典型鎂合金的模具設(shè)計(jì)
2016/6/1 16:33:22
AZ31B鎂合金薄壁殼形件真空壓鑄模的設(shè)計(jì)
利用模內(nèi)直接抽真空的方法可以解決鎂合金薄壁殼形件流程長(zhǎng)、填充型腔困難的問(wèn)題，同時(shí)可減少鎂合金的氧化和內(nèi)部氣孔、提高壓鑄件致密度、減小變形和達(dá)到高的表面質(zhì)量要求。分析了薄壁殼形件鎂合金真空壓鑄模設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，指出了模具澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)與常規(guī)壓鑄模具設(shè)計(jì)之間存在的差別，確保真空壓鑄成型工藝能夠順利實(shí)現(xiàn)。
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(duì)裝備要求較低，抽氣量小且生產(chǎn)周期短，得到較多地應(yīng)用。模腔直接抽真空壓鑄法的關(guān)鍵是真空壓鑄模的設(shè)計(jì)與制造。以筆記本電腦機(jī)殼為例，說(shuō)明薄壁鎂合金壓鑄件真空壓鑄模設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以供參考。
2 薄壁殼形件壓鑄工藝參數(shù)選擇
壓鑄件材料為鎂合金AZ31B，其化學(xué)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(zhì) 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(zhì)量約為75.38。依據(jù)壓鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求，為增強(qiáng)鎂合金液的充填能力、減少氧化、提高壓鑄件質(zhì)量，采用模腔直接抽真空壓鑄法成形?；竟に囘^(guò)程為：鎂合金液注人壓室，壓射沖頭密封注料口后開(kāi)始抽真空，達(dá)到一定真空度后，關(guān)閉總排氣槽，此時(shí)壓射沖頭轉(zhuǎn)為快速壓射，經(jīng)保壓、冷卻、開(kāi)模取件，完成一次真空壓鑄成形過(guò)程。成形工藝參數(shù)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(shí)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(shù)依據(jù)試模情況確定。壓鑄設(shè)備為臥式冷壓室鎂合金壓鑄機(jī)。
1. 1 模具總體結(jié)構(gòu)方案
模具采用1模1件，分型面沿壓鑄件側(cè)壁下邊界呈階梯面延伸至模外，以利于氣體的流動(dòng)。澆注中心與模具中心重合，鎂合金液由壓鑄件窗體內(nèi)側(cè)進(jìn)料，內(nèi)澆口位置選在窗體上半部，多點(diǎn)進(jìn)料，澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的布局如圖2所示。模具動(dòng)、定模成型部分為整體鑲塊結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選用DAC55，壁側(cè)通孔采用整體斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)成型，推出機(jī)構(gòu)選用推桿推 出，模架尺寸為540mm x 560mm x 400mm，
1.2 模具澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是壓鑄模設(shè)計(jì)中保證制品成形質(zhì)量的關(guān)鍵，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣取決于分流道的布局、內(nèi)澆口位置的選擇和內(nèi)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(duì)流程很長(zhǎng)（最大流程達(dá)375mm，而均勻壁厚僅1. 26mm），充填較困難，因此，內(nèi)澆口分布的區(qū)域應(yīng)比常規(guī)壁厚壓鑄件寬得多（見(jiàn)圖2），防止料流紊亂，產(chǎn)生明顯的流痕。分澆道開(kāi)設(shè)應(yīng)盡可能開(kāi)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(nèi)壓力很低，內(nèi)澆口斷面積應(yīng)相對(duì)取較大值，以減少金屬液流動(dòng)阻力，盡快充模，內(nèi)澆口位置應(yīng)根據(jù)壓鑄件結(jié)構(gòu)形狀按金屬液充填規(guī)律確定。通常內(nèi)澆口斷面積可依下式計(jì)算。
