摘要：压铸模具设计要素与压铸工艺流程 压铸模具是压铸生产中重要的工艺设备。金属液在压铸模具中冷却凝固，最终形成压铸件。压铸件的形状、尺寸、质量，以及压铸生产的顺畅性都与压...

  一、压铸模具基本结构常用的压铸模具有两个半模组成，分别称为定模和动模。也有更复杂的压铸模具，不止两个半模。压铸模具的组成部分如图1所示。

  (4) 抽芯机构 完成活动型芯的抽出及插入动作，包括滑道、滑块、油缸、斜杠等。

  (3)合理选用各种公差、缩尺及加工余量，保证可靠的模件配合及要求的压铸件精度。

  (5)应具有足够的刚度及强度，能够承受锁模压力和涨型力，压铸生产过程中不产生变形。

  在设计模具的时候，还要根据铸件的投影面积计算出压铸生产时的总投影面积、压射比压，来选择合适吨位的压铸机，公式如下：

  压铸机选好以后，根据压铸机的动、静行板及压射偏心位置等尺寸，设计模具的大小、中心位置、复位拉杆孔位等与压铸机相连接部分的尺寸。

  随着我国汽车制造业的发展，越来越多的汽车零部件采用了铝合金材质，例如汽车发动机的缸体、缸盖、油底壳以及各类连接支架等。随着压铸技术的日益成熟，各汽车厂商对压铸件的内部质量要求越来越高，尤其以德国大众的要求最为严格，每一种车型的发动机压铸件产品都有一套相应的技术要求，产品孔隙度的要求是每一种零部件所必须的要求。

  一些零部件结构上非常复杂，需要在模具上做一些相应的结构才能实现批量压铸生产，例如零部件上有多种角度的螺纹孔，要保证加工后的产品质量，必须在模具的相应位置制作型芯。

  A为定位孔，B是3个M8的螺纹孔，与定位孔呈10角，其中右侧的两个螺纹孔是通孔;C是两个螺栓过孔，与定位孔呈5角;D孔是与定位孔呈34的螺纹孔，长度是38mm。

  抽芯机构按驱动方式可分为机械式和液压式两种。机械式抽芯主要通过开合模过程中斜销、弯销、齿轮、齿条等实现抽芯与复位。液压抽芯机构的工作原理比较简单，直接利用液压缸进行抽芯及复位动作。液压抽芯机构可以根据抽芯力的大小及抽芯距离的长短选择液压缸的尺寸。图2产品在模具设计时首先考虑C、D三个孔要铸出来，可以分别用液压抽芯机构采取有角度的滑道的方式在生产中来实现孔的成形。图3是D孔的滑道机构示意，用这种办法可以将液压缸设计在模具外面，这样设计的好处是模具可以变薄，连续生产过程中便于维护。

  在连续生产过程中，模具的抽芯孔会因为多次的滑动造成抽芯孔变形，在模具寿命的中后期，会经常出现抽芯研死的现象，为了解决这一问题，可以在抽芯孔的部位增加一个镶套，如果出现抽芯孔变形的情况，就可以更换镶套来解决(见图4)。这种办法也可以应用在模具的顶杆处，只要能加镶套的，就都可以做这个结构。

  由于一些零部件图样的要求，铸件上一些区域需要放置规定大小的异形顶杆。圆圈内的4个顶杆成形部分(见图5)是阶梯形式的，直径为8mm。由于铸件动模型腔比较深，所以产生的抱紧力就很大，顶杆顶出铸件时所需要的力就大，顶杆在压铸生产过程中容易折断。由于铸件成形部分顶杆的直径由产品图样确定，可以根据产品的特点，设计阶梯粗细的顶杆，以保证顶杆的寿命。

  由于一些零部件图样的要求，铸件上一些区域需要放置规定大小的异形顶杆。圆圈内的4个顶杆成形部分(见图5)是阶梯形式的，直径为8mm。由于铸件动模型腔比较深，所以产生的抱紧力就很大，顶杆顶出铸件时所需要的力就大，顶杆在压铸生产过程中容易折断。由于铸件成形部分顶杆的直径由产品图样确定，可以根据产品的特点，设计阶梯粗细的顶杆，以保证顶杆的寿命。

  由于有了C、D两个角度的油缸在模具上，B所示的3个M8的螺纹孔就没有位置再采用油缸的方式来做预铸孔了，两个M8螺纹通孔是18mm深，想保证内部质量必须做出预铸孔，我们采取了做对接异形型芯的方式来解决这个问题，对接的形式如图6所示。

