【正文】 和復位零件，如推桿、推桿固定板和推板。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。各種模板、座架等構(gòu)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(jié)構(gòu)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。 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 26 應選用經(jīng)過熱處理的耐熱鋼制造。有時成型零件還構(gòu)成澆注系統(tǒng)的一部分，如內(nèi)澆口、橫澆道、溢流口和排氣道等。構(gòu)成成型部分的零件即為成型零件。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(gòu)設于其內(nèi)。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。在壓鑄模設計的過程中，必須全面分析壓鑄件的結(jié)構(gòu)，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(jīng)濟效益等因素。 4半固態(tài)擠壓模具設計概述 作為壓鑄模生產(chǎn)的三要素之一，壓鑄模設計質(zhì) 量直接影響著壓鑄件成形的形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量等。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。 故有 KNsF 3 73 5 ??? 查閱《壓鑄模設計手冊》中的壓鑄機的主要參數(shù)，考慮產(chǎn)品實際情況及現(xiàn)有條件，選擇 125t的 J1113臥式冷室壓鑄機。而且此套模具中，脹型力中心與鎖模力中心重合?？汕蟮闹髅浶土?： KNzF ???? 計算鎖模力 由于該套模具中不含有側(cè)向抽芯機構(gòu)，故不必考慮分脹型力。 cmA ???????????? ????%302 cmAA ???? cmAAA ????? 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。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。 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)。 (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。傳統(tǒng)的壓鑄成型是將液態(tài)合金壓入型腔內(nèi)進行凝固成型。 半固態(tài)擠壓成型過程 利用臥式冷室壓鑄機來實現(xiàn)半固態(tài)擠壓成型工藝主要需經(jīng)歷 4個步驟，如圖 24所示： (a)合模過程 (b)壓射過程 23 (c)開模過程 (d)鑄件推出過程 (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(nèi)。包括電機、各種液壓泵及機械傳動裝置。 (3)頂出機構(gòu) 在壓鑄件冷卻固化成型并開啟模具后，頂出缸驅(qū)動壓 鑄模的推出機構(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。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。根據(jù)《鑄造工程師手冊》，選取加工余量等級為 D57，則根據(jù)直徑 100mm查表，選取本鑄件的機械加工余量為 。 底座鑄件的加工余量選取 根據(jù)參考文獻 [15]中推薦的加工余量選擇，平面按最大邊長確定，孔按直徑確定。鑄件的加工余量數(shù)值按照有加工要求的表面上最大基本尺寸和該表面距它的加工基準間尺寸兩者中較大的尺寸所在尺寸范圍，從鑄件加工余量表中選取。如裝配表面、裝配孔、成型困難沒有鑄出的一些形狀，去除內(nèi)澆口、溢流口后的多余部分等。同時 ，由于壓鑄件內(nèi)部可能有氣孔，所以應盡量避免再進行機械加工。 參考國家相關(guān)標準，確定該擠壓件的表面質(zhì)量等級為 2級，表面粗糙度aR 。隨著模 21 具使用次數(shù)的增加，通常壓鑄件的表面粗糙度值會逐漸變大。 在填充條件良好的情況下，壓鑄件的表面粗糙度一般比模具成形表面的粗糙度低兩級。 參考壓鑄件尺寸公差國家標準以及該擠壓件的實際尺寸。 國家標準（ GB/T 6414— 1999）中將逐漸尺寸公差劃分為 16個等級，標記為 CT1～ CT16。 壓鑄件的尺寸精度不僅與其尺寸大小有關(guān)，而且受其結(jié)構(gòu)和 形狀的影響。 擠壓件能達到的尺寸精度和尺寸穩(wěn)定性基本上依擠壓模制造精度而定。 半固態(tài)擠壓工藝對擠壓件的結(jié)構(gòu)設計要求： ①方便講擠壓件從模具中取出； ②盡量消除側(cè)凹和深腔； ③盡量減少抽芯部位； ④消除模具型芯出現(xiàn)交叉的部位； ⑤壁厚均勻； ⑥消除尖角。 