大型壓鑄模具設(shè)計(jì)

1、大型壓鑄模具設(shè)計(jì)作者：劉興富    文章來(lái)源：一汽鑄造有限公司鑄造模具設(shè)備廠    點(diǎn)擊數(shù)：2549    更新時(shí)間：2009-5-27  大型壓鑄模要求高可靠性和長(zhǎng)壽命，與壓鑄機(jī)、壓鑄工藝有機(jī)結(jié)合為一個(gè)有效的鑄件生產(chǎn)系統(tǒng)，優(yōu)化壓鑄模具設(shè)計(jì)、提高工藝水平，為壓鑄生產(chǎn)提供可靠保證，是大型壓鑄模設(shè)計(jì)所追求的方向。壓鑄模具結(jié)構(gòu)通常壓鑄模具的基本結(jié)構(gòu)包含：融杯、成形鑲塊、模架、導(dǎo)向件、抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)以及熱平衡系統(tǒng)等。壓鑄模具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程模具設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)流程如圖1

2、所示，從該圖中可以清晰地看出模具設(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(kāi)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。圖1   模具設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)流程壓鑄模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)第一，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（一般取0.05%0.06%），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

3、2）。圖2 模具的三維造型第二，進(jìn)行流場(chǎng)、溫度場(chǎng)模擬，進(jìn)一步優(yōu)化模具澆注系統(tǒng)和模具熱平衡系統(tǒng)。把鑄件、澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以后，輸入壓鑄工藝參數(shù)、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(guò)程及液態(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3），進(jìn)一步優(yōu)化澆注系統(tǒng)并確定模具冷卻點(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(guò)程中液態(tài)合金的走向、溫度場(chǎng)的分布等信息，通過(guò)分析可以找出可能產(chǎn)生缺陷的部位。在后續(xù)的設(shè)計(jì)中通過(guò)更改內(nèi)澆口的位置、走向及增設(shè)集渣包等措施來(lái)改善充填效果，預(yù)防并消除鑄造缺陷的產(chǎn)生。第三，根據(jù)3d模型進(jìn)行模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖3

4、60; 充填凝固模擬模擬過(guò)程進(jìn)行的同時(shí)我們可以進(jìn)行模具總布置設(shè)計(jì)，具體包括以下幾個(gè)方面：（1）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的大小，并由此影響到壓鑄模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(kāi)始的第一步。（2）設(shè)計(jì)成形鑲塊、型芯。主要考慮成形鑲塊的強(qiáng)度、剛度，封料面的尺寸、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(lái)

5、說(shuō)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(guò)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。圖4所示模具成形部分采用10塊模塊鑲拼結(jié)構(gòu)。圖4  采用10塊模塊鑲拼結(jié)構(gòu)的模具3）設(shè)計(jì)模架與抽芯機(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(guò)程中因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)元件間的配合間隙和元件間的定位?？紤]模架工作過(guò)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0.20.3mm之間，成形部分的對(duì)接間隙在0.30.5mm之間，根據(jù)模具的大小及受熱情況選用。成形滑塊與

6、滑塊座之間采用方鍵定位。抽芯機(jī)構(gòu)的潤(rùn)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(rùn)滑系統(tǒng)是提高壓鑄勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要環(huán)節(jié)。（4）加熱與冷卻通道的布置及熱平衡元件的選用。由于高溫液體在高壓下高速進(jìn)入模具型腔，帶給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(wèn)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)者隨用隨選，既能保證元件的質(zhì)量還能縮短設(shè)計(jì)周期。圖5  

7、; 動(dòng)型框底部增加的潤(rùn)滑油板（5）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自身配備的液壓缸實(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型合力的中心同心，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(lái)說(shuō)推出機(jī)構(gòu)的重量都比較大，推出機(jī)構(gòu)的元件與型框間容易因?yàn)槟＞咦灾囟雇茥U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，因此推出元件與模框間的定位及推板導(dǎo)柱的固定位置是及其重要的，這些模具的推板導(dǎo)柱一般要固定在把模板上，把模板、墊鐵及?？蜷g用直徑較大的圓

