【正文】 助設(shè)備企業(yè)、模具企業(yè)、原輔材料企業(yè)近 398 家，占 %，科研、大專院校、學(xué)會(huì)等其他單位合計(jì) 112 個(gè)，占總數(shù)的 %[5]。其中的中小型壓鑄機(jī)的質(zhì)量較好，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， 2020 噸以上的壓鑄機(jī)正在研制中 [5]。 但是，與壓鑄強(qiáng)國(guó)相比，中國(guó)的壓鑄業(yè)還有著較大的差距。雖然與美國(guó)、日本等壓鑄先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)壓鑄件的生產(chǎn)占有一定的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，但我國(guó)壓鑄企業(yè)以小型工廠為主，因此在管理水平和工作效率上，較之有很大的差距 。由此可見(jiàn)，我國(guó)不能算作壓鑄強(qiáng)國(guó)，只能是壓鑄大國(guó)。以中國(guó)的轎車(chē)工業(yè)壓鑄市場(chǎng)為支柱，中國(guó)的壓鑄業(yè)已經(jīng)向摩托車(chē)行業(yè)、農(nóng)用車(chē)行業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)市場(chǎng)、玩具市場(chǎng)、家電產(chǎn)業(yè)等多個(gè)方向快速拓展，其勢(shì)頭方興未艾 [7]。例如，為了消除壓鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔、縮松，改善鑄件的質(zhì)量，出現(xiàn)了雙沖頭（或稱精、速、密）壓鑄；為了壓鑄帶有鑲嵌件的鑄件及實(shí)現(xiàn)真空壓鑄，出現(xiàn)了水平分型的全立式壓鑄機(jī)；為了提高壓射速度和實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)增加壓射力以便對(duì)熔融合金進(jìn)行有效地增壓，以提高鑄件的致密度，而發(fā)展了三級(jí)壓射系統(tǒng)的壓鑄機(jī)。它們是壓射力、壓射速度的顯示監(jiān)控裝置和合型力自動(dòng)控制裝置以及電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用等 [8]。 (1)真空壓鑄 真空壓鑄是利用輔助設(shè)備將壓鑄型腔內(nèi)的空氣抽除且形成真空狀態(tài)，并 16 在真空狀態(tài)下將金屬液壓鑄成形的方法。而對(duì)于薄壁與復(fù)雜的鑄件，真空度應(yīng)該更高。目前，真空壓鑄只用于生產(chǎn)要求耐壓、機(jī)械強(qiáng)度高或要求熱處理的高質(zhì)量零件，其 今后的發(fā)展趨向是解決厚壁鑄件和消除熱節(jié)部位的縮孔，從而更有效地應(yīng)用于可熱處理和可焊接的零件。消除了氣孔造成的表面缺陷，改善了鑄件的表面質(zhì)量。由于現(xiàn)代壓鑄機(jī)可以在幾分之一秒內(nèi)抽成需要的真空度，并且隨著鑄型中反壓力的減小，增大了鑄件的結(jié)晶速度，縮短了鑄件在鑄型中的停留時(shí)間。 （ 2）充氧壓鑄 國(guó)外在分析鋁合金壓鑄件的氣泡時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中氣體體積分?jǐn)?shù)的 90%為氮?dú)猓諝庵械牡獨(dú)怏w積分?jǐn)?shù)應(yīng)為 80%，氧氣的體積分?jǐn)?shù)為 20%。因此出現(xiàn)了充氧壓鑄的新工藝 [9]。所謂充氧壓鑄是在鋁液充填型腔，用氧氣充填壓室和型腔，以置換其中的空氣和其他氣體，當(dāng)鋁金屬液充填時(shí)，一方面通過(guò)排氣槽排出氧氣，另一方面噴散 的鋁液與沒(méi)有排除的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生三氧化二鋁質(zhì)點(diǎn)，分散在壓鑄件內(nèi)部，從而消除不加氧時(shí)鑄件內(nèi)部形成的氣孔。 （ 3）精速密壓鑄 精速密壓鑄是一種精確地、快速的和密實(shí)的壓鑄方法，又稱套筒雙沖頭壓鑄法。精密速壓鑄法在很大程度上消除了氣孔和縮松這兩種壓鑄件的基本缺陷，從而提高了壓鑄件的使用性能，擴(kuò)大了壓鑄件的應(yīng)用范圍。 半固態(tài)壓鑄的出現(xiàn)，為解決鋼鐵材料壓鑄模壽命低的問(wèn)題提供了一個(gè)方法，而且對(duì)提高鑄件質(zhì)量、改善壓鑄機(jī)鴨舌系統(tǒng)的工作條件，都有一定的作用，所以是用途的一種新工藝 [11]。 2）要求該壓鑄模具具有溫度控制功能，通過(guò)溫度控制影響凝固過(guò)程，以取得 減少內(nèi)應(yīng)力的效果。模具的加工、裝配要到位，配合需適當(dāng)，壓鑄模具的優(yōu)化也是一個(gè)重要方面。壓鑄生產(chǎn)中，因?yàn)槟＞邼驳佬螤?、澆口與排溢口位置及壓鑄力等控制參數(shù)選擇不合理導(dǎo)致壓鑄件縮孔、冷隔或者氣孔等缺陷的情況常有出現(xiàn)。綜上所述，壓鑄模具的合理設(shè)計(jì)對(duì)于生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄件具有重要意義。設(shè)計(jì)的半固態(tài)擠壓件除了要滿足使用要求之外，還要滿足成形工藝要求，并且還要盡可能的做到模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，以獲得設(shè)計(jì)本身的工藝性、可制造性、經(jīng)濟(jì)性、合理性。