【文章內(nèi)容簡介】 ，可是中國臺灣在模具行業(yè)卻有著相當(dāng)高的水平和造詣，臺灣在早 98 年的時候，其模具生產(chǎn)便享譽(yù)全球。內(nèi) 陸作為中國臺灣的主要模具市場，對臺灣的經(jīng)濟(jì)做出了巨大的貢獻(xiàn)，與此同時，臺灣也在一定程度上帶動了大陸壓鑄行業(yè)的發(fā)展，臺灣企業(yè)富士康在大陸遍地開花，作為全球五百強(qiáng)企業(yè)，近年來，富士康更是穩(wěn)居美國財富排前 30 名，富士康是中國臺灣在大陸模具生產(chǎn)基地的代表。中國大陸與臺灣唇亡齒寒，生死一脈。 近二十多年來，隨著材料科學(xué)與技術(shù)以及航空航天、汽車、摩托車、機(jī)械制造、電子、輕工業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是對提高生產(chǎn)效率、縮短生產(chǎn)周期和節(jié)能降耗減排的強(qiáng) 5 烈要求，壓鑄技術(shù)作為無切削、少切削的近終形制造技術(shù)受到高度重視，國內(nèi)外對壓鑄技術(shù) 都進(jìn)行了大量的研究與開發(fā)，壓鑄技術(shù)和產(chǎn)業(yè)得到了更快更好的發(fā)展，已從傳統(tǒng)壓鑄時期走入了現(xiàn)代壓鑄技術(shù)時代，正在成為一種很有前途的、重要的先進(jìn)制造技術(shù)。 目前，壓鑄工藝不僅廣泛應(yīng)用也鋁、鋅、鎂、銅、錫、鉛等有色合金壓鑄件的生產(chǎn)，而且，黑色金屬的壓鑄技術(shù)研究也取得了可喜的進(jìn)展。壓鑄機(jī)的單機(jī)生產(chǎn)能力、最高壓射比壓和充填速度、可加工的壓鑄件大小以及壓鑄工程自動化技術(shù)都得到了較大水平提高。壓鑄件的應(yīng)用范圍越來越廣，生產(chǎn)規(guī)模越來越大。 2021 年，我國的壓鑄件總產(chǎn)量已達(dá) 萬噸，其中鋁壓鑄件已達(dá) 萬噸、 鋅壓鑄件已達(dá) 萬噸、鎂壓鑄件 1已達(dá) .83 萬噸、銅壓鑄件已達(dá) 萬噸。 隨著現(xiàn)代制造業(yè)近終成型、少切削加工、快速成型、潔凈生產(chǎn)、節(jié)能降耗減排等方面的要求越來越高，壓鑄將成為現(xiàn)代金屬材料成型加工中的重要工藝方法之一，將會得到更好的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用。 國外壓力鑄造的發(fā)展動態(tài) 國外壓力鑄造的發(fā)展我們可以從多個方面來分析，首先是日本、美國、法國、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，這些發(fā)達(dá)國家的主要特點(diǎn)是，他們的模具市場大，發(fā)展速度快，掌握著最新壓鑄技術(shù)，具備獨(dú)立開發(fā)各種模具的能力，他們所生產(chǎn)的模具除了可以滿足 本國的要求外，更能實現(xiàn)對外出口，他們在技術(shù)上占有壓倒式優(yōu)勢。 其次是新加坡、馬來西亞、菲律賓和中國臺灣等發(fā)展中國家及地區(qū)，他們的生產(chǎn)方式是以出口為導(dǎo)向，屬于出口導(dǎo)向型，發(fā)展模式屬于勞動密集型，已經(jīng)漸漸走向技術(shù)密集。最后，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的大國，主要是印度；印度和中國一樣人口基數(shù)大，地域廣 ，發(fā)展模式屬于勞動密集型，模具工業(yè)技術(shù)主要集中在少數(shù)大型國有企業(yè)。 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中 ,壓鑄市場報告大致相同，其中北美的情況更具有代表性。 而北美中的美國在壓鑄行業(yè)算得上這個行業(yè)的巨頭，當(dāng)然加拿大也算得上壓鑄行業(yè)的佼佼者，他們對壓鑄技術(shù) 已經(jīng)相當(dāng)成熟，擁有絕對技術(shù)權(quán)威。