真空壓鑄成型模內(nèi)澆口的斷面積可比理論計(jì)算所得數(shù)據(jù)大，內(nèi)澆口的實(shí)際取值為123. 2㎡，約為計(jì)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(jì)算在內(nèi)；②增大內(nèi)澆口尺寸可以加速真空型腔的填充，減小合金液流動(dòng)阻力；③增大內(nèi)澆口斷面尺寸，可延長(zhǎng)內(nèi)澆口凝結(jié)時(shí)間、有利于補(bǔ)縮、減少冷卻收縮變形。
排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，料流最后到達(dá)的各溢流槽應(yīng)與主排氣道相連，并與抽真空系統(tǒng)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(yīng)大于壓鑄件體積的20%，由于分型面密封性要好，型腔內(nèi)殘留氣體不能通過(guò)分型面排出，應(yīng)由溢流槽容納，且是薄壁件成型，冷料對(duì)壓鑄件表面質(zhì)量影響較大，因此，特別加大了溢流槽的容積， 實(shí)際溢流槽總體積為14265.5mm3，約占?jí)鸿T件總體積的34.3%0溢流槽的布置應(yīng)均勻，以平 衡模具成形區(qū)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(jìn)人抽真空系統(tǒng)，在主排氣道的末端設(shè)計(jì)有波紋形排氣鑲塊，如圖4所示，動(dòng)、定模排氣鑲塊 之間的波紋間隙內(nèi)側(cè)為lmm，外側(cè)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
推出機(jī)構(gòu)應(yīng)便于制造和維修，采用推桿推出較好。推桿的布置應(yīng)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(yīng)適當(dāng)增大推桿的直徑和增多推桿的數(shù)量。同時(shí)推桿的布置還應(yīng)兼顧冷卻水道的布置，以免與水道干涉，造成水道難以開(kāi)設(shè)或漏水現(xiàn)象。推桿與推桿孔的配合間隙應(yīng)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(jì)81根。
1.4冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)模具溫度，使之達(dá)到壓鑄工藝規(guī)定的模溫要求，對(duì)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?qū)?dǎo)致壓鑄件嚴(yán)重的翹曲變形，同時(shí)冷卻效果的好壞還影響鎂合金壓鑄件內(nèi)部組織和外觀以及生產(chǎn)周期。為使模溫均勻，在定模鑲塊、動(dòng)模鑲塊、分流錐和澆口套上均開(kāi)設(shè)了循環(huán)冷卻水道，冷卻能力應(yīng)比常規(guī)理論計(jì)算值大，以便對(duì)模具溫度進(jìn)行有效的控制。
1.5 模具剛度的加強(qiáng)
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(shè)了4根支承柱（見(jiàn) 圖3)，用來(lái)加強(qiáng)模具的剛度，減小動(dòng)模板的受力變形。全部支撐柱的高度應(yīng)一致，且應(yīng)比2個(gè)墊塊高度尺寸高0.02一0. 05mm.
結(jié)束語(yǔ)
型腔直接抽真空法用于薄壁殼形件鎂合金壓鑄模的設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：①模具分型面的密封性要求較高，應(yīng)相對(duì)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(tǒng)形狀應(yīng)流暢，內(nèi)澆口分布應(yīng)寬，內(nèi)澆口斷面尺寸應(yīng)比普通壓鑄模大；③溢流槽容積更大，主排氣道應(yīng)與主要溢流槽相連，主排氣道末端以波紋形排氣鑲塊結(jié)構(gòu)為宜；④模溫要求更均勻，推桿直徑和數(shù)量應(yīng)適當(dāng)加大，以免冷卻和推出時(shí)變形、開(kāi)裂；⑤模具總體剛度應(yīng)加強(qiáng)，增設(shè)支撐柱是很有效的解決辦法。該模具經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，壓鑄件完全能達(dá)到質(zhì)量要求。
蘇州標(biāo)新模型有限公司創(chuàng)立于2005年,是一家專注于中高端手板制作的大型模型公司。于2013年成立了分公司蘇州標(biāo)新精密機(jī)械有限公司，主要專注于非標(biāo)機(jī)械設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造、機(jī)加工、機(jī)械加工、模具加工、非標(biāo)零件加工以及各類(lèi)治具加工。公司于2014年通過(guò)ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證。蘇州標(biāo)新精密機(jī)械有限公司 標(biāo)新模具 標(biāo)新非標(biāo)模型