  型芯不是正常对接的，错开了一定的距离，在两型芯对接的部分是正常的出模斜度(一般设计在1～1.5之间，两个型芯的外侧的出模斜度就是正常的出模斜度外加与定位孔所呈的角度。

  由于某些复杂的产品厚大区域通过压铸工艺参数是无法保证内部质量，所以在设计模具时要考虑增加局部挤压机构，这种机构的原理是在压射完成的最短时间内，将抽芯插入，使得这一区域压实，减少气孔。挤压机构抽芯的成形部分是没有出模斜度的，所以只适合短程的结构。

  三、压铸工艺系统设计模具大框设计好后，就进入了浇注系统的设计，早先都是看二维或三维图样根据实践经验来做这一部分的。在生产过程中根据产品的内部质量来调整内浇道的位置和方向。近十几年来，随着铸造充型凝固过程数值模拟技术的不断发展以及铸造行业的市场需求，铸造过程模拟商品化软件不断出现。很多主机厂也要求在设计模具前看到压铸模拟过程，因此很多模具厂家都使用了MAGMAsoft或ANYCASTING这两种模拟软件，在设计之初将设计好的三维导入到这个程序里面，设定压铸工艺参数后，模拟软件经过一定的运算来得出接近实际生产效果的模拟动画如图7～图10所示。

  (5) 从填充过程中所产生的冷金属不能存在铸件内，应全部被驱赶到集渣包里。

  根据填充模拟和粒子追踪模拟，以及压铸工艺的要求，模具的浇道和集渣包的位置和大小都要做到相应的优化;根据凝固模拟和铸件的壁厚，模具内冷却水和加热油管，以及点冷却的的位置能够确定;根据模具冲蚀模拟可以确定模具的哪些地方需要重点喷涂。通过模拟分析，在设计时就解决了浇口和集渣包手动优化的过程，这样就节省了模具制造时凭经验所产生偏差造成的模具修改过程。

  为了使铸件的质量得到进一步的提高，一些公司利用抽真空技术使废品率下降，创造更高的价值。日本的抽真空技术非常成熟，我国也借鉴了一些他们的经验。抽真空技术要求模具排气道的面积是冲头面积的1:100。在快压射开始前的0.4s启动真空泵，抽真空在设计模具时可以根据产品的复杂程度和模具的大小，来确定使用真空排气波板或线是模具上抽真空的结构。

  如果抽真空技术应用较好的情况下，铸件的废品率至少要降到原有废品率的20%以下。但由于抽真空设备价格很高，一些压铸厂只是将其用在废品率较高的产品模具上。

  压铸模具的基本结构包含了成型镶块、模架、导向件、抽芯机构、推出机构、热平衡系统等。图所示为安装在压铸机上的模具。

  压铸模具设计和开发流程图模具设计和开发流程图图反映了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。折

  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确定合理的收缩率般取调确定好分型面的位置和形状并根据压铸机的数据选定压射冲头的位置和直径以及每模压铸的件数对压铸件进行合理布局 然后对浇注

  进行流场、 温度场模拟进步优化模具浇注统和模具热平衡系统 上把铸件、浇注系统、排溢系统的数据进行处理以后通过输入工艺参数、压铸合金的物理参数等边界条件数据用模拟软件可以模拟合金的充型过程及 液福态合金在模具型腔内部的走向还可进行凝固模拟及温度场模拟图进一步优化浇注系统并确定模具

  却点的位置。模拟的结果以图片和影像的形式表达整个充型过程中液态合金的走向、铸件温度场的分布

  等信息通过分析可以找出可能产生缺陷的部位。在城后续的设计中通过更改内浇口的位置、走向、截面积等来改善充填效果预防并消除铸造缺陷的产生。

  根据模型进行模 具总体结构设计模拟过程进行的同时我们可以进行模具总布置设计具体包括一下几个方面。根据压铸机数据进行 模具的总布置设计

  在总布置设计中确定压射位置及冲头直径是首要任务。压射位置的确定要保证压铸件位于压铸机型板的中心位置而且压铸机的四根拉杆不能与抽芯机构互相干涉压射位置关系到压铸件能否顺利地从型腔中顶出冲头直径则直接影响压射比压的大小并由此影响 到压铸读具所需的锁模力的大小。因此确定好

