來源：未知 分類：模具壓鑄專題

壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)中重要的工藝設(shè)備。金屬液在壓鑄模具中冷卻凝固，最終形成壓鑄件。壓鑄件的形狀、尺寸、質(zhì)量，以及壓鑄生產(chǎn)的順暢性都與壓鑄模具密切相關(guān)，因此，正確合理地設(shè)計(jì)壓鑄模具至關(guān)重要。

一、壓鑄模具基本結(jié)構(gòu)

壓鑄模具組成部分的作用如下：
(1) 直澆道 聯(lián)通壓室或至橫澆道，包括澆口套和分流錐等。
(2) 澆注系統(tǒng) 合金液進(jìn)入型腔的通道，包括內(nèi)澆道、橫澆道及直澆道等。
(3) 型腔 在鑲塊上形成，形成壓鑄件的幾何形狀。
(4) 抽芯機(jī)構(gòu) 完成活動(dòng)型芯的抽出及插入動(dòng)作，包括滑道、滑塊、油缸、斜杠等。
(5) 排溢系統(tǒng) 排出氣體及存儲(chǔ)冷金屬殘?jiān)取?br /> (6) 溫度控制系統(tǒng) 控制壓鑄模具的溫度，包括冷卻水管和加熱油管等。
(7) 頂出機(jī)構(gòu) 將壓鑄件從型腔中頂出，包括頂桿等。
(8) 動(dòng)模框 連接及固定動(dòng)模部件，包括套板、支撐板等。

二、壓鑄模具的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)壓鑄模具要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：
(1)要盡可能地采用先進(jìn)簡單的結(jié)構(gòu)，保證動(dòng)作穩(wěn)定可靠及日常維護(hù)、維修。
(2)要考慮澆注系統(tǒng)的可修改性，在調(diào)試過程中可以進(jìn)行必要的修改。
(3)合理選用各種公差、縮尺及加工余量，保證可靠的模件配合及要求的壓鑄件精度。
(4)選用合適的模具材料和可靠的熱處理工藝，確保壓鑄模具的使用壽命。
(5)應(yīng)具有足夠的剛度及強(qiáng)度，能夠承受鎖模壓力和漲型力，壓鑄生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生變形。
(6)盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)化的壓鑄模具零件，改善經(jīng)濟(jì)性及互換性。
在設(shè)計(jì)模具的時(shí)候，還要根據(jù)鑄件的投影面積計(jì)算出壓鑄生產(chǎn)時(shí)的總投影面積、壓射比壓，來選擇合適噸位的壓鑄機(jī)，公式如下：
F漲型力=100 P壓射比壓×S投影面積
F鎖模力=F漲型力/K系數(shù)
式中，K系數(shù)一般選取0.85。
壓鑄機(jī)選好以后，根據(jù)壓鑄機(jī)的動(dòng)、靜行板及壓射偏心位置等尺寸，設(shè)計(jì)模具的大小、中心位置、復(fù)位拉桿孔位等與壓鑄機(jī)相連接部分的尺寸。
隨著我國汽車制造業(yè)的發(fā)展，越來越多的汽車零部件采用了鋁合金材質(zhì)，例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋、油底殼以及各類連接支架等。隨著壓鑄技術(shù)的日益成熟，各汽車廠商對(duì)壓鑄件的內(nèi)部質(zhì)量要求越來越高，尤其以德國大眾的要求最為嚴(yán)格，每一種車型的發(fā)動(dòng)機(jī)壓鑄件產(chǎn)品都有一套相應(yīng)的技術(shù)要求，產(chǎn)品孔隙度的要求是每一種零部件所必須的要求。
一些零部件結(jié)構(gòu)上非常復(fù)雜，需要在模具上做一些相應(yīng)的結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)批量壓鑄生產(chǎn)，例如零部件上有多種角度的螺紋孔，要保證加工后的產(chǎn)品質(zhì)量，必須在模具的相應(yīng)位置制作型芯。 A為定位孔，B是3個(gè)M8的螺紋孔，與定位孔呈10°角，其中右側(cè)的兩個(gè)螺紋孔是通孔;C是兩個(gè)螺栓過孔，與定位孔呈5°角;D孔是與定位孔呈34°的螺紋孔，長度是38mm。
抽芯機(jī)構(gòu)按驅(qū)動(dòng)方式可分為機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式抽芯主要通過開合模過程中斜銷、彎銷、齒輪、齒條等實(shí)現(xiàn)抽芯與復(fù)位。液壓抽芯機(jī)構(gòu)的工作原理比較簡單，直接利用液壓缸進(jìn)行抽芯及復(fù)位動(dòng)作。液壓抽芯機(jī)構(gòu)可以根據(jù)抽芯力的大小及抽芯距離的長短選擇液壓缸的尺寸。圖2產(chǎn)品在模具設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮C、D三個(gè)孔要鑄出來，可以分別用液壓抽芯機(jī)構(gòu)采取有角度的滑道的方式在生產(chǎn)中來實(shí)現(xiàn)孔的成形。圖3是D孔的滑道機(jī)構(gòu)示意，用這種辦法可以將液壓缸設(shè)計(jì)在模具外面，這樣設(shè)計(jì)的好處是模具可以變薄，連續(xù)生產(chǎn)過程中便于維護(hù)。