在該模具設(shè)計(jì)中僅需進(jìn)行壁厚、肋、鑄造圓角和脫模斜度的設(shè)計(jì)。對(duì)擠壓件的厚壁處，為了避免縮松等缺陷，應(yīng)通過(guò)減薄壁厚并增設(shè)加強(qiáng)肋肋解決。鋁合金壓鑄件的適宜壁厚1～ 6mm。根據(jù)客觀需要考慮到輪轂的承載性能，輪轂中的四根支撐桿厚度設(shè)計(jì)為 8mm，最中間的壁厚為 13mm。鑄造圓角有助于金屬液的流動(dòng)，減少渦流，氣體容易排出，有利于成形；同時(shí)又避免尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中而開(kāi)裂。對(duì)于模具來(lái)講，鑄造圓角能延長(zhǎng)模具的使用時(shí)間。根據(jù)該模具的特點(diǎn)，選擇 r=1mm。脫模斜度的大小和壓鑄件的壁厚以及合金種類(lèi)有關(guān)。 19 當(dāng)鑄件的結(jié)構(gòu)斜度不足或者鑄件的結(jié)構(gòu)影響了鑄件的脫 模時(shí)，則必須設(shè)置一定斜度的起模斜度或者增加模具鑲塊，來(lái)解決鑄件脫模困難的問(wèn)題。為了保證鑄件組裝時(shí)不受阻礙，型腔尺寸以大端為基準(zhǔn)，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少；型芯尺寸以小端為基準(zhǔn)，另一端按脫模斜度相應(yīng)增大。為保證有足夠的加工余量，型腔尺寸以小端為基準(zhǔn)，加上加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)增大；型芯尺寸以大端 為基準(zhǔn)，減去加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少。型腔尺寸以非加工面的大端 為基準(zhǔn)，加上斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少。 （ 2）脫模斜度的尺寸 配合面外表面最小脫模斜度α取 ??150 ，內(nèi)表面最小脫模斜度β取??300 。 [19]。如分型面的選擇，澆道的設(shè)計(jì)，推出機(jī)構(gòu)的設(shè)置，收縮規(guī)律的掌握，精度的保證，缺陷的種類(lèi)及其程度等，都是與壓鑄機(jī)本身的壓鑄工藝性的優(yōu)劣相關(guān)的。 以上原則， 將輪轂擠壓件工程圖如下所示： 20 輪轂工程圖 該零件直徑 Ф 100mm，厚 10mm，中心孔徑 Ф 14mm，四個(gè)支撐桿寬 8mm。導(dǎo)致擠壓件尺寸偏差的原因有很多，包括工作環(huán)境溫度的高地、合金自身化學(xué)成分的偏差、合金金屬收縮率的波動(dòng)、開(kāi)模、抽芯及推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定程度、模具使用過(guò)程中的磨損量引起的誤差等，這些原因又互相交織在一起，彼此互相影響。一般壓鑄件的精度為 IT13，高精度壓鑄件為 IT11。壓鑄件尺寸公差可以控制在 CT4～ CT8級(jí)，但不同合金可以達(dá)到的等級(jí)范圍有所不同，一般鋁合金可以達(dá)到 CT4～ CT7級(jí)。確定其公差等級(jí)為 IT12級(jí)，尺寸公差為 。用新模具壓鑄可獲得表面 粗糙度達(dá) 。在模具的正常使用壽命內(nèi)，鋁合金壓鑄件大致在 aR ～ 。 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。但是，某些部位還是應(yīng)該進(jìn)機(jī)械加工。 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。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。 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。 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： 22 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— 動(dòng)座板； 9— 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(lèi)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)。 (2)合模機(jī)構(gòu) 其作用是實(shí)現(xiàn)壓鑄模的開(kāi)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(kāi)或發(fā)生偏移。 (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。 (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]。 (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。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。 (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]。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(kāi)，稱為脹型力。 計(jì)算主脹型力 10/APzF ? 