压铸模具设计

一、压铸简介压力铸造简称压铸，是一种将熔融合金液倒入压室内，以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。压铸区别于其它铸造方法的主要特点是高压和高速。①金属液是在压力下填充型腔的，并在更高的压力下结晶凝固，常见的压力为15—100MPa。②金属液以高速充填型腔，通常在10—50米/秒，有的还可超过80米/秒，（通过内浇口导入型腔的线速度—内浇口速度），因此金属液的充型时间极短，约0.01—0.2秒（须视铸件的大小而不同）内即可填满型腔。压铸机、压铸合金与压铸模具是压铸生产的三大要素，缺一不可。所谓压铸工艺就是将这三大要素有机地加以综合运用，使能稳定地有节奏地和高效地生产出外观、内在质量好的、尺寸符合图样或协议规定要求的合格铸件，甚至优质铸件。1、压铸机（1）压铸机的分类压铸机按压室的受热条件可分为热压室与冷压室两大类。而按压室和模具安放位置的不同，冷室压铸机又可分为立式、卧式和全立式三种形式的压铸机。热室压铸机立式冷室卧室全立式（2）压铸机的主要参数a合型力（锁模力）（千牛）————————KNb压射力（千牛）—————————————KNc动、定型板间的最大开距——————————mmd动、定型板间的最小开距——————————mme动型板的行程———————————————mmf大杠内间距（水平×垂直）—————————mmg大杠直径—————————————————mmh顶出力——————————————————KNi顶出行程—————————————————mmj压射位置（中心、偏心）——————————mmk一次金属浇入量（Zn、Al、Cu）———————Kgl压室内径（Ф）——————————————mmm空循环周期————————————————sn铸件在分型面上的各种比压条件下的投影面积注：还应有动型板、定型板的安装尺寸图等。2、压铸合金压铸件所采用的合金主要是有色合金，至于黑色金属（钢、铁等）由于模具材料等问题，目前较少使用。而有色合金压铸件中又以铝合金使用较广泛，锌合金次之。下面简单介绍一下压铸有色金属的情况。（1）、压铸有色合金的分类受阻收缩混合收缩自由收缩铅合金-----0.2-0.3%0.3-0.4%0.4-0.5%低熔点合金锡合金锌合金--------0.3-0.4%0.4-0.6%0.6-0.8%铝硅系--0.3-0.5%0.5-0.7%0.7-0.9%压铸有色合金铝合金铝铜系铝镁系---0.5-0.7%0.7-0.9%0.9-1.1%高熔点合金铝锌系镁合金----------0.5-0.7%0.7-0.9%0.9-1.1%铜合金（2）、各类压铸合金推荐的浇铸温度合金种类铸件平均壁厚≤3mm铸件平均壁厚3mm结构简单结构复杂结构简单结构复杂铝合金铝硅系610-650℃640-680℃600-620℃610-650℃铝铜系630-660℃660-700℃600-640℃630-660℃铝镁系640-680℃660-700℃640-670℃650-690℃铝锌系590-620℃620-660℃580-620℃600-650℃锌合金420-440℃430-450℃400-420℃420-440℃镁合金640-680℃660-700℃640-670℃650-690℃铜合金普通黄铜910-930℃940-980℃900-930℃900-950℃硅黄铜900-920℃930-970℃910-940℃910-940℃注注：①浇铸温度一般以保温炉的金属液的温度来计量。②锌合金的浇铸温度不能超过450℃，以免晶粒粗大。二、压铸模压铸模是压铸生产三大要素之一，结构正确合理的模具是压铸生产能否顺利进行的先决条件，并在保证铸件质量方面（下机合格率）起着重要的作用。由于压铸工艺的特点，正确选用各工艺参数是获得优质铸件的决定因素，而模具又是能够正确选择和调整各工艺参数的前提，模具设计实质上就是对压铸生产中可能出现的各种因素预计的综合反映。如若模具设计合理，则在实际生产中遇到的问题少，铸件下机合格率高。