 噸以上的壓 鑄機(jī)正在研制中 [5]。種種情況表明，中國的壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)相當(dāng)龐大。 但是，與壓鑄強(qiáng)國相比，中國的壓鑄業(yè)還有著較大的差距。中國壓鑄企業(yè)的規(guī)模較小，企業(yè)素質(zhì)不高，技術(shù)水平落后，生產(chǎn)效率較低。雖然與美國、日本等壓鑄先進(jìn)國家相比，我國壓鑄件的生產(chǎn)占有一定的數(shù)量優(yōu)勢，但我國壓鑄企業(yè)以小型工廠為主，因此在管理水平和工作效率上，較之有很大的差距。另外，雖然我國生產(chǎn)的中小型壓鑄機(jī)質(zhì)量較好，但大型壓鑄機(jī)、實(shí)時(shí)控制的高性能的壓鑄機(jī)仍需進(jìn)口，每年進(jìn)口壓鑄機(jī) 100 臺(tái)以上 [6]。由此可見，我國不能算作壓鑄強(qiáng)國，只能是壓鑄大國。 近年來 ，由于中國工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸向很多市場邁進(jìn)。以中國的轎車工業(yè)壓鑄市場為支柱，中國的壓鑄業(yè)已經(jīng)向摩托車行業(yè)、農(nóng)用車行業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)市場、玩具市場、家電產(chǎn)業(yè)等多個(gè)方向快速拓展，其勢頭方興未艾 [7]。 壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢 由于整個(gè)壓鑄過程都是在壓鑄機(jī)上完成，因此，隨著對壓鑄件的質(zhì)量、產(chǎn)量和擴(kuò)大應(yīng)用的需求，開始對壓鑄設(shè)備提出新的更高的要求，傳統(tǒng)壓鑄機(jī)已經(jīng)不能滿足這些要求，因此，新型壓鑄機(jī)以及新工藝、新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。例如，為了消除壓鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔、縮松，改善鑄件的質(zhì)量，出現(xiàn)了雙沖頭（或 稱精、速、密）壓鑄；為了壓鑄帶有鑲嵌件的鑄件及實(shí)現(xiàn)真空壓鑄，出現(xiàn)了水平分型的全立式壓鑄機(jī)；為了提高壓射速度和實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)增加壓射力以便對熔融合金進(jìn)行有效地增壓，以提高鑄件的致密度，而發(fā)展了三級(jí)壓射系統(tǒng)的壓鑄機(jī)。又如，在壓鑄 6 生產(chǎn)過程中，除裝備自動(dòng)澆注、自動(dòng)取件及自動(dòng)潤滑機(jī)構(gòu)外，還安裝成套測試儀器，對壓鑄過程中各工藝參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。它們是壓射力、壓射速度的顯示監(jiān)控裝置和合型力自動(dòng)控制裝置以及電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用等 [8]。以下介紹的便是壓鑄行業(yè)中出現(xiàn)的新工藝技術(shù)。 (1)真空壓鑄 真空壓鑄是利用輔助設(shè)備將壓鑄型腔內(nèi)的 空氣抽除且形成真空狀態(tài)，并在真空狀態(tài)下將金屬液壓鑄成形的方法。其真空度通常在 380～ 600毫米汞柱的范圍內(nèi)，可以通過機(jī)械泵獲得。而對于薄壁與復(fù)雜的鑄件，真空度應(yīng)該更高。由于型腔抽氣技術(shù)的圓滿解決，真空壓鑄在 20世紀(jì)50 年代曾盛行一時(shí)，但后來應(yīng)用不多。目前，真空壓鑄只用于生產(chǎn)要求耐壓、機(jī)械強(qiáng)度高或要求熱處理的高質(zhì)量零件，其今后的發(fā)展趨向是解決厚壁鑄件和消除熱節(jié)部位的縮孔，從而更有效地應(yīng)用于可熱處理和可焊接的零件。 真空壓鑄的特點(diǎn)是：顯著減少了鑄件中的氣孔，增大了鑄件的致密度，提高了鑄件的力學(xué)性能，并使其可以進(jìn) 行熱處理。消除了氣孔造成的表面缺陷，改善了鑄件的表面質(zhì)量?？