在連續(xù)生產(chǎn)過程中，模具的抽芯孔會(huì)因?yàn)槎啻蔚某椴寤瑒?dòng)造成抽芯孔變形，在模具壽命的中后期，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)抽芯研死的現(xiàn)象，為了解決這一問題，可以在抽芯孔的部位增加一個(gè)鑲套，如果出現(xiàn)抽芯孔變形的情況，就可以更換鑲套來解決(見圖4)。這種辦法也可以應(yīng)用在模具的頂桿處，只要能加鑲套的，就都可以做這個(gè)結(jié)構(gòu)。

由于一些零部件圖樣的要求，鑄件上一些區(qū)域需要放置規(guī)定大小的異形頂桿。圓圈內(nèi)的4個(gè)頂桿成形部分(見圖5)是階梯形式的，直徑為8mm。由于鑄件動(dòng)模型腔比較深，所以產(chǎn)生的抱緊力就很大，頂桿頂出鑄件時(shí)所需要的力就大，頂桿在壓鑄生產(chǎn)過程中容易折斷。由于鑄件成形部分頂桿的直徑由產(chǎn)品圖樣確定，可以根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)階梯粗細(xì)的頂桿，以保證頂桿的壽命。

由于一些零部件圖樣的要求，鑄件上一些區(qū)域需要放置規(guī)定大小的異形頂桿。圓圈內(nèi)的4個(gè)頂桿成形部分(見圖5)是階梯形式的，直徑為8mm。由于鑄件動(dòng)模型腔比較深，所以產(chǎn)生的抱緊力就很大，頂桿頂出鑄件時(shí)所需要的力就大，頂桿在壓鑄生產(chǎn)過程中容易折斷。由于鑄件成形部分頂桿的直徑由產(chǎn)品圖樣確定，可以根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)階梯粗細(xì)的頂桿，以保證頂桿的壽命。

由于有了C、D兩個(gè)角度的油缸在模具上，B所示的3個(gè)M8的螺紋孔就沒有位置再采用油缸的方式來做預(yù)鑄孔了，兩個(gè)M8螺紋通孔是18mm深，想保證內(nèi)部質(zhì)量必須做出預(yù)鑄孔，我們采取了做對(duì)接異形型芯的方式來解決這個(gè)問題，對(duì)接的形式如圖6所示。

型芯不是正常對(duì)接的，錯(cuò)開了一定的距離，在兩型芯對(duì)接的部分是正常的出模斜度(一般設(shè)計(jì)在1°～1.5°之間，兩個(gè)型芯的外側(cè)的出模斜度就是正常的出模斜度外加與定位孔所呈的角度。
由于某些復(fù)雜的產(chǎn)品厚大區(qū)域通過壓鑄工藝參數(shù)是無法保證內(nèi)部質(zhì)量，所以在設(shè)計(jì)模具時(shí)要考慮增加局部擠壓機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)的原理是在壓射完成的最短時(shí)間內(nèi)，將抽芯插入，使得這一區(qū)域壓實(shí)，減少氣孔。擠壓機(jī)構(gòu)抽芯的成形部分是沒有出模斜度的，所以只適合短程的結(jié)構(gòu)。