8、銷(xiāo)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(lái)支撐推出元件，同時(shí)在設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)時(shí)要注意元件間的潤(rùn)滑。北美地區(qū)模具設(shè)計(jì)者通常在動(dòng)?？虻谋趁嬖黾右粔K專(zhuān)門(mén)的潤(rùn)滑推桿的油脂板，加強(qiáng)對(duì)推出元件的潤(rùn)滑。如圖5所示，動(dòng)?？虻撞吭黾訚?rùn)滑油板，有油道與推桿過(guò)孔相通，工作時(shí)加注潤(rùn)滑油，可以潤(rùn)滑推出機(jī)構(gòu)，防止卡滯。（6）導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。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)行穩(wěn)定性影響最大的因素，也直接影響到壓鑄件的尺寸精度。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)向，一般導(dǎo)向元件要采用特殊材料的摩擦副，起到減磨和抗磨的作用，同時(shí)良好的潤(rùn)滑也是必不可少

9、的，每個(gè)摩擦副間都要設(shè)置必要的潤(rùn)滑油路。需要特別指出的是特大型滑塊的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)一般采用銅質(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，確保滑塊運(yùn)行平穩(wěn)，準(zhǔn)確到位。圖6  模具的定位機(jī)構(gòu)模具定位機(jī)構(gòu)主要包括：動(dòng)靜型間的定位、推出復(fù)位定位、成形滑塊及滑塊座間的定位、型架推出部分與型框間的定位等。動(dòng)靜型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，另外幾種定位結(jié)構(gòu)是元件間的定位，是固定定位，一般采用圓銷(xiāo)和方鍵定位。如圖6所示，成形鑲塊間的凸凹面定位，保證動(dòng)靜型間定位準(zhǔn)確

10、，防止模具錯(cuò)邊。（7）真空、擠壓、排氣機(jī)構(gòu)等其他設(shè)計(jì)。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)主要是密封形式的設(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，一般采用硅橡膠密封。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合金壓鑄件、致密性要求較高的耐壓件及鎂合金壓鑄件上應(yīng)用廣泛；波板間隙要足夠大，但又不能使合金液體在壓鑄過(guò)程中產(chǎn)生飛濺，波板間隙一般控制在0.30.6mm，如圖7所示。圖7   波板排氣結(jié)構(gòu)第四，組織專(zhuān)家評(píng)審并修正

11、后設(shè)計(jì)模具2d總裝圖。模具三維設(shè)計(jì)完成時(shí)要組織專(zhuān)家進(jìn)行設(shè)計(jì)及加工工藝性評(píng)審，通過(guò)評(píng)審改進(jìn)并完善設(shè)計(jì)中的不合理結(jié)構(gòu)，評(píng)審的主要內(nèi)容包括：澆注系統(tǒng)評(píng)審、熱平衡系統(tǒng)評(píng)審、抽芯結(jié)構(gòu)評(píng)審、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)評(píng)審、推出機(jī)構(gòu)評(píng)審和加工工藝性評(píng)審等。通過(guò)大家的智慧完善整個(gè)模具設(shè)計(jì)過(guò)程。第五，曬制模具零件藍(lán)圖及加工制造。將設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完成的模具藍(lán)圖曬制出來(lái)，并下發(fā)到各個(gè)工序，進(jìn)行模具的加工制造。壓鑄模具加工工藝流程合理的加工工序可以有效提高加工效率，并大幅度提高模具壽命，保證壓鑄件的尺寸精度。1加工工藝流程壓鑄模具主要加工工藝流程如圖8所示。圖8   壓鑄模具主要加工工藝流程2合理選擇成形鑲塊成形鑲塊的壽