擠壓件的質(zhì)量除了受到各種工藝因素的影響外，其零件設計的工藝性也是一個十分重要的因素，其結(jié)構(gòu)合理性性和工藝適應性決定了后續(xù)工作能否順利進行。非配合面外表面最小脫模斜度α取 ??300 ， 內(nèi)表面最小脫模斜度β取 1176。型芯尺寸以非加工面的小端為基準，減去斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應放大。 3）單面留有加工余量的鑄件。 2）兩面均留有加工余量的鑄件。 （ 1）脫模斜度的選取標準 1）不留加工余量的壓鑄件。在鑄件本身有結(jié)構(gòu)斜度的地方，則不必設置起模斜度。 脫模斜度 為了在鑄型凝固后，為了保證擠壓件從模具中順利脫出，應該在模具的相應位置設置一定的傾斜角度，即起模斜度。沒有鑄造圓角會產(chǎn)生應力集中，模具容易崩角，這一現(xiàn)象對熔點較高的合金尤其顯著。對需要進行 電鍍和涂覆的壓鑄件更為重要，圓角是獲得均勻鍍層和防止尖角處鍍層沉積不可缺少的條件。 鑄造圓角 在擠壓零件壁面與壁面連接處，無論是直角，銳角或鈍角，都應設計成圓角，只有預計選定為分型面的部位上才不采用圓角連接。由于在半固態(tài)擠壓過程中需要提供較大的擠壓力，故該輪轂擠壓件的最外側(cè)壁厚可選擇為 5mm。 所以在滿足產(chǎn)品使用性能要求的前提下，采用均勻的、適當?shù)?壁厚才會以最低的金屬消耗取得良好的成型性和工藝性。 壁厚和肋 在設計半固態(tài)擠壓件時，往往以為壁越厚，半固態(tài)擠壓件的強度和剛度就越容易得到保證，性能也就越好；但是，實際上對于半固態(tài)擠壓件而言， 擠壓件壁厚增加，內(nèi)部氣孔、縮孔等缺陷也隨之增加，故在保證擠壓件有足夠強度和剛度的前提下，應盡量減少厚度并保持各截面的厚薄均勻一致。 擠壓件的基本結(jié)構(gòu)設計包括壁厚，肋、鑄孔、鑄造圓角、脫模斜度、 螺紋、齒輪、鉚釘頭、網(wǎng)紋、圖案等等的設計。 模具設計專題部分 18 3 擠壓件設計 鑄件的結(jié)構(gòu)設計是半固態(tài)擠壓生產(chǎn)中首先遇到的工作，其設計的合理性和工藝適用性直接影響到后續(xù)工作的順利進行。而對澆道和排溢口的形狀、大小、位置以及壓鑄機壓射工藝參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化后可以大大 減少這些缺陷 [3]。壓鑄模具的優(yōu)良程度很大程度上取決澆注系統(tǒng)以及排溢系統(tǒng)的設計。 開展本課題的意義 模具是壓鑄件生產(chǎn)的主要工具，因此在設計模具時應盡量注意使模具總體結(jié)構(gòu)及模具零件結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，便于制造生產(chǎn)，壓鑄模澆排系統(tǒng)需合理設計。 研究內(nèi)容 在該模具設計中，主要完成以下任務： 1）完成鋁合金輪轂壓鑄模具設計的裝配圖及零件圖。 （ 4）半 固態(tài)壓鑄 17 半固態(tài)壓鑄是當金屬液在凝固時，進行強烈的攪拌，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，并將這種漿料進行壓鑄的方法。國外在 20 世紀 60 年代中期開始在壓鑄生產(chǎn)中應用這一方法。這種三氧化二鋁質(zhì)點顆粒細小，約在 1μ m 以下，其重量占鑄件總重量的 %～ %,不影響力學性能，并可使鑄件進行熱處理 [10]。 充氧壓鑄是消除鋁合金壓鑄件氣孔，提高鑄件質(zhì)量的一個有效途徑。這說明氣泡中部分氧氣與鋁液發(fā)生了氧化反應。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，鎂合金減少了形成裂紋的可能性（裂紋時鎂合 金壓鑄時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），提高了它的力學性能，特別是可塑性。可減小澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)尺寸。 真空壓鑄的特點是：顯著減少了鑄件中的氣孔，增大了鑄件的致密度，提高了鑄件的力學性能，并使其可以進行熱處理。由于型腔抽氣技術(shù)的圓滿解決，真空壓鑄在 20 世紀 50 年代曾盛行一時，但后來應用不多。其真空度通常在 380～ 600 毫米汞柱的范圍內(nèi)，可以通過機械泵獲得。以下介紹的便是壓鑄行業(yè)中出現(xiàn)的新工藝技術(shù)。又如，在壓鑄生產(chǎn)過程中，除裝備自動澆注、自動取件及自動潤滑機構(gòu)外，還安裝成套測試儀器，對壓鑄過程中各工藝參數(shù)進行檢測 和控制。 壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢 由于整個壓鑄過程都是在壓鑄機上完成，因此，隨著對壓鑄件的質(zhì)量、產(chǎn)量和擴大應用的需 求，開始對壓鑄設備提出新的更高的要求，傳統(tǒng)壓鑄機已經(jīng)不能滿足這些要求，因此，新型壓鑄機以及新工藝、新技術(shù)應運而生。 