典型零件壓鑄模設(shè)計分析

曾凡毅

(江西省化學工業(yè)高級技工學校機電教研組，江西 南昌 330039)

壓鑄合金、壓鑄機及壓鑄模是壓鑄生產(chǎn)的三大要素。其中壓鑄模是主體，是保證壓鑄件質(zhì)量的不可缺少的工藝裝備，是生產(chǎn)過程順利進行的先決條件，它直接影響壓鑄件的形狀、尺寸、強度、表面質(zhì)量。鑄件的形狀、精度、表面要求、內(nèi)部質(zhì)量和生產(chǎn)操作的順利程序等方面，常常是與壓鑄模的設(shè)計質(zhì)量和制造質(zhì)量有直接關(guān)系。本文主要分析減震器接頭的壓鑄模設(shè)計工藝。

一、鑄件的結(jié)構(gòu)特點、性能要求及壓鑄工藝分析

圖1 減震器接頭零件圖

1.結(jié)構(gòu)特點：壓鑄件主體部分為旋轉(zhuǎn)體，圓弧面，一端通孔，一端深腔，壁厚不均勻。

2.性能要求：表面質(zhì)量應較好，不能有明顯縮孔、凹陷。

3.工藝性分析：

(1)壁厚不均勻，有的部位壁厚較大，收縮應力較大，容易出現(xiàn)變形和縮孔、氣孔。

(2)轉(zhuǎn)角采用圓角過渡，避免了裂紋。

(3)旋轉(zhuǎn)體，外形規(guī)則對稱，但壁厚不均勻，從對稱線分型出模性好。

(4)兩端的空腔需用抽芯成型。

(5)鑄件外形壁厚部位為圓弧面，有一定出模斜度，不致抽芯困難。

壓鑄件壁的厚薄對壓鑄件的質(zhì)量有很大的影響，壁厚壓鑄件中心層的晶粒較大，易有縮孔、氣孔等缺陷，但如果鑄件的壁厚太薄，將產(chǎn)生欠鑄、冷隔的危險。由圖1的零件圖，可知其壁厚不均勻。在壓鑄生產(chǎn)中，鑄件冷卻快，并在壓力下結(jié)晶，因而能有效排除鑄件內(nèi)的氣體和縮孔等缺陷，獲得晶粒細小、表面堅實、較高的強度和致密性、耐磨性好、力學性能良好和尺寸精度高的鑄件。如圖2所示，壁厚與強度關(guān)系：

圖2 強度、壁厚關(guān)系圖3減震器接頭的結(jié)構(gòu)圖

減震器接頭分型面采用圖3所示方案。抽芯機構(gòu)采用兩端抽芯，左端采用斜導柱抽芯，右端采用型芯成型，制造簡單，可以保證圓腔的同軸度，鑄件最厚處是圓弧面，出模容易。為了使金屬液不沖擊模具型芯，流向順暢，便于排氣，因此采用壓邊式側(cè)澆口，根據(jù)鑄件大小及壓鑄件模板尺寸，為提高模具生產(chǎn)效率，模具采用一模四腔，故澆注系統(tǒng)采用對稱平衡式澆注系統(tǒng)。頂出機構(gòu)的設(shè)計較簡便，鑄件直接用推桿推出。根據(jù)以上分析，故采用上圖分型面，。

由以上分析可知，壓鑄生產(chǎn)該減震器接頭零件完全能滿足所需的性能要求及精度要求。

二、壓鑄合金分析

壓鑄合金、壓鑄模、壓鑄機是壓鑄生產(chǎn)的三要素，要獲得優(yōu)質(zhì)的壓鑄件除了要求壓鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性合理、壓鑄模設(shè)計合理、制造精確、壓鑄機性能優(yōu)良外，還要有壓鑄工藝性良好的合金。用于壓鑄生產(chǎn)的合金其性能有兩方面的要求，一是在壓鑄件成型時有良好的成型工藝性，二是成型后的壓鑄件能滿足產(chǎn)品的使用要求。合金的成型工藝性能是指合金的鑄造成型工藝性、切削加工性、焊接性能、電鍍性能、熱處理性能等。

