【正文】 和復(fù)位零件，如推桿、推桿固定板和推板。它們的作用是引導(dǎo)動(dòng)模板與定模板在開(kāi)模和合模時(shí)能沿導(dǎo)滑方向移動(dòng)，并準(zhǔn)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(gè)結(jié)構(gòu)件組成一個(gè)模具整體，并能夠安裝到壓鑄機(jī)上，如的墊塊、支撐板、動(dòng)模壓板、定模套板、定模座板和動(dòng)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(yīng)選用經(jīng)過(guò)熱處理的耐熱鋼制造。有時(shí)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(dòng)模固 定在壓鑄機(jī)的動(dòng)模座板上，隨動(dòng)模座板向左、向右移動(dòng)與定模分開(kāi)和合攏，一般抽芯和鑄件頂出機(jī)構(gòu)設(shè)于其內(nèi)。定模固定在壓鑄機(jī)壓室一方的定模座板上，是金屬液開(kāi)始進(jìn)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(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須全面分析壓鑄件的結(jié)構(gòu)，了解壓鑄機(jī)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(dòng)行為，并考慮到經(jīng)濟(jì)效益等因素。 4半固態(tài)擠壓模具設(shè)計(jì)概述 作為壓鑄模生產(chǎn)的三要素之一，壓鑄模設(shè)計(jì)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(jī)和模后能嚴(yán)密的鎖緊模具分型面，因此要求合模后模具的總厚度應(yīng)大于壓鑄機(jī)的最小合模距離，一般約為 20mm。 故有 KNsF 3 73 5 ??? 查閱《壓鑄模設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的壓鑄機(jī)的主要參數(shù)，考慮產(chǎn)品實(shí)際情況及現(xiàn)有條件，選擇 125t的 J1113臥式冷室壓鑄機(jī)。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(jì)算鎖模力 由于該套模具中不含有側(cè)向抽芯機(jī)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(shí)的脹型力，以鎖緊模具的分型面，防止因模具被脹開(kāi)，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(jī)的鎖模力 鎖模力（合模力）是選用壓鑄機(jī)時(shí)首先要確定的參數(shù)。 (c)開(kāi)模過(guò)程 半固態(tài)擠壓成型后，開(kāi)啟模具，使擠壓件脫離型腔，同時(shí)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(jìn)行凝固成型。 半固態(tài)擠壓成型過(guò)程 利用臥式冷室壓鑄機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)半固態(tài)擠壓成型工藝主要需經(jīng)歷 4個(gè)步驟，如圖 24所示： (a)合模過(guò)程 (b)壓射過(guò)程 23 (c)開(kāi)模過(guò)程 (d)鑄件推出過(guò)程 (a)合模過(guò)程 模具閉合后，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)。包括電機(jī)、各種液壓泵及機(jī)械傳動(dòng)裝置。 (3)頂出機(jī)構(gòu) 在壓鑄件冷卻固化成型并開(kāi)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。壓射壓力、壓射速度等主要工藝參數(shù)都是通過(guò)它來(lái)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(cè)》，選取加工余量等級(jí)為 D57，則根據(jù)直徑 100mm查表，選取本鑄件的機(jī)械加工余量為 。 底座鑄件的加工余量選取 根據(jù)參考文獻(xiàn) [15]中推薦的加工余量選擇，平面按最大邊長(zhǎng)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(zhǔn)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(méi)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(shí) ，由于壓鑄件內(nèi)部可能有氣孔，所以應(yīng)盡量避免再進(jìn)行機(jī)械加工。 參考國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定該擠壓件的表面質(zhì)量等級(jí)為 2級(jí)，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(huì)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(jí)。 參考?jí)鸿T件尺寸公差國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及該擠壓件的實(shí)際尺寸。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T 6414— 1999）中將逐漸尺寸公差劃分為 16個(gè)等級(jí)，標(biāo)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(dá)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(duì)擠壓件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的工藝性也是一個(gè)十分重要的因素，其結(jié)構(gòu)合理性性和工藝適應(yīng)性決定了后續(xù)工作能否順利進(jìn)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(zhǔn)，減去斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)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(biāo)準(zhǔn) 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(shè)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(yīng)該在模具的相應(yīng)位置設(shè)置一定的傾斜角度，即起模斜度。沒(méi)有鑄造圓角會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，模具容易崩角，這一現(xiàn)象對(duì)熔點(diǎn)較高的合金尤其顯著。對(duì)需要進(jìn)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(wú)論是直角，銳角或鈍角，都應(yīng)設(shè)計(jì)成圓角，只有預(yù)計(jì)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(guò)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(dāng)?shù)?壁厚才會(huì)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(shè)計(jì)半固態(tài)擠壓件時(shí)，往往以為壁越厚，半固態(tài)擠壓件的強(qiáng)度和剛度就越容易得到保證，性能也就越好；但是，實(shí)際上對(duì)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(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。 模具設(shè)計(jì)專題部分 18 3 擠壓件設(shè)計(jì) 鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是半固態(tài)擠壓生產(chǎn)中首先遇到的工作，其設(shè)計(jì)的合理性和工藝適用性直接影響到后續(xù)工作的順利進(jìn)行。