反之，模具设计不合理，例一铸件设计时动定模的包裹力基本相同，而浇注系统大多在定模，且放在压射后冲头不能送料的灌南压铸机上生产，无法正常生产，铸件一直粘在定模上。尽管定模型腔的光洁度打得很光，因型腔较深，仍出现粘在定模上的现象。所以在模具设计时，必须全面分析铸件的结构，熟悉压铸机的操作过程，要了解压铸机及工艺参数得以调整的可能性，掌握在不同情况下的充填特性，并考虑模具加工的方法、钻眼和固定的形式后，才能设计出切合实际、满足生产要求的模具。刚开始时已讲过，金属液的充型时间极短，金属液的比压和流速很高，这对压铸模来说工作条件极其恶劣，再加上激冷激热的交变应力的冲击作用，都对模具的使用寿命有很大影响。模具的使用寿命通常是指通过精心的设计和制造，在正常使用的条件下，结合良好的维护保养下出现的自然损坏，在不能再修复而报废前，所压铸的模数（包括压铸生产中的废品数）。实际生产中，模具失效主要有三种形式：①热疲劳龟裂损坏失效；②碎裂失效；③溶蚀失效。致使模具失效的因素很多，既有外因（例浇铸温度高低、模具是否经预热、水剂涂料喷涂量的多少、压铸机吨位大小是否匹配、压铸压力过高、内浇口速度过快、冷却水开启未与压铸生产同步、铸件材料的种类及成分Fe的高低、铸件尺寸形状、壁厚大小、涂料类型等等）。也有内因（例模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、模具结构设计的合理性、浇注系统设计的合理性、模具机（电加工）加工时产生的内应力、模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等）。模具若出现早期失效，则需找出是哪些内因或外因，以便今后改进。①模具热疲劳龟裂失效压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。为此，一方面压铸起始时模具必须充分预热。另外，在压铸生产过程中模具必须保持在一定的工作温度范围中，以免出现早期龟裂失效。同时，要确保模具投产前和制造中的内因不发生问题。因实际生产中，多数的模具失效是热疲劳龟裂失效。②碎裂失效在压射力的作用下，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹，当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。而脆性断裂时裂纹的扩展很快，这对模具的碎裂失效是很危险的因素。为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位，也必须打光。另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。③熔融失效前面已讲过，常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、Al、Mg是较活泼的金属元素，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。当模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗蚀性不利。但在实际生产中，溶蚀仅是模具的局部地方，例内浇口直接冲刷的部位（型芯、型腔）易出现溶蚀现象，以及硬度偏软处易出现铝合金的粘模。压铸生产中常遇模具存在的问题注意点：1、浇注系统、排溢系统例（1）对于冷室卧式压铸机上模具直浇道的要求：①压室内径尺寸应根据所需的比压与压室充满度来选定，同时，浇口套的内径偏差应比压室内径的偏差适当放大几丝，从而可避免因浇口套与压室内径不同轴而造成冲头卡死或磨损严重的问题，且浇口套的壁厚不能太薄。浇口套的长度一般应小于压射冲头的送出引程，以便涂料从压室中脱出。②压室与浇口套的内孔，在热处理后应精磨，再沿轴线方向进行研磨，其表面粗糙≤Ra0.2μm。③分流器与形成涂料的凹腔，其凹入深度等于横浇道深度，其直径配浇口套内径，沿脱模方向有5°斜度。当采用涂导入式直浇道时，因缩短了压室有效长度的容积，可提高压室的充满度。