國外的大多數(shù)模具企業(yè)的發(fā)展是針對市場需求的，他們除了有豐富的壓鑄技術(shù)的同時，還有一套專有的、適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的、科學(xué)的管理方法。國外壓鑄行業(yè)的競爭十分激烈，為了在壓鑄行業(yè)爭得一席之地，模具市場競爭者們，都積極投入壓鑄機(jī)的研究工作，以期能夠研制出他們特有的、能實現(xiàn)其他壓鑄機(jī)所不能實現(xiàn)的功能的壓鑄機(jī)。所以說，每一個壓鑄企業(yè)為了在市場站住腳跟，都會有他們的專長，有自己最拿手的壓鑄產(chǎn)品。以澳大利亞的模具發(fā)展為例，澳大利亞有一套很實用的管理方法，一個規(guī)模很小的模具企業(yè)生產(chǎn)效率卻極高，員工 人數(shù)一般不超過百人，最大的也只有五百人左右。一人多工位，多管理。他們在壓鑄技術(shù)上也許不是最拔尖的，但是模具生產(chǎn)能力絕對是屬于世界一流水平的。我們再次分析一下中國臺灣模具行業(yè)的情況，雖然臺灣的土地面積比內(nèi)陸任意一個省份的面積都小，人口更是不及內(nèi)陸的萬分之一，可是中國臺灣在模具 6 行業(yè)卻有著相當(dāng)高的水平和規(guī)模。 98 年，臺灣的模具生產(chǎn)值就將近達(dá) 20億美元， 1999年到 2021 年期間，由于遭遇到經(jīng)濟(jì)危機(jī)，模具產(chǎn)值產(chǎn)生了了小滑坡，兩年內(nèi)直降了 20多個百分點(diǎn)。盡管模具市場遭遇了打擊，但有了大陸的支持，中國臺灣經(jīng)濟(jì)很快復(fù)蘇、模具產(chǎn)業(yè)很快就度過了危機(jī)，模具產(chǎn)業(yè)漸漸的步入正軌，更勝往昔。中國臺灣模具產(chǎn)值主要來自塑料模具，塑料模具占市場比例的 45%，壓鑄模具僅占 8 個百分比。臺灣模具主要是以出口為主，模具產(chǎn)品主要是應(yīng)用在電子通信、交通方面。模具產(chǎn)品遠(yuǎn)銷歐美國家，在大陸也占了很大比例的市場。富士康作為全球五百強(qiáng)企業(yè)，近幾年來更是躍居美國財富排行前三十強(qiáng)，這是中國臺灣在模具行業(yè)具有世界一流水平的最有力的證明。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家 的研究者們有一種高度的負(fù)責(zé)精神，工作嚴(yán)謹(jǐn)，喜歡挑戰(zhàn)高難度的工作， 92年北美壓鑄協(xié)會專門為壓鑄的發(fā)展，發(fā)起了有關(guān)壓鑄的研究 課題，正是因為他們關(guān)注壓鑄工業(yè)的研發(fā)工作，僅僅幾年內(nèi)，壓鑄高新技術(shù)的研究取得了一次又一次的突破，制出了實時壓射控制壓鑄機(jī)，帶動了更多的企業(yè)和大學(xué)對研發(fā)工作的重視。 ，在實時壓射控制壓鑄機(jī)出現(xiàn)后，歐美幾家公司對其 又 進(jìn)行不斷 地 改進(jìn)， 生產(chǎn)出了一系列質(zhì)量可靠的產(chǎn)品 。 目前，這些 有能力的 公司 在掌握成熟的壓鑄技術(shù)后，不再單純對外出售，憑借著得天獨(dú)厚的壓鑄知識和技術(shù)，對外提供技術(shù)支持。 Buehler 公司 在擁 有 相當(dāng)完善的 壓鑄機(jī)系列 后 ， 利用公司特有的先進(jìn)技術(shù)和豐富經(jīng)驗， 與德國 Schaufler 公司合作，建立了一個壓鑄技術(shù)中心，為制造商提供技術(shù)上的支持。此外，主要 以熱室機(jī)著稱于世的 Frech公司擁有 M 系列和 RC系列的壓鑄機(jī)， 前者根據(jù)需要即可采用實時壓射控制，也可進(jìn)行常規(guī)三級壓射，后者為實時壓射控制壓鑄機(jī)。該公司控制系統(tǒng)根據(jù)其功能有 Datedialog RC、 Datacontrol、 Datacontrol RC 和 Datavario 供用戶選擇，積 40 年鎂合金壓鑄經(jīng)驗，在鎂合金應(yīng)用方面進(jìn)行開發(fā)，為用戶提供服務(wù)。