蓽p小澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)尺寸。由于現(xiàn)代壓鑄機(jī)可以在幾分之一秒內(nèi)抽成需要的真空度，并且隨著鑄型中反壓力的減小，增大了鑄件的結(jié)晶速度，縮短了鑄件在鑄型中的停留時(shí)間。因此，采用真空壓鑄法可提高生產(chǎn)率 10%～ 20%.采用真空壓鑄時(shí)，鎂合金減少了形成裂紋的可能性（裂紋時(shí)鎂合金壓鑄時(shí)很難克服的缺陷之一，經(jīng)常發(fā)生在型腔通氣困難的部位），提高了它的力學(xué)性能，特別是可塑性。 （ 2）充氧壓鑄 國外在分析鋁合金壓鑄件的氣泡時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中氣體體積分?jǐn)?shù)的 90%為氮?dú)?，而空氣中?氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)應(yīng)為 80%，氧氣的體積分?jǐn)?shù)為 20%。這說明氣泡中部分氧氣與鋁液發(fā)生了氧化反應(yīng)。因此出現(xiàn)了充氧壓鑄的新工藝 [9]。 充氧壓鑄是消除鋁合金壓鑄件氣孔，提高鑄件質(zhì)量的一個(gè)有效途徑。所謂充氧壓鑄是在鋁液充填型腔，用氧氣充填壓室和型腔，以置換其中的空氣和其他氣體，當(dāng)鋁金屬液充填時(shí)，一方面通過排氣槽排出氧氣，另一方面噴散的鋁液與沒有排除的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生三氧化二鋁質(zhì)點(diǎn)，分散在壓鑄件內(nèi)部，從而消除不加氧時(shí)鑄件內(nèi)部形成的氣孔。這種三氧化二鋁質(zhì)點(diǎn)顆粒細(xì)小，約在 1μ m 以下，其重量占鑄件總重量的 %～ %,不影響力學(xué)性能，并可使鑄件進(jìn)行熱處理 [10]。 （ 3）精速密壓鑄 精速密壓鑄是一種精確地、快速的和密實(shí)的壓鑄方法，又稱套筒雙沖頭壓鑄法。國外在 20世紀(jì) 60年代中期開始在壓鑄生產(chǎn)中應(yīng)用這一方法。精密速壓鑄法在很大程度上消除了氣孔和縮 7 松這兩種壓鑄件的基本缺陷，從而提高了壓鑄件的使用性能，擴(kuò)大了壓鑄件的應(yīng)用范圍。 （ 4）半固態(tài)壓鑄 半固態(tài)壓鑄是當(dāng)金屬液在凝固時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌，并在一定的冷卻速率下獲得 50%左右甚至更高的固體組分漿料，并將這種漿料進(jìn)行壓鑄的方法。 半固態(tài)壓鑄的出現(xiàn)，為解決鋼鐵材料壓鑄模壽命低的 問題提供了一個(gè)方法，而且對提高鑄件質(zhì)量、改善壓鑄機(jī)鴨舌系統(tǒng)的工作條件，都有一定的作用，所以是用途的一種新工藝 [11]。 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容是鋁合金底盤座鑄件壓鑄模具設(shè)計(jì)，主要包括澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)，成形零件，推出機(jī)構(gòu)以及模體結(jié)構(gòu)等，其設(shè)計(jì)步驟如下： （ 1）設(shè)計(jì)壓鑄模具總體結(jié)構(gòu)； （ 2）設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)及溢流、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； （ 3）設(shè)計(jì)成型零件系統(tǒng)； （ 4）設(shè)計(jì)抽芯系統(tǒng)機(jī)構(gòu)； （ 5）設(shè)計(jì)模體、頂出及復(fù)位機(jī)構(gòu)。 主要設(shè)計(jì)方法為：運(yùn)用 proe個(gè)模具的裝配圖、立體圖和具體的零件圖、立體圖。然后對整個(gè)模 具的工作過程進(jìn)行模擬以保證其動(dòng)作過程靈活。 8 第 2 章 壓鑄模具的整體設(shè)計(jì) 鑄件工藝性分析 鑄件立體圖及工程圖 所用零件為鋁合金底盤座，鑄件中心是一個(gè)較深的型腔，型腔的頂端有 4個(gè)通孔，通孔向里邊 申 進(jìn)來了一些，從鑄件的外觀上看，有一個(gè)兩級(jí)臺(tái)階。