  锦驰 主要考虑成形镶块的强度、刚度封料面的尺时、镶块之间的拼接、推杆和冷却点的布置等这些元素的合理搭配是保证模具寿命的基本要求。对于大型模

  具来说尤其要考虑易损部位的镶拼和封料面的配合方式这是防止模具早期损坏和压铸过程中跑铝的关键也是大模具排气及模具加工工艺性的需要。如图模具成形部分采用块模块银拼结构。

  中小型压铸模具可以直接选用标准模架大型模具必须对模架的刚度、强度进行计算防止压铸过程中国模架弹性变形而影响压铸件的尺寸精度。抽芯机构设计的关键是把握活动元件间的配合间原和元件间的定位考虑模架工作过程中受热膨胀对滑动间隙的影响大型模具的配合间隙要在之 间成形部分的对接间除在之间根 据模具的大小及受热情况选用。 成形滑块与滑块座之间采用方键定位。抽芯机构的润滑也是设计的重点这个因素直接影响压铸模具的连续工作的可靠性优良的润滑系统是提高压铸劳 动生产率的重要环节模具镶块大量的热量如何带走这些热 量是设计模具时必须考虑的问题 特别是大型压铸模具热平衡系统直接影响着压铸件的尺寸和内 部质量。快速安装及准确控制流量是现代模具热平衡系统的发展趋势随着现代加工业的发展热平衡元件的选用趋向于 直接选用的设计模式即元件制造公司直接提供元件的 二维和三维数据设计者随选随用既能保证元件的质量还能缩短设计周期 模具元件业比较著 名的供应商设计推出机构推出机构可分 为机械推出和液压推出两种形式机械推出是利用设备自身的推出机构实现推出动作液压推出是利用模具上配备的油缸实现推出动作。设计推出机构的关键是尽量使推出合力的中心与脱模合力中心的同心 这就要 求推出机构要具有良好的推出导向性、刚性及可靠的工作稳定性。对于大型模具来说推出机构的重量都比较大推出机构的元件与模框间容易因为 模具自重而使推杆偏斜使之出现推出卡滞现象同时模具受热膨胀对推出机构的影响也特别大因此推出元件与模框间的定位及推板导柱的固定位置是及其重要的这些模具的推板导柱一 股要固定在把模板上把模板、 垫铁及模框间用直径较大的圆销或方键定位这样可以最大限度地消 除热膨胀对推出机构的影响必 要时还可以采用滚动轴承和导板来支撑推出元件同时在设计推出机构时要注意元件间的洞滑北美地区模具设计者通常在模框的背面增加一块专门的洞滑推杆的油脂板加强对推出元件的洞滑。如图所示动模框底部增加润滑油板 有油道与推杆过孔相通工作时加注润滑油机构防止卡滞。

  在整个模具结构中导向与定位机构是对模具运行定性影响最大的因素也直接影响到压铸件的尺 寸模具的导向机构主要包括 合模导向、 抽芯导向、推出导情Chi般导简元件要宋用特珠材料的摩擦副

  起到减磨和抗磨的作用同时良好的润滑也是必不可少的每个摩擦副间都要 设置必婴的润滑油路莆要特别指出的是特大型滑块的导向结构股采用铜质导

  套和硬质导柱的导向形式配合以良 好的定位形式确保滑块运行平稳准确到位。如图所示推板导柱采用材料淬火推板导套采用铍青铜材料耐磨性好推板导柱固定在把模板上受热影响较小定向准确。通輻模具定位机构主要包括 动静 模间的定位、推出复位定位、 成形滑块及滑块座间的定位、模架推出部分与

  模框间的定位等。动静模间的定位是一种活动性质的定位配合的准确性要求更高小型模具可以直接采用成形镶块间的凸凹面定位大型压铸模具必须采用特殊的

  定位机构以消除 热膨胀对模具定位精度的影响另外儿种定位结构是元件间的定位是固定定位股采用圆销和方键定位。如图所示 成形镶块间的凸凹面定位保证动静 模间定位准确防止错边 。

  其它设计如真空、挤压、排气机构等除了以上所述的结构 有的模具还有真空系统、挤压机构、波板排气等特殊要求。真空系统的设计生要是密封形式的设计要使模具成形 部分之间在正常模具工作温度下保持良好的密封性般采用硅 橡胶密封。挤压机构设计的关键是挤压时机及挤压量的控制保证挤压效果。波板排气主要是一种集中排气形式波板排气方式比较常用特别是在壁厚较薄的铝睿金胆铸律!致密性安求较高的附压件及镁合金压铸够大但又不能使合金液体在压铸过程中产生飞溅波板间