利用模內(nèi)直接抽真空的方法可以解決鎂合金薄壁殼形件流程長(zhǎng)、填充型腔困難的問(wèn)題，同時(shí)可減少鎂合金的氧化和內(nèi)部氣孔、提高壓鑄件致密度、減小變形和達(dá)到高的表面質(zhì)量要求。分析了薄壁殼形件鎂合金真空壓鑄模設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，指出了模具澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和推出機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì)與常規(guī)壓鑄模具設(shè)計(jì)之間存在的差別，確保真空壓鑄成型工藝能夠順利實(shí)現(xiàn)。
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(duì)裝備要求較低，抽氣量小且生產(chǎn)周期短，得到較多地應(yīng)用。模腔直接抽真空壓鑄法的關(guān)鍵是真空壓鑄模的設(shè)計(jì)與制造。以筆記本電腦機(jī)殼為例，說(shuō)明薄壁鎂合金壓鑄件真空壓鑄模設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以供參考。
2 薄壁殼形件壓鑄工藝參數(shù)選擇
壓鑄件材料為鎂合金AZ31B，其化學(xué)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(zhì) 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(zhì)量約為75.38。依據(jù)壓鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和要求，為增強(qiáng)鎂合金液的充填能力、減少氧化、提高壓鑄件質(zhì)量，采用模腔直接抽真空壓鑄法成形?；竟に囘^(guò)程為：鎂合金液注人壓室，壓射沖頭密封注料口后開(kāi)始抽真空，達(dá)到一定真空度后，關(guān)閉總排氣槽，此時(shí)壓射沖頭轉(zhuǎn)為快速壓射，經(jīng)保壓、冷卻、開(kāi)模取件，完成一次真空壓鑄成形過(guò)程。成形工藝參數(shù)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(shí)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(shù)依據(jù)試模情況確定。壓鑄設(shè)備為臥式冷壓室鎂合金壓鑄機(jī)。
1. 1 模具總體結(jié)構(gòu)方案
模具采用1模1件，分型面沿壓鑄件側(cè)壁下邊界呈階梯面延伸至模外，以利于氣體的流動(dòng)。澆注中心與模具中心重合，鎂合金液由壓鑄件窗體內(nèi)側(cè)進(jìn)料，內(nèi)澆口位置選在窗體上半部，多點(diǎn)進(jìn)料，澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的布局如圖2所示。模具動(dòng)、定模成型部分為整體鑲塊結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選用DAC55，壁側(cè)通孔采用整體斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)成型，推出機(jī)構(gòu)選用推桿推 出，模架尺寸為540mm x 560mm x 400mm，
1.2 模具澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是壓鑄模設(shè)計(jì)中保證制品成形質(zhì)量的關(guān)鍵，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣取決于分流道的布局、內(nèi)澆口位置的選擇和內(nèi)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(duì)流程很長(zhǎng)（最大流程達(dá)375mm，而均勻壁厚僅1. 26mm），充填較困難，因此，內(nèi)澆口分布的區(qū)域應(yīng)比常規(guī)壁厚壓鑄件寬得多（見(jiàn)圖2），防止料流紊亂，產(chǎn)生明顯的流痕。分澆道開(kāi)設(shè)應(yīng)盡可能開(kāi)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(nèi)壓力很低，內(nèi)澆口斷面積應(yīng)相對(duì)取較大值，以減少金屬液流動(dòng)阻力，盡快充模，內(nèi)澆口位置應(yīng)根據(jù)壓鑄件結(jié)構(gòu)形狀按金屬液充填規(guī)律確定。通常內(nèi)澆口斷面積可依下式計(jì)算。