三、壓鑄工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具大框設(shè)計(jì)好后，就進(jìn)入了澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，早先都是看二維或三維圖樣根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來做這一部分的。在生產(chǎn)過程中根據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量來調(diào)整內(nèi)澆道的位置和方向。近十幾年來，隨著鑄造充型凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)的不斷發(fā)展以及鑄造行業(yè)的市場(chǎng)需求，鑄造過程模擬商品化軟件不斷出現(xiàn)。很多主機(jī)廠也要求在設(shè)計(jì)模具前看到壓鑄模擬過程，因此很多模具廠家都使用了MAGMAsoft或ANYCASTING這兩種模擬軟件，在設(shè)計(jì)之初將設(shè)計(jì)好的三維導(dǎo)入到這個(gè)程序里面，設(shè)定壓鑄工藝參數(shù)后，模擬軟件經(jīng)過一定的運(yùn)算來得出接近實(shí)際生產(chǎn)效果的模擬動(dòng)畫如圖7～圖10所示。

壓鑄工藝要求模擬達(dá)到的效果如下：
(1) 合金液應(yīng)或多或少地同時(shí)到達(dá)內(nèi)澆道處。
(2) 在填充過程中合金液應(yīng)平穩(wěn)填充。
(3) 填充過程中不能出現(xiàn)卷氣或紊流的效果。
(4) 填充完成前，合金液不能將集渣包過道封死。
(5) 從填充過程中所產(chǎn)生的冷金屬不能存在鑄件內(nèi)，應(yīng)全部被驅(qū)趕到集渣包里。
根據(jù)填充模擬和粒子追蹤模擬，以及壓鑄工藝的要求，模具的澆道和集渣包的位置和大小都要做到相應(yīng)的優(yōu)化;根據(jù)凝固模擬和鑄件的壁厚，模具內(nèi)冷卻水和加熱油管，以及點(diǎn)冷卻的的位置能夠確定;根據(jù)模具沖蝕模擬可以確定模具的哪些地方需要重點(diǎn)噴涂。通過模擬分析，在設(shè)計(jì)時(shí)就解決了澆口和集渣包手動(dòng)優(yōu)化的過程，這樣就節(jié)省了模具制造時(shí)憑經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生偏差造成的模具修改過程。
為了使鑄件的質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高，一些公司利用抽真空技術(shù)使廢品率下降，創(chuàng)造更高的價(jià)值。日本的抽真空技術(shù)非常成熟，我國也借鑒了一些他們的經(jīng)驗(yàn)。抽真空技術(shù)要求模具排氣道的面積是沖頭面積的1:100。在快壓射開始前的0.4s啟動(dòng)真空泵，抽真空在設(shè)計(jì)模具時(shí)可以根據(jù)產(chǎn)品的復(fù)雜程度和模具的大小，來確定使用真空排氣波板或真空閥的數(shù)量。圖11是模具上抽真空的結(jié)構(gòu)。


如果抽真空技術(shù)應(yīng)用較好的情況下，鑄件的廢品率至少要降到原有廢品率的20%以下。但由于抽真空設(shè)備價(jià)格很高，一些壓鑄廠只是將其用在廢品率較高的產(chǎn)品模具上。

壓鑄模具結(jié)構(gòu)
壓鑄模具的基本結(jié)構(gòu)包含了成型鑲塊、模架、導(dǎo)向件、抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、熱平衡系統(tǒng)等。圖所示為安裝在壓鑄機(jī)上的模具。

