大型薄壁件真空壓鑄模具的設計方法

 
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  • 大型薄壁件真空壓鑄模具的設計方法

  • 　　大型薄壁壓鑄件廣泛地應用于汽車、摩托車、便攜式農林機械、電動工具及電腦機殼等，年需求量在1000t以上，市場潛力很大;而此類鑄件在壓鑄時經常存在充型困難、氣孔率高、縮孔嚴重等問題，正確地設計真空壓鑄模并合理地選擇工藝參數，可以很好地解決這些問題。真空壓鑄有兩種方法：一種是用真空罩將模具等進行密封;另一種是將模腔抽真空。模腔抽真空法對裝備要求較低，周期較短，應用較普遍。本文闡述了模腔抽真空法壓鑄模的設計過程。

    　　1.真空壓鑄模的設計方法與工藝

    　　1.1 設計方法

    　　模腔抽真空法抽氣點的正確確定對氣壓的穩定有重要的影響;正確設計澆注系統與模具結構是采用真空壓鑄的必備前提。在依據經驗的基礎上初步確定澆口與分型面，采用壓鑄模擬軟件FLOW-3D分析鑄件的成型效果，確定難充滿部位與缺陷所在;調整優化分型面和澆口位置與澆口形式，在難以成型部位設置抽氣閥，該抽氣閥由控制器控制啟閉，設計控制器的時間時序，控制抽氣閥門的抽氣時序和氣壓，再進行模擬分析，直到得出滿足需要的結果為止。

    　　1.2 真空抽氣壓鑄的工藝過程

    　　工藝過程如圖1所示，壓鑄時，壓鑄機的壓鑄沖頭運動到一定距離(液態合金將型腔內的空間封閉時)，感應器將信號傳遞給控制器，使控制器啟動開始工作，控制所有的抽氣閥開啟進行抽氣，在液態合金即將流動到相應的抽氣閥之前，依據所設計的時序將該處抽氣閥關閉;在此期間，沖頭進行高速壓射。

    　　要更為有效地解決大型薄壁壓鑄件的縮孔問題，必須很好地設置沖頭的沖射速度和壓力，使鑄件的內外均勻冷卻收縮，并確保補縮的可能。

    　　2.模具設計要點

    　　2.1 鑄件簡介

    　　圖2是某鑄件的三維圖，該鑄件的殼體表面厚度為0.8mm，內部筋肋最高達20mm，厚度為0.5mm，還有數個高達30mm，直徑為西5mm的螺栓柱，制件的兩側面各有1個厚2mm的凸耳，鑄件的外輪廓尺寸為405mmX370mmX165mm，鑄件屬于典型的大型薄殼件，材料是ZAl103。

    　　2.2 分型面和澆口的初步確定

    　　依據以往的設計，初步確定制件的最大輪廓面為分型面;將澆口設置在左側邊緣處，形式如圖3所示。在后續的數值模擬中，如充型等效果不夠理想，需要對分型面或澆口等進行重新設定并再進行模擬分析。

    　　2.3 抽氣點和料包的設計

    　　在初步確定分型面和澆口的基礎上，利用軟件模擬，得到充型效果，根據分析得出：鑄件的兩側凸耳和澆口對面的側壁不能很好地充滿，或有很明顯的冷隔。據此可以確定壓鑄時液態金屬的流動次序如圖4所示：①澆口一②分流道一③殼體上表面和兩側面一④殼體后側面。其中：在A處所示的加強筋、小柱銷等處，由于厚度薄，具有一定高度，料冷卻快，該處型腔容易被液態合金封口而致使氣壓不穩，難充滿成型;氣壓的變化也容易形成料流紊亂，造成該處質量差，是制件難以成型的部位;B處突起的耳狀部位由于液態合金將型腔口部封住，使氣體不容易排除，造成該處成型質量較差;C處和D處是殼體壁部的邊緣部位，是料流的末端，很多氣體被擠壓到該處，也很難成型。如圖5所示，在相對難以成型的部位A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2、D處設置若干個抽氣閥和料渣包，將抽氣閥與控制器相連接，設置好控制器的時間時序，用以控制抽氣閥的抽氣時序和氣壓。

    　　型腔真空度為60mbar，制件的體積1.605671×106mm3，通過計算所得的抽氣時間為0.5 s，再依據所確定的流動時序，采用PLC編程設計控制器對閥門進行時序控制，使控制器與壓鑄機匹配。

    　　抽氣閥門關閉的時序如圖6所示。合模后，在壓鑄沖頭運動到一定距離時，控制器得到壓射啟動信號，開始工作;所有抽氣閥開啟，進行抽氣，這也是壓鑄沖頭低速壓射時段t1，也叫真空延遲時段;而后進入快速壓射階段t2，真空啟動，并使真空度達到要求，液態合金開始填充型腔;在t3高速壓射階段，控制器的關閉信號按照時序給抽氣閥，tA、tB、tC、tD為關閉相應抽氣閥的時間間隔;關閉的順序依次是A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2和D1關閉抽氣閥后，真空停止，才可開模。

    　　2.4 模擬效果及實物圖

    　　工藝參數初選為壓射比壓420MPa、壓射速度0.75m/s、合金填充速度38～46 m/s、合金澆注溫度650～700℃，圖7是充型結束的鑄件模擬圖。從充型狀況看，流動前沿均勻向前推進，流動狀況良好;燈罩上表面質量良好;燈罩下表面小柱銷頂端有點缺陷，強度會降低;側面開蓋處有少量夾雜。

    　　圖8是采用文中工藝最后得到的壓鑄件，經過檢驗能夠滿足要求，現已量產。

    　　3.結束語

    　　采用真空壓鑄工藝生產大型薄壁殼體鋁合金件，首先要正確設計模具結構，正確選擇工藝參數，這樣氣孔能夠極大減少、提高壓鑄件表面質量和性能、鑄件氣密性要求也能得到滿足;在生產中也可以減小型腔內的反壓力，有利于延長模具壽命，同時可以選用壓射力稍小的壓鑄機。