12、命基本上代表了整個(gè)模具的壽命，因此合理的選材及熱處理方式非常關(guān)鍵。成形鑲塊一般選用1.2343、dievar、adc3、ph13等耐熱模具鋼。3選擇合適的熱處理方式材料熱處理方式一般由材料銷(xiāo)售廠家進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)或指定熱處理廠進(jìn)行，主要為粗加工后真空淬火，精加工后去應(yīng)力處理。4表面熱處理方式鋁合金壓鑄模的工作條件較為苛刻，要求具有較高的耐熱疲勞強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、耐磨性、耐蝕性、沖擊韌性、紅硬性以及良好的脫模性等。然而僅靠新型模具材料的應(yīng)用及必要的熱處理工藝很難滿足模具的使用要求，必須將各種表面處理技術(shù)應(yīng)用到其表面處理中，才能達(dá)到模具高效率、高精度和高壽命的要求。近年來(lái)，各種壓鑄模表面處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)

13、，但總的來(lái)說(shuō)可以分為三類(lèi)：（1）傳統(tǒng)熱處理工藝的改進(jìn)技術(shù)。（2）表面改性技術(shù)，包括表面熱擴(kuò)滲處理、表面相變強(qiáng)化、電火花強(qiáng)化技術(shù)等。（3）涂鍍技術(shù)。 螄羂蕆薁螀羈膇蒄蚆羀艿蠆薂罿莁蒂袁羈肁蚇螇羇膃蒀蚃肆芅蚆蕿肆莈葿袇肅肇芁袃肄芀薇蝿肅莂莀蚅肂肂薅薁肁膄莈袀肀芆薃螆膀荿莆螞腿肈薂薈膈膁蒞羆膇莃蝕袂膆蒅蒃螈膅膅蚈蚄螂芇蒁薀螁荿蚇衿袀聿葿螅衿膁蚅蟻袈莄蒈蚇袈蒆莁羆袇膆薆袂袆羋荿螈裊莀薄蚄襖肀莇蕿羃膂薃袈羂芅蒞螄羂蕆薁螀羈膇蒄蚆羀艿蠆薂罿莁蒂袁羈肁蚇螇羇膃蒀蚃肆芅蚆蕿肆莈葿袇肅肇芁袃肄芀薇蝿肅莂莀蚅肂肂薅薁肁膄莈袀肀芆薃螆膀荿莆螞腿肈薂薈膈膁蒞羆膇莃蝕袂膆蒅蒃螈膅膅蚈蚄螂芇蒁薀螁荿蚇衿袀聿葿螅衿膁蚅蟻袈

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18、肁蚇螇羇膃蒀蚃肆芅蚆蕿肆莈葿袇肅肇芁袃肄芀薇蝿肅莂莀蚅肂肂薅薁肁膄莈袀肀芆薃螆膀荿莆螞腿肈薂薈膈膁蒞羆膇莃蝕袂膆蒅蒃螈膅膅蚈蚄螂芇蒁薀螁荿蚇衿袀聿葿螅衿膁蚅蟻袈莄蒈蚇袈蒆莁羆袇膆薆袂袆羋荿螈裊莀薄蚄襖肀莇蕿羃膂薃袈羂芅蒞螄羂蕆薁螀羈膇蒄蚆羀艿蠆薂罿莁蒂袁羈肁蚇螇羇膃蒀蚃肆芅蚆蕿肆莈葿袇肅肇芁袃肄芀薇蝿肅莂莀蚅肂肂薅薁肁膄莈袀肀芆薃螆膀荿莆螞腿肈薂薈膈膁蒞羆膇莃蝕袂膆蒅蒃螈膅膅蚈蚄螂芇蒁薀螁荿蚇衿袀聿葿螅衿膁蚅蟻袈莄蒈蚇袈蒆莁羆袇膆薆袂袆羋荿螈裊莀薄蚄襖肀莇蕿羃膂薃袈羂芅蒞螄羂蕆薁螀羈膇蒄蚆羀艿蠆薂罿莁蒂袁羈肁蚇螇羇膃蒀蚃肆芅蚆蕿肆莈葿袇肅肇芁袃肄芀薇蝿肅莂莀蚅肂肂薅薁肁膄莈袀肀芆薃螆膀荿莆螞腿肈薂薈膈膁蒞羆膇莃蝕袂膆蒅蒃螈膅膅蚈蚄螂芇蒁薀螁荿蚇衿袀聿葿螅