壓鑄模具設(shè)計(jì)和開發(fā)流程圖

模具設(shè)計(jì)和開發(fā)流程圖圖反映了模具設(shè)計(jì)階段需要設(shè)計(jì)人員所做的工作及模具設(shè)計(jì)的整體思路其中包含一些與標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證相關(guān)的設(shè)計(jì)和開發(fā)流程對(duì)設(shè)計(jì)階段可能產(chǎn)生的缺陷具有一定的預(yù)防作用。折
壓鑄模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)
運(yùn)用快速原型技術(shù)和三維軟件建立合理的鑄件造型初步確定分型面、澆注系統(tǒng)位置和模具熱平衡系統(tǒng)
按照要求把二維鑄件圖轉(zhuǎn)化為三維實(shí)體數(shù)據(jù)根據(jù)鑄件的復(fù)雜程度和壁厚情況確定合理的收縮率般取調(diào)確定好分型面的位置和形狀并根據(jù)壓鑄機(jī)的數(shù)據(jù)選定壓射沖頭的位置和直徑以及每模壓鑄的件數(shù)對(duì)壓鑄件進(jìn)行合理布局 然后對(duì)澆注
系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)進(jìn)行三維造型圖.
進(jìn)行流場(chǎng)、 溫度場(chǎng)模擬進(jìn)步優(yōu)化模具澆注統(tǒng)和模具熱平衡系統(tǒng) 上把鑄件、澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以后通過輸入工藝參數(shù)、壓鑄合金的物理參數(shù)等邊界條件數(shù)據(jù)用模擬軟件可以模擬合金的充型過程及 液福態(tài)合金在模具型腔內(nèi)部的走向還可進(jìn)行凝固模擬及溫度場(chǎng)模擬圖進(jìn)一步優(yōu)化澆注系統(tǒng)并確定模具
卻點(diǎn)的位置。模擬的結(jié)果以圖片和影像的形式表達(dá)整個(gè)充型過程中液態(tài)合金的走向、鑄件溫度場(chǎng)的分布
等信息通過分析可以找出可能產(chǎn)生缺陷的部位。在城后續(xù)的設(shè)計(jì)中通過更改內(nèi)澆口的位置、走向、截面積等來改善充填效果預(yù)防并消除鑄造缺陷的產(chǎn)生。
根據(jù)模型進(jìn)行模 具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模擬過程進(jìn)行的同時(shí)我們可以進(jìn)行模具總布置設(shè)計(jì)具體包括一下幾個(gè)方面。根據(jù)壓鑄機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行 模具的總布置設(shè)計(jì)
在總布置設(shè)計(jì)中確定壓射位置及沖頭直徑是首要任務(wù)。壓射位置的確定要保證壓鑄件位于壓鑄機(jī)型板的中心位置而且壓鑄機(jī)的四根拉桿不能與抽芯機(jī)構(gòu)互相干涉壓射位置關(guān)系到壓鑄件能否順利地從型腔中頂出沖頭直徑則直接影響壓射比壓的大小并由此影響 到壓鑄讀具所需的鎖模力的大小。因此確定好
這兩個(gè)參數(shù)是我們?cè)O(shè)計(jì)開始的第一步，
設(shè)計(jì)成形 鑲塊和型芯
錦馳 主要考慮成形鑲塊的強(qiáng)度、剛度封料面的尺時(shí)、鑲塊之間的拼接、推桿和冷卻點(diǎn)的布置等這些元素的合理搭配是保證模具壽命的基本要求。對(duì)于大型模
具來說尤其要考慮易損部位的鑲拼和封料面的配合方式這是防止模具早期損壞和壓鑄過程中跑鋁的關(guān)鍵也是大模具排氣及模具加工工藝性的需要。如圖模具成形部分采用塊模塊銀拼結(jié)構(gòu)。

