【導(dǎo)讀】合力學(xué)性能，在正常行駛過程中不應(yīng)發(fā)生變形和疲勞失效。性能等諸多優(yōu)點，得到了世界各國的廣泛關(guān)注。而且部分產(chǎn)品的性能會接近甚至于達到鍛。因此，采用半固態(tài)擠壓成形工藝來加工電動自行車輪轂將會。是一個新的發(fā)展方向。制造成了成品件質(zhì)量的關(guān)鍵所在。本文對電瓶車輪轂進行二維造型比較形象的展示輪轂的外形。態(tài)擠壓模具的設(shè)計。該款輪轂的材料采用了鋁合金材料，分析了。輪轂零件的特點。另外，主要從鑄件收縮率、鑄型分型面、冒口的設(shè)置以及。推出機構(gòu)等幾個方面介紹了模具設(shè)計的要點。

　　

【正文】 m ）； P— 擠壓應(yīng)力，鋁合金取 1012MPa； ? — 壓鑄合金對型芯的摩擦系數(shù)（一般取 ）； ? — 型芯成形部分的出模斜度。所以有： = 4)1s in1c o ( ????? 對于（ 42）式中，取 K=，而 錯誤 !未找到引用源。 =，因此取錯誤 !未找到引用源。 =170N。由截面積計算公式（ 41）可求出，單根推桿前端的截面積應(yīng)不小于 !未找到引用源。 。 因此，為保證推桿的穩(wěn)定性，將推桿的前端直徑選為 10mm，配合精 度為H7/e8。 （ 1）推板的限位裝置 限位機構(gòu)如下圖所示，利用限位釘對推板進行精確定位。 39 圖 推板限位釘 （ 2） 推板的導(dǎo)向裝置 導(dǎo)向機構(gòu)如下圖所示，將導(dǎo)柱安裝在支撐板與動模座板之間保證了剛性要求 。 圖 推板導(dǎo)柱與導(dǎo)套 復(fù)位機構(gòu)設(shè)計 （ 1） 復(fù)位機構(gòu)的復(fù)位原理 開模時，復(fù)位桿隨推出機構(gòu)同時向前移動，推桿將壓鑄件推出；合模時，定模套板觸及復(fù)位桿，推出機構(gòu)復(fù)位；合模動作完成 時，在限位釘?shù)淖饔孟峦瞥鰴C構(gòu)回復(fù)到原來的位置。 （ 2） 復(fù)位桿的布置 采用在成型鑲塊周圍對稱布置的形式。如下圖所示： 40 圖 鑲塊布置示意圖 推出復(fù)位零件的表面粗糙度材料及熱處理強度 （ 1）零件表面粗糙度 根據(jù)參考文獻 [15]，推桿與金屬液接觸表面粗糙度為 ? ，推桿，復(fù)位桿和推板導(dǎo)柱配合表面粗糙度為 ? ，推板和推板固定板配合表面粗糙度為 ? ，其他非工作的非配合表面 ? 。 （ 2） 材料及熱處理后硬度 導(dǎo)柱 ,復(fù)位桿采用材料 T10A 或 GCr15，熱處理后強度要求為 50~55HRC，推桿采用 3Cr2W8V 或 4Cr5MoSiV1,熱處理后要求強度為 45~50HRC,推板和推板固定板采用 45鋼，熱處理要求回火。 在半固態(tài)擠壓生產(chǎn)過程中，模具應(yīng)保持在一個適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，其目 的是避免半固態(tài)漿料中的液態(tài)部分激冷過劇而使填充條件變壞；改善型腔的排氣條件； 避免半固態(tài)擠壓件成形后產(chǎn)生大的線收縮，引起裂紋和開裂；避免模具因激烈而漲裂；縮小模具工作時冷熱交變的溫度差，延長模具壽命。 加熱系統(tǒng)主要用于預(yù)熱模具或在模具工作時提供一個適當(dāng)?shù)臏囟?。加熱模具的方法有噴燈、噴槍、煤氣加熱、電加熱器加熱、電感?yīng)、紅外線加熱 圖 電加熱棒示意圖 等。用煤氣或噴燈等進行生產(chǎn)前的預(yù)熱是屬于模體外部的加熱方式，但不能獲得均衡的模溫，而且會使模體表面或突起的局部區(qū)域過熱，并對模體內(nèi)部或凹入的局部區(qū)域加熱不足。