（2）对于模具横浇道的要求①冷卧式模具横浇道的入口处一般应位于压室上部内径2/3以上部位，以免压室中金属液在重力作用下过早进入横浇道，提前开始凝固。②横浇道的截面积从直浇道起至内浇口应逐渐减小，为出现截面扩大，则金属液流经时会出现负压，易吸入分型面上的气体，增加金属液流动中的涡流裹气。一般出口处截面比进口处小10-30%。③横浇道应有一定的长度和深度。保持一定长度的目的是起稳流和导向的作用。若深度不够，则金属液降温快，深度过深，则因冷凝过慢，既影响生产率又增加回炉料用量。④横浇道的截面积应大于内浇口的截面积，以保证金属液入型的速度。主横浇道的截面积应大于各分支横浇道的截面积。⑤横浇道的底部两侧应做成圆角，以免出现早期裂纹，二侧面可做出5°左右的斜度。横浇道部位的表面粗糙度≤Ra0.4μm。（3）内浇口①金属液入型后不应立即封闭分型面，溢流槽和排气槽不宜正面冲击型芯。金属液入型后的流向尽可能沿铸入的肋筋和散热片，由厚壁处想薄壁处填充等。②选择内浇口位置时，尽可能使金属液流程最短。采用多股内浇口时，要防止入型后几股金属液汇合、相互冲击，从而产生涡流包气和氧化夹杂等缺陷。③薄壁件的内浇口厚件要适当小些，以保证必要的填充速度，内浇口的设置应便于切除，且不使铸件本体有缺损（吃肉）。(4)溢流槽①溢流槽要便于从铸件上去除，并尽量不损伤铸件本体。②溢流槽上开设排气槽时，需注意溢流口的位置，避免过早阻塞排气槽，使排气槽不起作用。③不应在同一个溢流槽上开设几个溢流口或开设一个很宽很厚的溢流口，以免金属液中的冷液、渣、气、涂料等从溢流槽中返回型腔，造成铸件缺陷。2、铸造圆角（包括转角）铸件图上往往注明未注圆角R2等要求，我们在开制模具时切忌忽视这些未注明圆角的作用，决不可做成清角或过小的圆角。铸造圆角可使金属液填充顺畅，使腔内气体顺序排出，并可减少应力集中，延长模具使用寿命。（铸件也不易在该处出现裂纹或因填充不顺而出现各种缺陷）。例标准油盘模上清角处较多，相对来说，目前兄弟油盘模开的最好，重机油盘的也较多。3、脱模斜度在脱模方向严禁有人为造成的侧凹（往往是试模时铸件粘在模内，用不正确的方法处理时，例钻、硬凿等使局部凹入）。4、表面粗糙度成型部位、浇注系统均应按要求认真打光，应顺着脱模方向打光。由于金属液由压室进入浇注系统并填满型腔的整个过程仅0.01-0.2秒的时间。为了减少金属液流动的阻力，尽可能使压力损失少，都需要流过表面的光洁度高。同时，浇注系统部位的受热和受冲蚀的条件较恶劣，光洁度越差则模具该处越易损伤。5、模具成型部位的硬度铝合金：HRC46°左右铜：HRC38°左右加工时，模具应尽量留有修复的余量，做尺寸的上限，避免焊接。压铸模具组装的技术要求：1、模具分型面与模板平面平行度的要求。2、导柱、导套与模板垂直度的要求。3、分型面上动、定模镶块平面与动定模套板高出0.1-0.05mm。4、推板、复位杆与分型面平齐，一般推杆凹入0.1mm或根据用户要求。5、模具上所有活动部位活动可靠，无呆滞现象pin无串动。6、滑块定位可靠，型芯抽出时与铸件保持距离，滑块与块合模后配合部位2/3以上。7、浇道粗糙度光滑，无缝。8、合模时镶块分型面局部间隙0.05mm。9、冷却水道畅通，进出口标志。10、成型表面粗糙度Rs=0.04，无微伤。压铸模要求高可靠性和长寿命，与压铸机、压铸工艺有机结合为一个有效的铸件生产系统，优化压铸模具设计、提高工艺水平，为压铸生产提供可靠保证，是大型压铸模设计所追求的方向。压铸模具结构通常压铸模具的基本结构包含：融杯、成形镶块、模架、导向件、抽芯机构、推出机构以及热平衡系统等。压铸模具设计开发流程模具设计和开发流程如图1所示，从该图中可以清晰地看出模具设计阶段需要设计人员所做的工作及模具设计的整体思路，其中包含一些与标准认证相关的设计和开发流程，对设计阶段可能产生的缺陷具有一定的预防作用。压铸模具设计要点第一，运用快速原型技术和三维软件建立合理的铸件造型，初步确定分型面、浇注系统位置和模具热平衡系统。按照要求把二维铸件图转化为三维实体数据，根据铸件的复杂程度和壁厚情况