典型鎂合金的模具設計

 
樓主  收藏   舉報   帖子創建時間:  2009-08-06 11:39 回復：0 關注量：256
 
AZ31B鎂合金薄壁殼形件真空壓鑄模的設計
                               
      利用模內直接抽真空的方法可以解決鎂合金薄壁殼形件流程長、填充型腔困難的問題，同時可減少鎂合金的氧化和內部氣孔、提高壓鑄件致密度、減小變形和達到高的表面質量要求。分析了薄壁殼形件鎂合金真空壓鑄模設計的要點，指出了模具澆注系統、排溢系統、冷卻系統和推出機構等的設計與常規壓鑄模具設計之間存在的差別，確保真空壓鑄成型工藝能夠順利實現。
 
1 引言
    鎂合金薄壁件較好的成形方案是真空壓鑄，真空壓鑄成形有2種方法：①利用真空罩密封壓鑄模成形法；②模腔直接抽真空成形法。由于模腔直接真空法對裝備要求較低，抽氣量小且生產周期短，得到較多地應用。模腔直接抽真空壓鑄法的關鍵是真空壓鑄模的設計與制造。以筆記本電腦機殼為例，說明薄壁鎂合金壓鑄件真空壓鑄模設計的要點，以供參考。
 
2 薄壁殼形件壓鑄工藝參數選擇
 
 

    圖1所示壓鑄件材料為鎂合金AZ31B，其化學成分為：2.50％一3, 50% Al、0.61％一1. 40% Zn、0.20％-1 . 0% Mn、Si À≤0. 10%、Fe ≤ 0,005 %、Cu≤0.05%, Ni0. 005%、總雜質 0.30%，密度為1. 8g/mm 3。壓鑄件最大輪廓尺寸為246mm x 200nvn，均勻壁厚為1. 26mm， 最小壁厚為0. 8mm，筋厚為0. 6mm,壓鑄件總質量約為75.38。依據壓鑄件的結構特點和要求，為增強鎂合金液的充填能力、減少氧化、提高壓鑄件質量，采用模腔直接抽真空壓鑄法成形?；竟に囘^程為：鎂合金液注人壓室，壓射沖頭密封注料口后開始抽真空，達到一定真空度后，關閉總排氣槽，此時壓射沖頭轉為快速壓射，經保壓、冷卻、開模取件，完成一次真空壓鑄成形過程。成形工藝參數初選為：壓射比壓400MPa、壓射速度0. 8m/s、合金的充填速度約35一40m/ s、充填時間取0.03S ，合金澆注溫度660 一70090，模具溫度取27090，涂料為聚乙烯煤油，精確工藝參數依據試模情況確定。壓鑄設備為臥式冷壓室鎂合金壓鑄機。
 
 
 
 
 
1. 1 模具總體結構方案
       模具采用1模1件，分型面沿壓鑄件側壁下邊界呈階梯面延伸至模外，以利于氣體的流動。澆注中心與模具中心重合，鎂合金液由壓鑄件窗體內側進料，內澆口位置選在窗體上半部，多點進料，澆注系統與排溢系統的布局如圖2所示。模具動、定模成型部分為整體鑲塊結構，材質選用DAC55，壁側通孔采用整體斜導柱抽芯機構成型，推出機構選用推桿推 出，模架尺寸為540mm x 560mm x 400mm，圖3為壓鑄模結構簡圖。
 
1.2 模具澆注系統與排溢系統的設計
      澆注系統設計是壓鑄模設計中保證制品成形質量的關鍵，澆注系統設計的優劣取決于分流道的布局、內澆口位置的選擇和內澆口斷面尺寸的確定。
 
    考慮壓鑄件為薄壁殼形件，金屬液相對流程很長（最大流程達375mm，而均勻壁厚僅1. 26mm），充填較困難，因此，內澆口分布的區域應比常規壁厚壓鑄件寬得多（見圖2），防止料流紊亂，產生明顯的流痕。分澆道開設應盡可能開成流線形，料流末端留有較大容積，以便去除冷料。由于采用真空壓鑄，模腔內壓力很低，內澆口斷面積應相對取較大值，以減少金屬液流動阻力，盡快充模，內澆口位置應根據壓鑄件結構形狀按金屬液充填規律確定。通常內澆口斷面積可依下式計算。
 