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。另外，雖然我國生產(chǎn)的中小型壓鑄機質(zhì)量較好，但大型壓鑄機、實時控制的高性能的壓鑄機仍需進口，每年進口壓鑄機 100 臺以上 [6]。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。種種情況表明，中國的壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)相當龐大。壓鑄機生 產(chǎn)方面，我國約有壓鑄機生產(chǎn)企業(yè) 20 多個，年生產(chǎn)能力超過 1000 臺，壓鑄機的供應能力很強。其中鋁壓鑄件占 %、鋅壓鑄件 %、銅壓鑄件 %、鎂壓鑄件 %。作為一個新興產(chǎn)業(yè)，其每年都以 8%～ 12%的良好勢頭快速發(fā)展。隨著壓鑄機、壓鑄工藝、壓鑄型及潤滑劑的發(fā)展，壓鑄合金也從鉛合金發(fā)展到鋅、鋁、鎂和銅合金，最后發(fā)展到鐵合金，隨著壓鑄合金熔點的不斷增高而使壓鑄件應用范圍也不斷擴大 [4]。波拉克（ Jesef Pfolak）設計了冷壓室壓鑄機，由于貯存熔融合金的坩鍋與壓射室分離，可顯著地提高壓射力，使之更適合工業(yè)生產(chǎn)的要求，克服了氣壓熱壓室壓鑄機的不足之處，從而使壓鑄技術(shù)向前邁出重要一步 [3]。 20 世紀 20 年代美國的 Kipp公司制造出機械化的熱室壓鑄機，但鋁合金液有浸蝕壓鑄機上鋼鐵零部件的傾 向，鋁合金在熱室壓鑄機上生產(chǎn)受到限制。這種壓鑄機是利用壓縮空氣推送鋁合金經(jīng)過一個鵝頸式通道壓入模具內(nèi)，但由于密封、鵝頸通道的粘咬等問題 , 這種機器沒有得到推廣應用。 1905年多勒（ H. H. Doehler）研制成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機、壓鑄鋅、錫、銅合金鑄件。壓鑄廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)還只是上世紀初，用于現(xiàn)金出納機、留聲機和自行車的產(chǎn)品生產(chǎn)。 1849 年斯圖吉斯（ J. J. Sturgiss）設計并制造成第一臺手動活塞式熱室 壓鑄機 ，并在美國獲得了專利權(quán)。早在 1822 年，威廉姆 (3)壓鑄的生產(chǎn)準備費用較高。而對于鋼鐵材料，由于其熔點高，壓鑄模具使用壽命短，故鋼鐵材料的壓鑄很難適用于實際生產(chǎn)。 (2)壓鑄的合金類別和牌號有所限制。這是由于加熱溫度高時，氣孔內(nèi)的氣體膨脹，導致壓鑄件表面鼓包，影響質(zhì)量與外觀。這是由于液態(tài)合金的充型速度極快，型腔中的氣體很難完全排除，常以氣孔形式存留在鑄件中。壓力鑄造的生產(chǎn)周期短 ,一次操作的循環(huán)時間約 5 s～ 3 min ,這種方法適于大批量生產(chǎn)。 壓鑄件的抗拉強度一般比砂型鑄件高 25%～ 30%，但收縮率較低。 壓鑄的主要優(yōu)點是： (1)鑄件的強度和表面硬度較高。鑄件的尺寸精度為 IT12～ IT11 面粗糙度一般為 ～ m，最低可達 m。對于形狀復雜，難以或不能用切削加工制造的零件，即使產(chǎn)量小，通常也采用壓鑄生產(chǎn)，尤其當采用其他鑄造方法或其他金屬成型工藝難以制造時，采用壓鑄生產(chǎn)最為適宜。鑄出孔最小直徑為 ?？梢缘玫奖”?、形狀復雜但輪廓清晰的鑄件。其充填速度一般在 ～ 70m/s 范圍內(nèi)，它的充填時間很短，一般為 ～ ，最短的僅為千分之幾秒。 壓力鑄造的特點 高壓力和高速度是壓鑄中熔融合金充填成型過程的兩大特點，也是壓鑄與其他鑄造方法最根本的區(qū)別所在。此外，填充過程還與壓射工藝參數(shù)、壓鑄件和內(nèi)澆道的形狀及兩者截面積之比、壓鑄合金的性能等因素有關(guān)。 以上是早期的三種典型的填充理論。 第二階段：后續(xù)金屬液沉積在薄殼層內(nèi)的空間里，直至填滿，凝固曾逐漸向內(nèi)延伸，液相逐漸減少。巴頓認為，填充過程是包含力學、熱力學和流體力學因素的復合問題，大致可分為三個階段。勃蘭特認為，金屬液經(jīng)內(nèi)澆口進入型腔后，即擴展至型壁后 沿整個型壁截面向前填充，直到充滿為止。渦流中容易卷入空氣及涂料燃燒產(chǎn)生的氣體，使壓鑄件凝固后形成 ～ 1mm 的孔洞，降低了壓鑄件的致密度。他認為液體金屬的填充過程遵循流體力學定律，并且有摩擦和渦流現(xiàn)象；液體金屬填充矩形型腔時的運動特性和內(nèi)澆道截面積與型腔截面積之比有關(guān)。 目前局域代表性的金屬充填理論有三種：噴射充填理論、全壁厚充填理論和三階段充填理論。 典型的壓鑄填充理論 壓鑄過程中金屬液的填充形態(tài)與鑄件致密度、氣孔率、力學性能和表面粗糙度等質(zhì)量因素密切相關(guān)，在極短的填充瞬間其受到壓鑄件結(jié)構(gòu)、填充速度、比壓、溫度、內(nèi)澆口與壓鑄件端面厚度之比、合金液的黏度及表面張力、澆注系統(tǒng)的形狀等的制約。目前壓鑄所采用的金屬主要是各種合金，其中鋁合