其立體圖如圖 21，工程圖如圖 22。 圖 21 鑄件立體圖 22 鑄件工程圖 9 鑄件分型面確定 壓鑄模的定模與動(dòng)模表面通常稱為分型面，分型面是由壓鑄件的分型線決定的。而模具上垂直于鎖模力方向上的接合面，即為基本分型面。分型面的設(shè)計(jì)是壓鑄模具設(shè)計(jì)中 的一項(xiàng)重要內(nèi)容。分型面與壓鑄件的形狀和尺寸、壓鑄件在壓鑄模中的位置和方向密切相關(guān)。分型面的確定對壓鑄模的結(jié)構(gòu)和壓鑄件質(zhì)量將產(chǎn)生很大的影響。此殼體鑄件的分型面選擇現(xiàn)有三種方案如圖 23 所示。 選擇Ｉ面，鑄件位于動(dòng)模和定模中間，鑄件的同軸度不易保證。 選擇Ⅱ面，使鑄件整體放在定模中，保證了鑄件的同軸度，有利于氣體的排出，同時(shí) II面也是鑄件的最大投影面。 選擇Ⅲ面，由于合模不嚴(yán)會(huì)使分型面處產(chǎn)生飛邊，不易清除痕跡，也不利于澆注系統(tǒng)的放置。 根據(jù)分型面選擇的基本原則，盡可能地使壓鑄件在開模后留在動(dòng)模部分。由于壓鑄機(jī) 動(dòng)模部分設(shè)有頂出裝置，因此，必須保證壓鑄件在開模時(shí)隨著動(dòng)模移動(dòng)而脫出定模。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮壓鑄件對動(dòng)模型芯的包緊力大于對定模型芯的包緊力。保證壓鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量，分型面應(yīng)避免與壓鑄件的基準(zhǔn)面響吻合，尺寸精度要求高的部位和同軸度要求高的外形或內(nèi)孔，應(yīng)盡可能設(shè)置在同一半模內(nèi)?？紤]壓鑄合金的性能，壓鑄合金的性能影響壓鑄工藝性。同一幾何尺寸的壓鑄件，因壓鑄合金不同，而分型面位置也不同。 綜上分析決定選取 ??? 面為該鑄件的分型面。 圖 23 鑄件分型面選擇 10 澆注位置的確定 鑄件中心有型芯，所以不宜采用中心澆注，因此采用底端澆注，澆注位置選在平臺(tái)的端面。 壓鑄成型過程及壓鑄機(jī)選用 臥式冷室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu) 臥式冷室壓鑄機(jī)基本組成如圖 24 所示。 圖 24 臥式冷室壓鑄機(jī) 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—?jiǎng)幼澹?9— 頂出缸； 10— 曲肘機(jī)構(gòu)； 11— 支承座板； 12— 模具高度； 13— 合模缸； 14— 機(jī)體； 15— 控制柜； 16— 電機(jī)及 泵 此類壓鑄機(jī)的基本結(jié)構(gòu)分為 5 部分： (1)壓射機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu) 其作用是實(shí)現(xiàn)壓鑄模的開啟和閉合動(dòng)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(shí)，模具被推開或發(fā)生偏移。 (3)頂出機(jī)構(gòu) 在壓鑄件冷卻固化成型并開啟模具后，頂出缸驅(qū)動(dòng)壓鑄模的推出機(jī)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(dòng)系統(tǒng) 通過液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)完成壓鑄過程中所需要的各種動(dòng)作。包括電機(jī)、 11 各種液壓泵及機(jī)械傳動(dòng)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(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)元件，按壓鑄機(jī)壓射過程預(yù)定的工藝路線和運(yùn)行程序動(dòng)作，將液壓動(dòng)作和機(jī)械動(dòng)作有機(jī)的結(jié)合起來，完成準(zhǔn)確可靠、協(xié)調(diào)安全的運(yùn)行規(guī)則 [12]。 