設(shè)置模架于抽芯機(jī)構(gòu)
中小型壓鑄模具可以直接選用標(biāo)準(zhǔn)模架大型模具必須對(duì)模架的剛度、強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算防止壓鑄過程中國模架彈性變形而影響壓鑄件的尺寸精度。抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是把握活動(dòng)元件間的配合間原和元件間的定位考慮模架工作過程中受熱膨脹對(duì)滑動(dòng)間隙的影響大型模具的配合間隙要在之 間成形部分的對(duì)接間除在之間根 據(jù)模具的大小及受熱情況選用。 成形滑塊與滑塊座之間采用方鍵定位。抽芯機(jī)構(gòu)的潤滑也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)這個(gè)因素直接影響壓鑄模具的連續(xù)工作的可靠性優(yōu)良的潤滑系統(tǒng)是提高壓鑄勞 動(dòng)生產(chǎn)率的重要環(huán)節(jié)模具鑲塊大量的熱量如何帶走這些熱 量是設(shè)計(jì)模具時(shí)必須考慮的問題 特別是大型壓鑄模具熱平衡系統(tǒng)直接影響著壓鑄件的尺寸和內(nèi) 部質(zhì)量。快速安裝及準(zhǔn)確控制流量是現(xiàn)代模具熱平衡系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)隨著現(xiàn)代加工業(yè)的發(fā)展熱平衡元件的選用趨向于 直接選用的設(shè)計(jì)模式即元件制造公司直接提供元件的 二維和三維數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)者隨選隨用既能保證元件的質(zhì)量還能縮短設(shè)計(jì)周期 模具元件業(yè)比較著 名的供應(yīng)商設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)推出機(jī)構(gòu)可分 為機(jī)械推出和液壓推出兩種形式機(jī)械推出是利用設(shè)備自身的推出機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)推出動(dòng)作液壓推出是利用模具上配備的油缸實(shí)現(xiàn)推出動(dòng)作。設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵是盡量使推出合力的中心與脫模合力中心的同心 這就要 求推出機(jī)構(gòu)要具有良好的推出導(dǎo)向性、剛性及可靠的工作穩(wěn)定性。對(duì)于大型模具來說推出機(jī)構(gòu)的重量都比較大推出機(jī)構(gòu)的元件與?？蜷g容易因?yàn)?模具自重而使推桿偏斜使之出現(xiàn)推出卡滯現(xiàn)象同時(shí)模具受熱膨脹對(duì)推出機(jī)構(gòu)的影響也特別大因此推出元件與?？蜷g的定位及推板導(dǎo)柱的固定位置是及其重要的這些模具的推板導(dǎo)柱一 股要固定在把模板上把模板、 墊鐵及?？蜷g用直徑較大的圓銷或方鍵定位這樣可以最大限度地消 除熱膨脹對(duì)推出機(jī)構(gòu)的影響必 要時(shí)還可以采用滾動(dòng)軸承和導(dǎo)板來支撐推出元件同時(shí)在設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)時(shí)要注意元件間的洞滑北美地區(qū)模具設(shè)計(jì)者通常在?？虻谋趁嬖黾右粔K專門的洞滑推桿的油脂板加強(qiáng)對(duì)推出元件的洞滑。如圖所示動(dòng)?？虻撞吭黾訚櫥桶?有油道與推桿過孔相通工作時(shí)加注潤滑油機(jī)構(gòu)防止卡滯。
在整個(gè)模具結(jié)構(gòu)中導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)是對(duì)模具運(yùn)行定性影響最大的因素也直接影響到壓鑄件的尺 寸模具的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要包括 合模導(dǎo)向、 抽芯導(dǎo)向、推出導(dǎo)情Chi般導(dǎo)簡元件要宋用特珠材料的摩擦副

起到減磨和抗磨的作用同時(shí)良好的潤滑也是必不可少的每個(gè)摩擦副間都要 設(shè)置必嬰的潤滑油路莆要特別指出的是特大型滑塊的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)股采用銅質(zhì)導(dǎo)
套和硬質(zhì)導(dǎo)柱的導(dǎo)向形式配合以良 好的定位形式確?；瑝K運(yùn)行平穩(wěn)準(zhǔn)確到位。如圖所示推板導(dǎo)柱采用材料淬火推板導(dǎo)套采用鈹青銅材料耐磨性好推板導(dǎo)柱固定在把模板上受熱影響較小定向準(zhǔn)確。通輻模具定位機(jī)構(gòu)主要包括 動(dòng)靜 模間的定位、推出復(fù)位定位、 成形滑塊及滑塊座間的定位、模架推出部分與
?？蜷g的定位等。動(dòng)靜模間的定位是一種活動(dòng)性質(zhì)的定位配合的準(zhǔn)確性要求更高小型模具可以直接采用成形鑲塊間的凸凹面定位大型壓鑄模具必須采用特殊的
定位機(jī)構(gòu)以消除 熱膨脹對(duì)模具定位精度的影響另外兒種定位結(jié)構(gòu)是元件間的定位是固定定位股采用圓銷和方鍵定位。如圖所示 成形鑲塊間的凸凹面定位保證動(dòng)靜 模間定位準(zhǔn)確防止錯(cuò)邊 。

其它設(shè)計(jì)如真空、擠壓、排氣機(jī)構(gòu)等除了以上所述的結(jié)構(gòu) 有的模具還有真空系統(tǒng)、擠壓機(jī)構(gòu)、波板排氣等特殊要求。真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生要是密封形式的設(shè)計(jì)要使模具成形 部分之間在正常模具工作溫度下保持良好的密封性般采用硅 橡膠密封。擠壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是擠壓時(shí)機(jī)及擠壓量的控制保證擠壓效果。波板排氣主要是一種集中排氣形式波板排氣方式比較常用特別是在壁厚較薄的鋁睿金膽鑄律!致密性安求較高的附壓件及鎂合金壓鑄夠大但又不能使合金液體在壓鑄過程中產(chǎn)生飛濺波板間