真空壓鑄成型模內(nèi)澆口的斷面積可比理論計(jì)算所得數(shù)據(jù)大，內(nèi)澆口的實(shí)際取值為123. 2㎡，約為計(jì)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(jì)算在內(nèi)；②增大內(nèi)澆口尺寸可以加速真空型腔的填充，減小合金液流動(dòng)阻力；③增大內(nèi)澆口斷面尺寸，可延長(zhǎng)內(nèi)澆口凝結(jié)時(shí)間、有利于補(bǔ)縮、減少冷卻收縮變形。
排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，料流最后到達(dá)的各溢流槽應(yīng)與主排氣道相連，并與抽真空系統(tǒng)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(yīng)大于壓鑄件體積的20%，由于分型面密封性要好，型腔內(nèi)殘留氣體不能通過(guò)分型面排出，應(yīng)由溢流槽容納，且是薄壁件成型，冷料對(duì)壓鑄件表面質(zhì)量影響較大，因此，特別加大了溢流槽的容積， 實(shí)際溢流槽總體積為14265.5mm3，約占?jí)鸿T件總體積的34.3%0溢流槽的布置應(yīng)均勻，以平 衡模具成形區(qū)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(jìn)人抽真空系統(tǒng)，在主排氣道的末端設(shè)計(jì)有波紋形排氣鑲塊，如圖4所示，動(dòng)、定模排氣鑲塊 之間的波紋間隙內(nèi)側(cè)為lmm，外側(cè)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
推出機(jī)構(gòu)應(yīng)便于制造和維修，采用推桿推出較好。推桿的布置應(yīng)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(yīng)適當(dāng)增大推桿的直徑和增多推桿的數(shù)量。同時(shí)推桿的布置還應(yīng)兼顧冷卻水道的布置，以免與水道干涉，造成水道難以開(kāi)設(shè)或漏水現(xiàn)象。推桿與推桿孔的配合間隙應(yīng)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(jì)81根。
1.4冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)模具溫度，使之達(dá)到壓鑄工藝規(guī)定的模溫要求，對(duì)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?qū)?dǎo)致壓鑄件嚴(yán)重的翹曲變形，同時(shí)冷卻效果的好壞還影響鎂合金壓鑄件內(nèi)部組織和外觀以及生產(chǎn)周期。為使模溫均勻，在定模鑲塊、動(dòng)模鑲塊、分流錐和澆口套上均開(kāi)設(shè)了循環(huán)冷卻水道，冷卻能力應(yīng)比常規(guī)理論計(jì)算值大，以便對(duì)模具溫度進(jìn)行有效的控制。
1.5 模具剛度的加強(qiáng)
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(shè)了4根支承柱（見(jiàn) 圖3)，用來(lái)加強(qiáng)模具的剛度，減小動(dòng)模板的受力變形。全部支撐柱的高度應(yīng)一致，且應(yīng)比2個(gè)墊塊高度尺寸高0.02一0. 05mm.
結(jié)束語(yǔ)
型腔直接抽真空法用于薄壁殼形件鎂合金壓鑄模的設(shè)計(jì)要點(diǎn)為：①模具分型面的密封性要求較高，應(yīng)相對(duì)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(tǒng)形狀應(yīng)流暢，內(nèi)澆口分布應(yīng)寬，內(nèi)澆口斷面尺寸應(yīng)比普通壓鑄模大；③溢流槽容積更大，主排氣道應(yīng)與主要溢流槽相連，主排氣道末端以波紋形排氣鑲塊結(jié)構(gòu)為宜；④模溫要求更均勻，推桿直徑和數(shù)量應(yīng)適當(dāng)加大，以免冷卻和推出時(shí)變形、開(kāi)裂；⑤模具總體剛度應(yīng)加強(qiáng)，增設(shè)支撐柱是很有效的解決辦法。該模具經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，壓鑄件完全能達(dá)到質(zhì)量要求。
蘇州標(biāo)新模型有限公司創(chuàng)立于2005年,是一家專注于中高端手板制作的大型模型公司。于2013年成立了分公司蘇州標(biāo)新精密機(jī)械有限公司，主要專注于非標(biāo)機(jī)械設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造、機(jī)加工、機(jī)械加工、模具加工、非標(biāo)零件加工以及各類(lèi)治具加工。公司于2014年通過(guò)ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證。蘇州標(biāo)新精密機(jī)械有限公司 標(biāo)新模具 標(biāo)新非標(biāo)模型