【正文】 壓鑄機(jī)的精度及其工藝性能的穩(wěn)定性。半固態(tài)擠壓模具的模架設(shè)計(jì)如下圖所示：圖 模架成形零件上構(gòu)成鑄件形狀的工作部分的尺寸，即為成形尺寸。 另外，在導(dǎo)套后方的定模座板上，開設(shè)用以消除合模時(shí)導(dǎo)向孔內(nèi)氣體反壓力的排氣槽。②推出板各個(gè)大平面應(yīng)相互平行，以保證推出元件運(yùn)行的穩(wěn)定性[24]。（7）推出板推出板包括推桿固定板和推板。因此，模座應(yīng)有較強(qiáng)的承載能力。②與壓鑄機(jī)的動(dòng)座板連接，并將動(dòng)模部分緊固在壓鑄機(jī)上。因此，不通孔的模體結(jié)構(gòu)，有時(shí)也可設(shè)置支承板。（4）動(dòng)模壓板動(dòng)模壓板主要作用是：在通孔的模體結(jié)構(gòu)中，將成型鑲塊壓緊在動(dòng)模板內(nèi)。③設(shè)置側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。（3）動(dòng)模套板動(dòng)模套板的主要作用是：①固定成型鑲塊、成型型芯、澆道鑲塊以及導(dǎo)向零件的載體。③承受金屬液填充壓力的沖擊，而不產(chǎn)生型腔變形。（2）定模套板定模套板的主要作用：①成型鑲塊、成型型芯以及安裝導(dǎo)向零件的固定載體。在設(shè)計(jì)定模座板時(shí)，考慮到以下問(wèn)題：①澆口套安裝孔的位置與尺寸應(yīng)與壓鑄機(jī)壓室的定位法蘭配合。構(gòu)成模架的結(jié)構(gòu)件主要包括：定模座板、定模板、動(dòng)模板、動(dòng)模壓板、支承板、墊塊、動(dòng)模座板；導(dǎo)柱、導(dǎo)套等[23]。排氣槽一般與溢流槽配合，設(shè)置在溢流槽后端以加強(qiáng)溢流和排氣的效果。排氣槽用于將上述氣體從型腔總排出，其設(shè)置的位置與內(nèi)澆道的位置和合金液的流態(tài)有關(guān)。 圖29 排溢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)溢流槽尺寸選取：溢流口厚度h=；溢流口長(zhǎng)度l=4mm；溢流口寬度s=4mm；溢流槽半徑r=6mm。⑤設(shè)計(jì)溢流槽時(shí)要注意便于從壓鑄件上去除，在去除后不損壞鑄件的外觀。③對(duì)于拒不厚大凸臺(tái)的型腔部位，也應(yīng)有溢流槽。 溢流槽的設(shè)計(jì)溢流槽位置的設(shè)置原則①溢流槽的位置多設(shè)置在合金液最后填充的部位上。選取50mm為澆口套內(nèi)徑，其他尺寸根據(jù)情況自行設(shè)計(jì)，具體尺寸見附錄。 圖 端面連接方式 直澆道的設(shè)計(jì)直澆道尺寸由澆口套尺寸決定。澆道形狀及尺寸如下圖所示。 橫澆道的設(shè)計(jì)（1） 橫澆道的形式及尺寸根據(jù)鑄件及內(nèi)澆口的特點(diǎn)。其中成形零件的體積為；故可估算通過(guò)內(nèi)澆口的體積V為60。 V——通過(guò)內(nèi)澆口金屬液的體積，； ——型腔的充填速度。 （3）內(nèi)澆口截面積目前，在實(shí)踐中，計(jì)算內(nèi)澆口的截面積以流量計(jì)算法為主。 （2）充填時(shí)間半固態(tài)擠壓件的平均壁厚為10mm，利用參考文獻(xiàn)[1]（壓鑄模具設(shè)計(jì)）中的平均壁厚與充填時(shí)間的推薦值可知，～。 內(nèi)澆口的設(shè)計(jì) 內(nèi)澆口設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是選擇內(nèi)澆口的位置和形狀，計(jì)算內(nèi)澆口的截面積，確定內(nèi)澆口的厚度。壓鑄機(jī)的類型不同，澆注系統(tǒng)也有所不同。 帶澆注系統(tǒng)的半固態(tài)擠壓件二維圖形 帶澆注系統(tǒng)的擠壓件的二維圖形如圖26所示，溢流槽設(shè)于分型面四個(gè)對(duì)角處，用于有序的排除型腔中的氣體和排除并容納冷污的金屬液以及其他氧化物。它包括直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口、等。故其分型面的設(shè)計(jì)可如左圖所示。 在選擇鑄件的分型面時(shí)要綜合考慮以上要點(diǎn)，從而確定分型面。選擇鑄件的分型面涉及鑄件的形狀和技術(shù)要求，澆注系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)的布置，壓鑄工藝條件、壓鑄模的結(jié)構(gòu)和制造成本、模具的熱平衡因素，這些因素往往難以兼顧，確定分型面時(shí)要予以綜合考慮。（6）其它。（5）側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。同時(shí)，為使頂出機(jī)構(gòu)在移動(dòng)時(shí)平穩(wěn)可靠，往往還設(shè)置自身的導(dǎo)向零件推板導(dǎo)柱和推板導(dǎo)套。（4）頂出和復(fù)位機(jī)構(gòu)。導(dǎo)柱和導(dǎo)套是導(dǎo)向零件，又被稱為導(dǎo)準(zhǔn)零件。（3）模體結(jié)構(gòu)。（2） 澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)是熔融金屬由壓鑄機(jī)壓室進(jìn)入模具成型空腔的通道，如澆口套、澆道鑲塊以及橫澆道、內(nèi)澆口、排溢系統(tǒng)等。成型零件包括固定的和活動(dòng)的鑲塊與型芯，如圖中的鑲塊、主型芯、小型芯以及側(cè)型芯等。 該套模具要求適用在臥式冷室壓鑄機(jī)上，其基本結(jié)構(gòu)如下：（1） 成型零件部分 在合模后，由動(dòng)模鑲塊和型腔鑲塊形成一個(gè)構(gòu)成壓鑄件形狀的空腔，通常稱為成型鑲塊。定模上有直澆道直接與壓鑄機(jī)的噴嘴或壓室連接。半固態(tài)擠壓模具由定模和動(dòng)模兩個(gè)主要部分組成。