 
 

             
    真空壓鑄成型模內澆口的斷面積可比理論計算所得數據大，內澆口的實際取值為123. 2㎡，約為計算值的3.5倍。如此大的差別主要有如下原因造成：①式(1)中未將溢流槽部分金屬液計算在內；②增大內澆口尺寸可以加速真空型腔的填充，減小合金液流動阻力；③增大內澆口斷面尺寸，可延長內澆口凝結時間、有利于補縮、減少冷卻收縮變形。
 
    排溢系統設計時，料流最后到達的各溢流槽應與主排氣道相連，并與抽真空系統相連通，主排氣道尺寸可比普通排氣槽大許多，便于型腔空氣的抽出。溢流槽總體積應大于壓鑄件體積的20%，由于分型面密封性要好，型腔內殘留氣體不能通過分型面排出，應由溢流槽容納，且是薄壁件成型，冷料對壓鑄件表面質量影響較大，因此，特別加大了溢流槽的容積， 實際溢流槽總體積為14265.5mm3，約占壓鑄件總體積的34.3%0溢流槽的布置應均勻，以平 衡模具成形區域的溫度，使壓鑄件各處溫度較均勻，減小冷卻收縮變形。為防止鎂合金液進人抽真空系統，在主排氣道的末端設計有波紋形排氣鑲塊，如圖4所示，動、定模排氣鑲塊 之間的波紋間隙內側為lmm，外側為0.5mm，這樣有利于型腔中的氣體快速抽出，而又不容易讓合金液溢出，還可消除氣流的嘯叫聲。
 
1.3推出機構設計
    推出機構應便于制造和維修，采用推桿推出較好。推桿的布置應遵循壓鑄件受力均勻的 原則，由于是殼形件，脫模力較大，而薄壁壓鑄件的承載力又較低，因此，應適當增大推桿的直徑和增多推桿的數量。同時推桿的布置還應兼顧冷卻水道的布置，以免與水道干涉，造成水道難以開設或漏水現象。推桿與推桿孔的配合間隙應比普通壓鑄模的小，以利于型腔真空度的控制，提高抽真空的速度，推桿與孔的配合間隙可取0.015一0. 03mm。推桿分布情 況如圖2所示，模具使用推桿直徑為必2.5必8mm，推桿總計81根。
 
1.4冷卻系統設計
    冷卻系統用于調節模具溫度，使之達到壓鑄工藝規定的模溫要求，對于薄壁殼形件，模具溫度的均勻性比一般壓鑄件要求更高，冷卻不均勻將導致壓鑄件嚴重的翹曲變形，同時冷卻效果的好壞還影響鎂合金壓鑄件內部組織和外觀以及生產周期。為使模溫均勻，在定模鑲塊、動模鑲塊、分流錐和澆口套上均開設了循環冷卻水道，冷卻能力應比常規理論計算值大，以便對模具溫度進行有效的控制。水道布局參見圖30
 
1.5 模具剛度的加強
    為提高真空壓鑄模分型面的配合精度，保證分型面的密封效果，增設了4根支承柱（見 圖3)，用來加強模具的剛度，減小動模板的受力變形。全部支撐柱的高度應一致，且應比2個墊塊高度尺寸高0.02一0. 05mm.
 
結束語
    型腔直接抽真空法用于薄壁殼形件鎂合金壓鑄模的設計要點為：①模具分型面的密封性要求較高，應相對提高模具成型鑲塊分型面的配合精度，減小推桿的配合間隙；②澆注系統形狀應流暢，內澆口分布應寬，內澆口斷面尺寸應比普通壓鑄模大；③溢流槽容積更大，主排氣道應與主要溢流槽相連，主排氣道末端以波紋形排氣鑲塊結構為宜；④模溫要求更均勻，推桿直徑和數量應適當加大，以免冷卻和推出時變形、開裂；⑤模具總體剛度應加強，增設支撐柱是很有效的解決辦法。該模具經實際生產驗證，壓鑄件完全能達到質量要求。