因此，目前最常采用的是使用電 加熱器從模體內(nèi)部加熱的方式。 41 電加熱系統(tǒng)的設(shè)計要點如下： ①電加熱孔一般布置在動、定模套板、支撐板和座板上。根據(jù)需要在動，定模部分分別布置 48 個電加熱元件安裝孔，布置時應(yīng)避免與活動型芯或推桿發(fā)生干涉。 ②在動、定模套板上可置供安裝熱電偶的測溫孔，以便控制模溫，其配合尺寸包括螺紋孔徑和深度，應(yīng)根據(jù)選用的熱電偶規(guī)格尺寸而定。 根據(jù)以上原則，在該模具上采用電加熱器加熱，布排方式為，分別在動，定模套板的上下端面各對稱放置兩個加熱器，共計 8 個加熱元件。因為動定模材料相同，各部位導(dǎo)熱性幾乎相同，而且加熱器的排 布為對稱安置，所以在型腔周圍產(chǎn)生的溫度場是均勻穩(wěn)定的。 成形套板壁厚的校核 套板的鑲塊安裝孔邊至套板的外側(cè)的距離稱為套板的邊框?qū)挾龋部珊喎Q為套板壁厚。 壓鑄模工作時，套板受拉伸、壓縮、彎曲三種應(yīng)力。套板變形后，會影響型腔和型芯的尺寸精度。在確定套板尺寸時，應(yīng)綜合考慮模具的結(jié)構(gòu)、工藝系統(tǒng)、強度、連續(xù)安裝等因素，并參考套板的有關(guān)推薦尺寸。套板由于直接承受壓射或增壓過程帶來的型腔脹型力，因此，必須對套板的壁厚進行校核。 該模具中套板壁厚的強度校核如下： 式中： )2(1LL 型腔的長度（寬度）（ cm）； h型腔的深度（ cm）； P 壓射比壓（ Pa）； H套板厚度（ cm）； ? ?? ???HhpHLphLhpLt421822222 ??? 42 ??? 套板的許用抗拉強度（ Pa）。 中文部分 近乎純凈的半固態(tài)金屬加工 P. KapranosU, . Ward, . Atkinson, . Kirkwood Department of Engineering Materials, The University of Sheffield, Sir Robert Hadfield Building, Mappin Street, Sheffield S1 3JD, UK 摘要 觸變成形或半固態(tài)金屬加工（ SSM）是金屬材料在半固態(tài)狀態(tài)下塑造成型的。最近在歐洲，日本和美國的幾家公司已經(jīng)開始以這種方式制造，每年為汽車行業(yè)生產(chǎn)出數(shù)百萬組件。但是，我們 應(yīng)該清楚的意識到，在北美、歐洲、日本所有鋁鑄件的產(chǎn)量達到 2500 萬噸，但是半固態(tài)成形的只占約 1%。壓力鑄造和模具鑄造仍然占主導(dǎo)地位。半固態(tài)成形必須克服的障礙之一是缺乏可供公眾查閱的量化數(shù)據(jù)以證明觸變組員是“近凈成形”。本文的工作旨在提供有關(guān)數(shù)據(jù)資料來展現(xiàn)觸變能滿足這種說法。這是通過一個指示組件的觸變的研究 —— 電動機終板。此組件的生產(chǎn)和評估質(zhì)量所采取的步驟在本文中都有描述。 2020 Elsevier 科學(xué)有限公司保留所有權(quán)利。 關(guān)鍵詞： 觸變成形，半固態(tài)金屬加工 ,近凈 成形 1 介紹 觸變成形或半固態(tài) 金屬加工 SSM 是在半固態(tài)狀態(tài)下金屬部件成形。合金必須有一個明顯的熔點范圍以及在形成顯微結(jié)構(gòu)之前必須由在液體基體的固態(tài)金屬球體組成。在這種狀態(tài)下合金發(fā)生觸變：如果它的剪切粘度下降，就會像液體一樣流動。但如果允許站立它會再次變厚。一斯勒格（質(zhì)量單位）合金，加熱到半固態(tài)，如果提供非枝晶顯微結(jié)構(gòu)，可以用刀子進行切削并像黃油一樣流動。