式中， ZF — 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（ 2cm ）； 24 P— 壓射比壓（ MPa）。取 P=80MPa。為了防止模具被脹開(kāi)，鎖模力要大于或等于脹型力在合模方向上的合力。鎖模力計(jì)算公式如下： zFKsF ?? 式中， sF — 壓鑄機(jī)應(yīng)有的鎖模力（ KN）； K— 安全系數(shù)（一般 K=）； zF — 主脹型力（ KN）。 開(kāi)模行程的核算 每臺(tái)壓鑄機(jī)都有最小合模距離 minH 和最大開(kāi)模距離 maxH 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(kāi)模距離減去模具總厚度留有能取出鑄件的距離。由此可得： 21m in hhH ?? mmhhhhH 104321m a x ????? 25 mmhhL 1043 ??? 式中， minH 是壓鑄機(jī)最小合模距離（ mm）； ma xH 是壓鑄機(jī)最大開(kāi)模距離（ mm）；L是壓鑄機(jī)動(dòng)模座板的行程（ mm）； 1 h 是定模部分的厚度（ mm）； 2 h 是動(dòng)模部分的厚度（ mm）； 3 h 是鑄件推出距離（ mm）； 4 h 是鑄件及澆道總高度（ mm）。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。 半固態(tài)擠壓模具由定模和動(dòng)模兩個(gè)主要部分組成。定模上有直澆道直接與壓鑄機(jī)的噴嘴或壓室連接。 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。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。 （ 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。 （ 3）模體結(jié)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。 （ 4）頂出和復(fù)位機(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。 （ 5）側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。 （ 6）其它。 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。 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。故其分型面的設(shè)計(jì)可如左圖所示。它包括直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口、等。 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。壓鑄機(jī)的類(lèi)型不同，澆注系統(tǒng)也有所不同。 內(nèi)澆口的設(shè)計(jì) 28 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。 的推薦值為 20～ 60m/s，選取為 50m/s。取充填時(shí)間 t=。 式中， gA —— 內(nèi)澆口截面積（ 2mm ）； G—— 通過(guò)內(nèi)澆口的合金液總量（ g）； ? —— 液態(tài)合金的密度（ 3/cmg ）； g? —— 內(nèi)澆口速度（ m/s）； t—— 型腔的充填時(shí)間（ s）。 ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 通過(guò)內(nèi)澆口金屬液的體積為兩部分，一部分是成形零件的體積，另一部分是溢流槽中的體積。 計(jì)算得出數(shù)值如下： （ 4）內(nèi)澆口厚度、長(zhǎng)度、寬度的確定 tnvVtgGgA ?? ?? cmgA ??? 29 由 內(nèi)澆口厚度、寬度和長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表，適當(dāng)選取此鋁合金鑄件內(nèi)澆口厚度為 5mm，長(zhǎng)度為 3mm，寬度為 30mm。采用類(lèi) T型澆道，截面為矩形。 圖 橫澆道二維圖形及尺寸 為了防止金屬液對(duì)型芯的正面沖擊，橫澆道與內(nèi)澆口采用了端面聯(lián)接的方式 。澆口套內(nèi)徑與壓室內(nèi)徑相同，由于壓鑄機(jī)選擇型 號(hào)為 J1113，其壓室直徑為 40mm， 50mm， 60mm。 排溢系統(tǒng)包括溢流口，溢流槽、排氣槽三部分組成。 ②當(dāng)遇有型芯阻礙而使合金液分成兩股時(shí)，在型芯的附近要設(shè)有溢流槽。 ④當(dāng)具有局部薄的型腔部位時(shí)，為了增加該處型腔的熱量，在該處及其附近都應(yīng)設(shè)有溢流槽。 綜合以上原則，如圖 29所示，選用半圓形結(jié)構(gòu)的排溢系統(tǒng)。 排氣槽的設(shè)計(jì) 在半固態(tài)擠壓生產(chǎn)中，液態(tài)部分的充填速度非?？欤颓坏某涮顣r(shí)間非常短，型腔中的空氣和涂料揮發(fā)產(chǎn)生的氣體的排出是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。為了使型腔中的氣體在壓射 時(shí)盡可能多的排出，應(yīng)將排氣槽 31 設(shè)置在合金液最后充填的部位。排氣道相關(guān)尺寸選取為：排氣槽深度為 ；寬度為 15