而對(duì)澆道和排溢口的形狀、大小、位置以及壓鑄機(jī)壓射工藝參數(shù)經(jīng)過(guò)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(shè)計(jì)。 開(kāi)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(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)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(shè)計(jì)。 研究?jī)?nèi)容 在該模具設(shè)計(jì)中，主要完成以下任務(wù)： 1）完成鋁合金輪轂壓鑄模具設(shè)計(jì)的裝配圖及零件圖。 （ 4）半 固態(tài)壓鑄 17 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。國(guó)外在 20 世紀(jì) 60 年代中期開(kāi)始在壓鑄生產(chǎn)中應(yīng)用這一方法。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]。 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。這說(shuō)明氣泡中部分氧氣與鋁液發(fā)生了氧化反應(yīng)。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。可減小澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)尺寸。 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。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(lái)應(yīng)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(guò)機(jī)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(guò)程中，除裝備自動(dòng)澆注、自動(dòng)取件及自動(dòng)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)外，還安裝成套測(cè)試儀器，對(duì)壓鑄過(guò)程中各工藝參數(shù)進(jìn)行檢測(cè) 和控制。 壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 由于整個(gè)壓鑄過(guò)程都是在壓鑄機(jī)上完成，因此，隨著對(duì)壓鑄件的質(zhì)量、產(chǎn)量和擴(kuò)大應(yīng)用的需 求，開(kāi)始對(duì)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。 近年來(lái)，由于中國(guó)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(chǎng)邁進(jìn)。另外，雖然我國(guó)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]。中國(guó)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(guó)的壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)相當(dāng)龐大。壓鑄機(jī)生 產(chǎn)方面，我國(guó)約有壓鑄機(jī)生產(chǎn)企業(yè) 20 多個(gè)，年生產(chǎn)能力超過(guò) 1000 臺(tái)，壓鑄機(jī)的供應(yīng)能力很強(qiáng)。其中鋁壓鑄件占 %、鋅壓鑄件 %、銅壓鑄件 %、鎂壓鑄件 %。作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，其每年都以 8%～ 12%的良好勢(shì)頭快速發(fā)展。隨著壓鑄機(jī)、壓鑄工藝、壓鑄型及潤(rùn)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(diǎn)的不斷增高而使壓鑄件應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大 [4]。波拉克（ Jesef Pfolak）設(shè)計(jì)了冷壓室壓鑄機(jī)，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(jī)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(jì) 20 年代美國(guó)的 Kipp公司制造出機(jī)械化的熱室壓鑄機(jī)，但鋁合金液有浸蝕壓鑄機(jī)上鋼鐵零部件的傾 向，鋁合金在熱室壓鑄機(jī)上生產(chǎn)受到限制。這種壓鑄機(jī)是利用壓縮空氣推送鋁合金經(jīng)過(guò)一個(gè)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(wèn)題 , 這種機(jī)器沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。 1905年多勒（ H. H. Doehler）研制成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機(jī)、壓鑄鋅、錫、銅合金鑄件。壓鑄廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)還只是上世紀(jì)初，用于現(xiàn)金出納機(jī)、留聲機(jī)和自行車的產(chǎn)品生產(chǎn)。 1849 年斯圖吉斯（ J. J. Sturgiss）設(shè)計(jì)并制造成第一臺(tái)手動(dòng)活塞式熱室 壓鑄機(jī) ，并在美國(guó)獲得了專利權(quán)。早在 1822 年，威廉姆 (3)壓鑄的生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)用較高。而對(duì)于鋼鐵材料，由于其熔點(diǎn)高，壓鑄模具使用壽命短，故鋼鐵材料的壓鑄很難適用于實(shí)際生產(chǎn)。 (2)壓鑄的合金類別和牌號(hào)有所限制。這是由于加熱溫度高時(shí)，氣孔內(nèi)的氣體膨脹，導(dǎo)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(shí)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(qiáng)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(diǎn)是： (1)鑄件的強(qiáng)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(dá) m。對(duì)于形狀復(fù)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(dāng)采用其他鑄造方法或其他金屬成型工藝難以制造時(shí)，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(fù)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(shí)間很短，一般為 ～ ，最短的僅為千分之幾秒。 壓力鑄造的特點(diǎn) 高壓力和高速度是壓鑄中熔融合金充填成型過(guò)程的兩大特點(diǎn)，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(guò)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(rèn)為，填充過(guò)程是包含力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)因素的復(fù)合問(wèn)題，大致可分為三個(gè)階段。勃蘭特認(rèn)為，金屬液經(jīng)內(nèi)澆口進(jìn)入型腔后，即擴(kuò)展至型壁后 沿整個(gè)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(rèn)為液體金屬的填充過(guò)程遵循流體力學(xué)定律，并且有摩擦和渦流現(xiàn)象；液體金屬填充矩形型腔時(shí)的運(yùn)動(dòng)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(guò)程中金屬液的填充形態(tài)與鑄件致密度、氣孔率、力學(xué)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