這個非同尋常的行為第一次被發(fā)現(xiàn)在麻省理工學(xué)院并引發(fā)了有關(guān)合金漿料觸變和加工利用的大量工作，利用灌裝模具溫度較低的泥漿以 43 非湍流方式流動的優(yōu)點。 最近在歐洲，日本和美國的幾家公司已經(jīng) 開始以這種方式制造，每年為汽車行業(yè)生產(chǎn)出數(shù)百萬組件。但是，我們應(yīng)該清楚的意識到，在北美、歐洲、日本所有鋁鑄件的產(chǎn)量達到 2500 萬噸，但是半固態(tài)成形的只占約 1%。壓力鑄造和模具鑄造仍然占主導(dǎo)地位。 因為它是一個相對較新的加工工藝，半固態(tài)成形必須通過已經(jīng)開發(fā)的合金建立自己的。工業(yè)企業(yè)，由于其慣性，通常非常緩慢的接受變化，當(dāng)他們這樣做了，他們想這該在控制階段。如果需要業(yè)界接受使用新的或陌生的合金，以及應(yīng)對制造工藝本身的新穎性，這本身就是觸變成形中及其困難的。因此，傳統(tǒng)的鋁 硅鑄造合金 356 ， 357 和 A357 被選為原料，這一過程可以證明它的潛力?，F(xiàn)在的階段是有數(shù)百萬汽車零部件在我們?nèi)粘ｑ{駛的汽車上使用。 半固態(tài)成型必須克服的障礙之一是這種合金選擇的限制。專門為觸變成形工藝設(shè)計的合金需要發(fā)展。有研究表明，可以容易觸變成形的合金系或多或少取決于其凝固范圍，但是進程充分利用的合金還尚未獲得。 第二個障礙是缺乏一個能夠說明觸變組件真的是“近凈形”的公開的可獲得的定量數(shù)據(jù)。本文中的工作，旨在提供有關(guān)資料，證明觸變成形的這種說法。這是通過一個指示組件的觸變的研究 —— 電動機終板。此組件的生產(chǎn)和評估質(zhì) 量所采取的步驟如下所述 。 2 觸變成形的電動馬達終板 模具設(shè)計的優(yōu)化 運動終板與轉(zhuǎn)子軸中心孔和邊緣的插口是 安裝到 到磁盤電機的 內(nèi)部 。 通常情況下有凸緣安裝螺栓，通常是根據(jù)客戶的要求。這些引起了壓力鑄造的諸多問題，特別是如果是短期內(nèi)的需求的話，定制的終板往往要進行灰口鑄鐵的砂型鑄造。 英國謝菲爾德大學(xué)的任務(wù)是 要表明質(zhì)量好，可重復(fù)生產(chǎn)的終板可以利用標準的鑄造鋁合金到未經(jīng)強化的鋼模具中來實現(xiàn)觸變成形。工業(yè)中的意圖是削減成本方面的壓力，快讀的非硬化“半死”或注入，以適應(yīng)定制 安 裝 法 蘭 ， 與 鑄 鐵 方 式 相 比 ， 壓 力 鑄 造 能 減 少 交 貨 時 間 44 45 圖 1 適用于電動馬達終板的模具 如圖 1，由我們的合作伙伴布魯克漢森有限公司制造的模具，最初的設(shè)計是按照傳統(tǒng)的壓鑄實踐，用一個錐形槽和一個窄的通道，以使得小部件從中拆卸方便。澆鑄是從一側(cè)而不是中心，這樣的話定子不需要鉆孔。溢出口放在這個入口對面。此配置是最好的觸變終板的照片 圖 2. 模具材料為 H13（非硬化），使用的合金是 Alr 7Sir 和 Alr 6Sir 3Cur ，這是磁流體動力學(xué)攪拌的商業(yè)化生產(chǎn)，這是一個獲得的球狀微觀結(jié)構(gòu)的方法。 這種觸變是利用謝菲爾德大學(xué)的觸變壓力（ Servotest 有限公司制作，如圖 3）。壓力的垂直配置允許在原位加熱，這意味著，柱狀合金不需要在半熔化下轉(zhuǎn)移到壓力下。這種加熱方法需要 ram 的頂部的余料是非金屬的。感應(yīng)加熱的余料是由中頻發(fā)電機提供（泰勒梅感應(yīng)有限公司貝克韋爾）。鋼坯是一個直徑 60 毫米，高 75 毫米。 46 圖 2 觸變成形電動馬達終板。 