在 Et 本， Toshiba 公司的多功能壓射結(jié)構(gòu)采用高精度液壓伺服閥 (直 動型先導(dǎo)伺服閥， Direct operated pilot servo valve)，其流量為 7000L／ s，閥的響應(yīng)時間為 5ms，系統(tǒng)反應(yīng)時間為 13ms，可在 20ms內(nèi)將速度從 0升高到 lOm／ s，相對于沖頭位置，作為速度的切換點(diǎn)進(jìn)行輸入可有 10 個點(diǎn)，在各點(diǎn)之間可進(jìn)行加速、減速并配以 Toscast 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)壓鑄機(jī)的綜合控制。因此生產(chǎn)的壓鑄件產(chǎn)品質(zhì)量和精度都很高。 研究或解決問題 盡管壓鑄有很多優(yōu)勢，但并不是無可挑剔的，像其他工藝方法一樣，壓鑄也存在一些需要進(jìn)一步改進(jìn)的問題，目前，主要存在 的問題有： (1）壓鑄的合金牌號和類別受到限制；壓鑄模對材料有一定的要求，高熔點(diǎn)材料用壓鑄進(jìn)行長期生產(chǎn)，壓鑄模承受不起。為解決這個問題，近年來，正在開始研究實驗半固態(tài)金屬壓鑄新工藝，一旦研究成功，這將為鋼鐵材料的生產(chǎn)開辟了新的途徑。還有某一類合金，只有幾 種牌號才能做壓鑄材 7 料，這時壓鑄是的急冷和劇烈收縮容易導(dǎo)致壓鑄件產(chǎn)生嚴(yán)重的裂紋。（ 2）一般不能對壓鑄件熱處理，壓鑄材料最好不要在高溫下使用。液態(tài)合金沖型速度極快，流態(tài)和不穩(wěn)定，型腔中的氣體很難排除干凈，流體前端也容易形成熔渣，這些使得壓鑄件中有氣孔和夾雜物和縮孔 、疏松缺陷，使壓鑄件不宜進(jìn)行熱處理和高溫下工作。（ 3）殘留在鑄件內(nèi)的氣體，在高溫下易產(chǎn)生氣體膨脹，鑄件發(fā)生形變，會影響鑄件精度和外觀，不能進(jìn)行機(jī)械加工，加工后零件表面精度會降低，壓鑄件生產(chǎn)復(fù)雜的零件很難，壓鑄機(jī)規(guī)格限制壓鑄件的尺寸。（ 4）受材料限制，對如銅合金高熔點(diǎn)材料進(jìn)行長期的壓鑄生產(chǎn)、模具很容易很快的報廢。（ 5)壓鑄機(jī)不適宜小批量生產(chǎn)，制造商要盈利，就要最大程度地最求剩余價值，把產(chǎn)量搞上去。還有就是壓鑄機(jī)和壓鑄模價格很高，成本也是關(guān)鍵。由于壓鑄模加工周期長，對材料的要求高，隨之壓鑄模成本也較高，至于進(jìn)口 壓鑄機(jī)和壓鑄模 就更昂貴了。要解決目前壓鑄遇到的難題，一方面可以開發(fā)一種新型材料，這種材料要有很高的強(qiáng)度和硬度，抗疲勞性。來加大模具的使用壽命，這樣就可以消除壓鑄高熔點(diǎn)材料時，模具壽命低的顧慮。另一方面，加大壓鑄技術(shù)的研究力度，開發(fā)出一種性能優(yōu)異的壓鑄機(jī)，提高壓射比壓，改善模具結(jié)構(gòu)，力求能用壓鑄生產(chǎn)出一系列質(zhì)量上乘的壓鑄件，并且壓鑄件能進(jìn)行熱處理，也能在高溫下工作。最后，確定一種適應(yīng)市場需求，科學(xué)的管理方法，提高壓鑄生產(chǎn)能力。 2. 工藝準(zhǔn)備 合理的鑄件結(jié)構(gòu)和形狀，可以使得加工制造方便，不容易形成鑄造缺 陷，也有利于保證壓鑄件的質(zhì)量。至于對于結(jié)構(gòu)不合理的部分，需要在不影響零件使用前提下，進(jìn)行細(xì)微的改進(jìn)或修正，以使?jié)M足壓鑄工藝的要求。 . 壓鑄件的結(jié)構(gòu) 此次設(shè)計端蓋零件鑄件外徑尺寸為 116mm，由于尺寸較大，若采用一模多腔或多模多腔，則需要選用較大模具，由于壓鑄模生產(chǎn)成本高，主要用于大批量生產(chǎn)，就考慮實際適用性和經(jīng)濟(jì)效率來看，適宜采用一模一腔的形式；且采用斜滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)；由于是圓形鑄件，結(jié)構(gòu)對稱均勻，澆注系統(tǒng)選擇中心澆口形式；推出機(jī)構(gòu)選擇推桿形式。