壓鑄成型過程 臥式冷室壓鑄機(jī)的壓住成型過程主要分為 4 個(gè)步驟，如圖 24 所示。 (a)合模過程 (b)壓射過程 (c)開模過程 (d)鑄件推出過程 圖 25 壓鑄成型過程 (a)合模過程 壓鑄模閉合后，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 壓射沖頭 1 在壓射缸中壓射活塞高壓作用下，推動(dòng)液態(tài)金屬 3 通過壓鑄模 4的橫澆道 內(nèi)澆口 5 進(jìn)入壓鑄模的型腔。金屬液充滿型腔后，壓射沖頭 1 仍然作用在澆注系統(tǒng)，使液態(tài)金屬在高壓狀態(tài)下冷卻、結(jié)晶、固化成型。 (c)開模過程 壓鑄成型后，開啟模具，使壓鑄件脫離型腔，同時(shí)壓射沖頭 1將澆注余料頂 12 出壓室。 (d)推出鑄件過程 在壓鑄機(jī)頂出機(jī)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(shí)復(fù)位 [13]。 壓鑄機(jī)型號(hào)的選用及其主要參數(shù) 本課題設(shè)計(jì)的壓鑄件在分型面的投影面積為 2cm ，鑄件的質(zhì)量為 ,鋁合金一般件的推薦壓射比壓為 30～ 50MPa，在這里選擇 40MPa,動(dòng)模板最小行程為 22/mm，用常用的臥式冷室壓鑄機(jī)，其型號(hào)為 J1113D. 數(shù)如下：壓射力為 85～ 150kN；壓室直徑為 40～ 60mm；最大澆注量（ 鋁）為 ；澆注投影面積為 94～ 374；動(dòng)模板行程為 320mm；拉缸內(nèi)空間水平 ?垂直為 650mm?670mm。 (1).確定壓鑄機(jī)的鎖模力 主脹力的計(jì)算 10Ap?主F=970KN （ 21） 分脹力的計(jì)算 ]tan10 pA[ ?芯分 ??F=0N （ 22） 由此可以得到該鑄件所需的鎖模力： )FK (F 分主鎖 ??F =1261KN （ 23） (2).壓室容量的估算 壓鑄機(jī)的初步選定后，壓射比壓和壓室直徑的尺寸相應(yīng)地得到確定，壓室可容納的金屬液的質(zhì)量 也是一個(gè)定值，但是否能夠容納每次澆注的金屬液的質(zhì)量，必需按公式進(jìn)行核算，即 澆室 GG ? （ 24） 式中， 室G 是壓室容納金屬液質(zhì)量 (kg)。 澆G 是每次澆注的質(zhì)量（ kg） ,等于鑄件質(zhì)量、澆注系統(tǒng)質(zhì)量及排益系統(tǒng)質(zhì)量之和（ kg） . 1 0 0 01LD4 KG ??室室 ? (25) 式中， 室D 是壓室的直徑 (cm)。 L 是壓室的長度，包括澆道的長度（ cm） 。? 是液態(tài)合金的密度（ g/ 3cm ） 。K為壓室充滿度，一般取 60% ~ 80%. 由上式 25 可以計(jì)算出壓室的長度： 13 minL = ?KD40002 ?? 室 室G （ 26） 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 壓鑄模澆注系統(tǒng)是將壓鑄機(jī)壓室內(nèi)熔融的金屬液在高溫高壓高速狀態(tài)下填充入壓鑄模型腔的通道。它包括直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口、以及溢流排氣系統(tǒng)等。它能調(diào)節(jié)充填速度、充填時(shí)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(shí)也影響壓鑄生產(chǎn)的效率和模具的壽命 [14]。 帶澆注系統(tǒng)鑄件立體圖 鑄件立體圖如圖 26 所示，溢流槽設(shè)于分型面圓周外邊， 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 26 帶澆注系統(tǒng)鑄件 內(nèi)澆口設(shè)計(jì) （ 1）內(nèi)澆口速度 利用參考文獻(xiàn) [15]可以得到如下表： 表 21 常用填充速度 合金 簡單壁厚鑄件 一般鑄件 復(fù)雜壁厚鑄件 14 銅 、鋅合金 10~15 15 15~20 鎂合金 20~25 25~35 35~40 鋁合金 10~15 15~25 25~30 由表 21可以知道，鋁合金鑄件內(nèi)澆