根據(jù)壓鑄工藝的特點，對合金應有如下要求：

(1)結(jié)晶溫度范圍小，防止壓鑄件產(chǎn)生過多的縮孔和縮松缺陷。

(2)具有良好的流動性，有利于成型結(jié)構(gòu)復雜、表面質(zhì)量好的壓鑄件。

(3)線收縮率小，可降低鑄件產(chǎn)生熱裂傾向，并且易于獲得尺寸精度較高的鑄件。

(4)具有一定的高溫強度，以防止推出壓鑄件時產(chǎn)生變形或破裂。

(5)在常溫下有較高的強度，以適應大型薄壁復雜壓鑄件生產(chǎn)的使用要求。

(6)具有良好的加工性能和一定的抗蝕性。

(7)成型過程中與型壁產(chǎn)生物理-化學反應的傾向小，防止粘模及相互合金化以延長模具壽命。

作為壓鑄用的非鐵合金有：鉛、錫、鋅、鋁、鎂和銅合金以及黑色金屬。以鉛錫為主的低熔點合金適用于壓鑄復雜而精密的小壓鑄件，但由于鉛錫的強度很低，以及錫的價格昂貴而又不易取得，所以在機器制造中用的很少。高熔點的黑色金屬和結(jié)晶溫度范圍寬的有色金屬壓鑄雖已試驗成功，但國內(nèi)用于生產(chǎn)的尚少。熔點較低的鋅、鋁、鎂和銅合金為常用的壓鑄合金。

該接頭零件采用鑄造鋁合金壓鑄，其根據(jù)接頭零件的結(jié)構(gòu)及性能要求，選擇ZL111。ZL111是鑄造鋁硅(Al-Si)合金，由于還加入了Mn、Ti，使該合金有優(yōu)良的鑄造性能，較好的耐蝕性、氣密性，高的強度。其焊接和切削加工性能一般。適合鑄制形狀復雜、承受重大負荷的動力結(jié)構(gòu)件(如飛機發(fā)動機的結(jié)構(gòu)件、水泵、油泵、葉輪等)，要求氣密性較好和在較高溫度下工作的零件。

三、壓鑄工藝方案分析

1.分型面的選擇

壓鑄模的定模與動模表面通常稱為分型面，分型面是由壓鑄件的分型線所決定的。而模具垂直于鎖模力方向上的接合面，即為基本分型面。合理地確定分型面，不但能簡化壓鑄模的結(jié)構(gòu)，而且能保證鑄件的質(zhì)量。確定分型面時，主要根據(jù)以下原則：

(1)開模時，能保持鑄件隨動模移動方向脫出定模，使鑄件保留在動模內(nèi)。為便于從動模內(nèi)取出鑄件，分型面就取在鑄件的最大截面上。

(2)考慮壓鑄件幾何形狀和金屬液流動的形態(tài)，分型面應有利于澆注系統(tǒng)以及排溢系統(tǒng)的合理布置。

(3)為保證鑄件的尺寸精度，應使加工尺寸精度要求高的部分盡可能位于同一半壓鑄模內(nèi)。

(4)使壓鑄模的結(jié)構(gòu)簡化并有利于加工。

(5)考慮鑄造合金的性能、避免壓鑄機承受臨界負荷。

按照前面所述，分型面如圖3所示。鑄件開型后，能夠保留在動模內(nèi)，方便了脫模，也保證了鑄件的尺寸精度。

2.澆注系統(tǒng)的設(shè)計方案

將金屬液引入到型腔的通道稱為為澆注系統(tǒng)。它是從壓室開始到內(nèi)澆口為止的進料通道的總稱，一般由四部分組成：直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口、余料。按照金屬液進入型腔的部位和內(nèi)澆口的形狀，澆注系統(tǒng)大體可分為以下幾種形式：側(cè)澆口、中心澆口、頂澆口和點澆口等。接頭零件是小件壓鑄件，為了提高生產(chǎn)率以及合理使用壓鑄機，本設(shè)計采用側(cè)澆口系統(tǒng)比較合適。它具有適應性強，可按鑄件的結(jié)構(gòu)特點布置；適用于多腔模，提高生產(chǎn)效率；去除澆口方便等優(yōu)點。