圖 3 觸變擠壓 觸變成形優(yōu)化包括以下幾個階段 ： 建立可再 生的團狀加熱體和 ram 速度以及模具溫度的感應(yīng)加熱和觸變成 47 形試驗對于確保完成模具的填充是必要的。用 X 光照相來檢測產(chǎn)品的質(zhì)量。部分模具的填充是為了看到流動狀形態(tài)。 再生產(chǎn)的流通模式采用 CFD 實驗發(fā)現(xiàn)。模具中唯一的參數(shù)調(diào)整是為了實現(xiàn)模具和實驗之間的平衡，這個參數(shù)是漿料的粘度。 通過 CFD 模具的使用來重新設(shè)計模具以得到最優(yōu)的模具填充模式，在生產(chǎn)上具有可行性。 利用部分填充和 X光照相技術(shù)來完成模具的調(diào)整，進一步的觸變以及模具的驗證。 使用冷模具來獲得完整的觸變組件是有可能的。然而，人們發(fā)現(xiàn)，最初模具設(shè)計中的 錐形澆口導(dǎo)致漿料優(yōu)先從組件的中心流出來，過早的填充了溢出部位，然后在回流到入口。這種狹窄的流體流動造成了空氣的卷入，這從 X光片是可以看出的，即便是加熱到 3508 攝氏度的模具中的的樣品觸變成形。 圖 4a 流建模和部分填充的研究結(jié)果進行比較。都揭示了模具入口附近窄流道產(chǎn)品的缺陷。計算機模型的粘度進行了調(diào)整，這樣使得從局部填充中獲得的模具填充圖案是可以重復(fù)生產(chǎn)的。得到的值是在一定范圍內(nèi)的，這是由研究半固態(tài)漿料的作者在中高剪切速率下發(fā)現(xiàn)的。與測量值 1020KN相比，該模具開始給了 6KN 的初始填充力。這些事 實表明，該模型可以用來在一個重新設(shè)計入口的模具里預(yù)測可能的流動途徑，這一假設(shè)是合理的。 該模具可以在實用范圍內(nèi)用于優(yōu)化模具填充圖形。因此人們發(fā)現(xiàn)，同時加寬和加深流道可以提高模具的充型能力，但是前者更關(guān)鍵，更實用。伴隨著驗證部分的充型，在流道更寬大的模具上的模擬結(jié)果如圖 4b 所示。 流道入口的加大，甚至可以使得漿料流過組件的整個寬度。溢出填充持續(xù)：在模具的盡頭漿料不會反流回來。通過流建模和模具的修改使產(chǎn)品的質(zhì)量得到顯著改善，這意味著它可能是一個重復(fù)性的研究。 48 圖 4 （ a）錐形流 道的部分填充 （ b）扇形流道的部分填充 產(chǎn)品質(zhì)量和可重復(fù)性的研究 用修改后的模具運行 25 終板被提出來了。他們利用 X 光照相檢查內(nèi)部缺陷。樣本被送到布魯克漢森有限公司，根據(jù)他們的壓鑄件的標準做法，對外部缺陷進行了檢查。觸變的 25 桿，用 X 光照相技術(shù)發(fā)現(xiàn)有大量的內(nèi)部空隙，此后就被否決了。在溢出聊附近，他們相接與邊遠的插口，由于這種完全焊接前的液體流動的失敗，導(dǎo)致了四個試樣被檢測員否定。 這些缺陷的原因?qū)⒃谙挛挠懻摗Ｆ渌?20 桿的質(zhì)量非常高，通過圖 6的 X光照片可見一斑，這也是和一個 典型的壓力壓鑄終板的比較。 49 圖 5 觸變終板的三位測量位置 圖 6 （ a）觸變成形的 X 光片 （ b）模具鑄造終板的 X 光片 為了研究重復(fù)性，構(gòu)造了一個專用夾具安裝在分度頭終板。特別重要的一點是，轉(zhuǎn)子軸孔和終板邊緣的插口要保持同心。一個重要的偏差就意味著轉(zhuǎn)子不會真正的運行，并且會導(dǎo)致電機使用壽命的減少。如圖 5所示，十二尺寸，使用電動探頭可以精確到 毫米。布什 插口距離和內(nèi)布什直徑的平均值都進行了評價。這對于在所有 20個組件 中比較 12個也是有幫助的。通過這些，由于不準確的模具制造或終板變形而引起的任何變化都可以被隔離，