其外殼大多采用鋁合金鑄造成形，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 8 圖 1 端蓋零件圖 圖 2 端蓋零件三維圖 . 工藝性分析 由零件圖 2 端蓋零件三維圖知，該零件的結(jié)構(gòu)相對簡單，沿最大分型面的垂直面對稱，零件兩端帶有凸臺，為了脫模方便，基本上可以確定選擇雙分型面結(jié)構(gòu)。圖上帶有四根肋，此結(jié)構(gòu)沒有實際用途，主要是為了消除壓鑄時金屬聚集引起氣孔。零件中有兩個鑄孔 ,其直徑為 3 mm ， 8個沉頭孔 ,直徑分別為 4 mm 和 3 mm；表面質(zhì)量為 m? 。 在鑄件尖銳處要設(shè)置圓角，如果不設(shè)置圓角， 在澆注金屬熔體時，可能會沖損型芯，影響鑄件精度和尺寸。鑄造圓角也是為了在澆注時，金屬熔體能流動順暢，型腔內(nèi)氣體亦容易排出。其中圓角尺寸如圖 3 所示，其 尺寸可以根據(jù)《壓鑄模設(shè)計手冊》表 222 9 來確定，公式如下： 相等壁厚： r=h 不同壁厚： r≥ (h+h1)/3。R=r+(h+h1)/2 脫模斜度按《壓鑄模設(shè)計手冊》表 226 中推薦值來確定，內(nèi)、外表面配合面的最小脫模斜度分別是 0 39。 00 30 0 15‘和 。 . 壓鑄件材料的選擇 根據(jù)《壓鑄模設(shè)計手冊》表 21壓鑄鋁合金的化學(xué)成分和力學(xué)性能，可選擇壓鑄件的材料為鋁合金 ZL108（ YZAlSi12Cu2Mg1）。 壓鑄對材料的選擇有一定的要求，相對高熔點(diǎn)合金來說，選擇鋁合金壓鑄能提高壓鑄機(jī)的使用壽命，但并不是完美無缺的，下面我們來分析鋁合金優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： （ ～ ），液態(tài)鋁合金密度為 ； ； ； 。 缺點(diǎn)： ，出模時易發(fā)生形變； ； ，容易產(chǎn)生縮孔。 圖 2鑄件圓角尺寸 10 根據(jù)《壓鑄模設(shè)計手冊》表 21壓鑄鋁合金的化學(xué)成分和力學(xué)性能，可知鋁合金的力學(xué)性能如下： 強(qiáng)度 b? ： 240MPa 收縮率 ? ： 1% 硬度 ： 90HB . 壓鑄機(jī)的選定 依據(jù)常識我們知道，鋁合金常用臥室冷室壓鑄機(jī)進(jìn)行加工，因此可以初選壓鑄機(jī)為臥式冷室型。在壓鑄生產(chǎn)時，不是隨便一臺壓鑄機(jī)都能滿足所有壓鑄產(chǎn)品的要求，這是因為不同的壓鑄機(jī)有不同的壓鑄能力和使用條件，例如壓鑄工作溫度不同，壓鑄合金種類不同，所以，在壓鑄不同的產(chǎn)品時，要根據(jù)具體情況選擇合適的壓鑄機(jī)，要正確的選用壓鑄機(jī)可以從兩個方面來考慮：首先，要考慮壓鑄件的類型，以及是小批量還是大批量生產(chǎn)，小批量生 產(chǎn)，可選用適應(yīng)性強(qiáng)，液壓簡單，能進(jìn)行快速調(diào)整的壓鑄機(jī)；其次要考慮鑄件的材料、結(jié)構(gòu)以及工藝參數(shù)； 鑄件的重量的選擇跟壓鑄機(jī)的選擇有關(guān)，鑄件的重量過大，普通壓鑄機(jī)承受不了，鑄件重量過小，大容量壓鑄機(jī)來生產(chǎn)就會造成資源浪費(fèi)；鑄件尺寸過大，就會影響鑄件的出模；盡管影響壓鑄機(jī)的選擇因素很多，但我們主要是通過鎖模力來初選壓鑄機(jī)，在初選后在進(jìn)一步校正，確定壓鑄機(jī)。另外，鑄件的外形尺寸也會影響壓鑄機(jī)的選擇，尺寸過大，壓鑄過程不好控制，鑄件性能不均勻，而且還影響鑄件推出。 而根據(jù)鎖模力選用壓鑄機(jī)是最常用的方法，對于尺寸較大的鑄 件，還需要進(jìn)行校核壓室容量、開模行程等參數(shù)，來保證壓鑄機(jī)選擇的正確性和合理性。 計算主脹型力、分脹型力、鎖模力 此鑄件是一般件，根據(jù)《壓鑄模具設(shè)計手冊》表 31比壓推薦值，鋁合金在 30～ 50MPa,這里取值 40MPa。 2 2 2A = 11 6 / 4 + % = m m 13 7. 34 cm? ? ? ?（ ） （ 1 30 ） 主脹型力： A*p= 10F主 （ 21） =137. 34 * 40 =549. 610 kN 其中