壓鑄生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行，壓鑄件質(zhì)量的保證，在很大程度上取決于壓鑄模的結(jié)構(gòu)合理性和技術(shù)先進(jìn)性。由此可得： 式中，是壓鑄機(jī)最小合模距離（mm）；是壓鑄機(jī)最大開模距離（mm）；L是壓鑄機(jī)動(dòng)模座板的行程（mm）；是定模部分的厚度（mm）；是動(dòng)模部分的厚度（mm）；是鑄件推出距離（mm）；是鑄件及澆道總高度（mm）。 開模行程的核算每臺(tái)壓鑄機(jī)都有最小合模距離和最大開模距離兩個(gè)尺寸，根據(jù)鑄件形狀、澆注系統(tǒng)和模具結(jié)構(gòu)來(lái)核算是否滿足取出鑄件的要求，即壓鑄機(jī)的最大開模距離減去模具總厚度留有能取出鑄件的距離。鎖模力計(jì)算公式如下： 式中，—壓鑄機(jī)應(yīng)有的鎖模力（KN）； K—安全系數(shù)（一般K=）； —主脹型力（KN）。為了防止模具被脹開，鎖模力要大于或等于脹型力在合模方向上的合力。取P=80MPa。 計(jì)算主脹型力 式中，—主脹型力（KN）； A—鑄件在分型面上的總投影面積，一般增加30%作為澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的面積（）； P—壓射比壓（MPa）。在半固態(tài)擠壓過(guò)程中，合金液以極高速度充填模具型腔，在充滿型腔的瞬間及增壓階段，合金液收到很大的壓力，為了作用到型腔的各個(gè)方向，力圖是模具沿分型面漲開，稱為脹型力。(d)推出鑄件過(guò)程 在壓鑄機(jī)頂出機(jī)構(gòu)作用下，將壓鑄件及其澆注余料頂出，并脫離模體，壓射沖頭同時(shí)復(fù)位[13]。而利用臥式冷室壓鑄機(jī)進(jìn)行半固態(tài)擠壓時(shí)，當(dāng)液態(tài)合金進(jìn)入型腔后不是任由其凝固至固態(tài)，而是通過(guò)模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制，待型腔內(nèi)的液態(tài)合金冷卻至半固態(tài)時(shí)在進(jìn)行一定壓力下的擠壓，最后得到半固態(tài)擠壓件。 (b)壓射過(guò)程 需要明確的是，半固態(tài)擠壓成型中的壓射過(guò)程與純粹的壓鑄成型工藝中的壓射過(guò)程是有很大不同的。(5)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制柜指令液壓系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)元件，按壓鑄機(jī)壓射過(guò)程預(yù)定的工藝路線和運(yùn)行程序動(dòng)作，將液壓動(dòng)作和機(jī)械動(dòng)作有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，完成準(zhǔn)確可靠、協(xié)調(diào)安全的運(yùn)行規(guī)則[12]。(4)傳動(dòng)系統(tǒng) 通過(guò)液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)完成壓鑄過(guò)程中所需要的各種動(dòng)作。(2)合模機(jī)構(gòu) 其作用是實(shí)現(xiàn)壓鑄模的開啟和閉合動(dòng)作，并在壓射成型過(guò)程中具有足夠而可靠的鎖模力，以防止在高壓壓射時(shí)，模具被推開或發(fā)生偏移。4半固態(tài)擠壓成型過(guò)程及壓鑄機(jī)的選用 臥式冷室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu)臥式冷室壓鑄機(jī)基本組成如圖所示：圖 臥式冷室壓鑄機(jī)1—增壓器；2—蓄能器；3—壓射缸；4—壓射沖頭；5—壓室；6—定座板；7—拉桿；8—?jiǎng)幼澹?—頂出缸；10—曲肘機(jī)構(gòu)；11—支承座板；12—模具高度；13—合模缸；14—機(jī)體；15—控制柜；16—電機(jī)及泵此類壓鑄機(jī)的基本結(jié)構(gòu)分為5部分：(1)壓射機(jī)構(gòu) 主要作用是在高壓力下將熔融的金屬液壓入型腔的壓射機(jī)構(gòu)。 在本輪轂鑄件中，有加工要求表面中基本尺寸最大的為直徑100mm。另外，鑄件的不同加工表面，可以采用相同的加工余量數(shù)值。械加工余量是為了保證鑄件機(jī)械加工面尺寸和零件加工精度，在設(shè)計(jì)鑄件和鑄造工藝時(shí)，預(yù)先增加并在機(jī)械加工時(shí)應(yīng)予以切除的金屬層厚度。但是，某些部位還是應(yīng)該進(jìn)機(jī)械加工。 由于鑄件具有較為精確的尺寸和良好的鑄造表面，所以一般情況下，可以不進(jìn)行機(jī)械加工。在模具的正常使用壽命內(nèi)，～。 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， 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)谋诤癫艜?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)。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)。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1μm以下，%～%,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?？蓽p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。 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)。%、%、%、%。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