【文章內(nèi)容簡介】 ，可是中國臺灣在模具行業(yè)卻有著相當高的水平和造詣，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)濟做出了巨大的貢獻，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，隨著材料科學與技術以及航空航天、汽車、摩托車、機械制造、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 5 烈要求，壓鑄技術作為無切削、少切削的近終形制造技術受到高度重視，國內(nèi)外對壓鑄技術 都進行了大量的研究與開發(fā)，壓鑄技術和產(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)代壓鑄技術時代，正在成為一種很有前途的、重要的先進制造技術。 目前，壓鑄工藝不僅廣泛應用也鋁、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研究也取得了可喜的進展。壓鑄機的單機生產(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都得到了較大水平提高。壓鑄件的應用范圍越來越廣，生產(chǎn)規(guī)模越來越大。 2021 年，我國的壓鑄件總產(chǎn)量已達 萬噸，其中鋁壓鑄件已達 萬噸、 鋅壓鑄件已達 萬噸、鎂壓鑄件 1已達 .83 萬噸、銅壓鑄件已達 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)達國家，這些發(fā)達國家的主要特點是，他們的模具市場大，發(fā)展速度快，掌握著最新壓鑄技術，具備獨立開發(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)方式是以出口為導向，屬于出口導向型，發(fā)展模式屬于勞動密集型，已經(jīng)漸漸走向技術密集。最后，經(jīng)濟發(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)技術主要集中在少數(shù)大型國有企業(yè)。 在工業(yè)發(fā)達國家中 ,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，當然加拿大也算得上壓鑄行業(yè)的佼佼者，他們對壓鑄技術 已經(jīng)相當成熟，擁有絕對技術權威。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的同時，還有一套專有的、適應生產(chǎn)發(fā)展的、科學的管理方法。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)其他壓鑄機所不能實現(xiàn)的功能的壓鑄機。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)卻有著相當高的水平和規(guī)模。 98 年，臺灣的模具生產(chǎn)值就將近達 20億美元， 1999年到 2021 年期間，由于遭遇到經(jīng)濟危機，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。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)濟很快復蘇、模具產(chǎn)業(yè)很快就度過了危機，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)品主要是應用在電子通信、交通方面。模具產(chǎn)品遠銷歐美國家，在大陸也占了很大比例的市場。富士康作為全球五百強企業(yè)，近幾年來更是躍居美國財富排行前三十強，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)達國家 的研究者們有一種高度的負責精神，工作嚴謹，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)起了有關壓鑄的研究 課題，正是因為他們關注壓鑄工業(yè)的研發(fā)工作，僅僅幾年內(nèi)，壓鑄高新技術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，帶動了更多的企業(yè)和大學對研發(fā)工作的重視。 ，在實時壓射控制壓鑄機出現(xiàn)后，歐美幾家公司對其 又 進行不斷 地 改進， 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后，不再單純對外出售，憑借著得天獨厚的壓鑄知識和技術，對外提供技術支持。 Buehler 公司 在擁 有 相當完善的 壓鑄機系列 后 ， 利用公司特有的先進技術和豐富經(jīng)驗， 與德國 Schaufler 公司合作，建立了一個壓鑄技術中心，為制造商提供技術上的支持。此外，主要 以熱室機著稱于世的 Frech公司擁有 M 系列和 RC系列的壓鑄機， 前者根據(jù)需要即可采用實時壓射控制，也可進行常規(guī)三級壓射，后者為實時壓射控制壓鑄機。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，在鎂合金應用方面進行開發(fā)，為用戶提供服務。在 Et 本， Toshiba 公司的多功能壓射結構采用高精度液壓伺服閥 (直 動型先導伺服閥， Direct operated pilot servo valve)，其流量為 7000L／ s，閥的響應時間為 5ms，系統(tǒng)反應時間為 13ms，可在 20ms內(nèi)將速度從 0升高到 lOm／ s，相對于沖頭位置，作為速度的切換點進行輸入可有 10 個點，在各點之間可進行加速、減速并配以 Toscast 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)壓鑄機的綜合控制。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一步改進的問題，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，高熔點材料用壓鑄進行長期生產(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致壓鑄件產(chǎn)生嚴重的裂紋。（ 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，不能進行機械加工，加工后零件表面精度會降低，壓鑄件生產(chǎn)復雜的零件很難，壓鑄機規(guī)格限制壓鑄件的尺寸。（ 4）受材料限制，對如銅合金高熔點材料進行長期的壓鑄生產(chǎn)、模具很容易很快的報廢。（ 5)壓鑄機不適宜小批量生產(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。還有就是壓鑄機和壓鑄模價格很高，成本也是關鍵。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，至于進口 壓鑄機和壓鑄模 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材料時，模具壽命低的顧慮。另一方面，加大壓鑄技術的研究力度，開發(fā)出一種性能優(yōu)異的壓鑄機，提高壓射比壓，改善模具結構，力求能用壓鑄生產(chǎn)出一系列質(zhì)量上乘的壓鑄件，并且壓鑄件能進行熱處理，也能在高溫下工作。最后，確定一種適應市場需求，科學的管理方法，提高壓鑄生產(chǎn)能力。 2. 工藝準備 合理的鑄件結構和形狀，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。至于對于結構不合理的部分，需要在不影響零件使用前提下，進行細微的改進或修正，以使?jié)M足壓鑄工藝的要求。 . 壓鑄件的結構 此次設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)抽芯機構；由于是圓形鑄件，結構對稱均勻，澆注系統(tǒng)選擇中心澆口形式；推出機構選擇推桿形式。其外殼大多采用鋁合金鑄造成形，其結構如圖所示。 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，該零件的結構相對簡單，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構。圖上帶有四根肋，此結構沒有實際用途，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? 。 在鑄件尖銳處要設置圓角，如果不設置圓角， 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)《壓鑄模設計手冊》表 21壓鑄鋁合金的化學成分和力學性能，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，相對高熔點合金來說，選擇鋁合金壓鑄能提高壓鑄機的使用壽命，但并不是完美無缺的，下面我們來分析鋁合金優(yōu)缺點： 優(yōu)點： （ ～ ），液態(tài)鋁合金密度為 ； ； ； 。 缺點： ，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)《壓鑄模設計手冊》表 21壓鑄鋁合金的化學成分和力學性能，可知鋁合金的力學性能如下： 強度 b? ： 240MPa 收縮率 ? ： 1% 硬度 ： 90HB . 壓鑄機的選定 依據(jù)常識我們知道，鋁合金常用臥室冷室壓鑄機進行加工，因此可以初選壓鑄機為臥式冷室型。在壓鑄生產(chǎn)時，不是隨便一臺壓鑄機都能滿足所有壓鑄產(chǎn)品的要求，這是因為不同的壓鑄機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，要正確的選用壓鑄機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)，可選用適應性強，液壓簡單，能進行快速調(diào)整的壓鑄機；其次要考慮鑄件的材料、結構以及工藝參數(shù)； 鑄件的重量的選擇跟壓鑄機的選擇有關，鑄件的重量過大，普通壓鑄機承受不了，鑄件重量過小，大容量壓鑄機來生產(chǎn)就會造成資源浪費；鑄件尺寸過大，就會影響鑄件的出模；盡管影響壓鑄機的選擇因素很多，但我們主要是通過鎖模力來初選壓鑄機，在初選后在進一步校正，確定壓鑄機。另外，鑄件的外形尺寸也會影響壓鑄機的選擇，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)鎖模力選用壓鑄機是最常用的方法，對于尺寸較大的鑄 件，還需要進行校核壓室容量、開模行程等參數(shù)，來保證壓鑄機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