鋁合金壓鑄件設計要點

項文杰++佟志國

摘 要：一位優秀的壓鑄件設計人員，應熟悉壓鑄型的制造工藝和壓鑄件的生產工藝，以便使設計的壓鑄件符合制型最簡單、生產操作最方便的要求。壓鑄件設計是保證壓鑄件質量的最根本環節，其結構設計和工藝的合理性直接決定模具制作、產品尺寸精度、壓鑄工藝參數、生產安裝效率等高低難易程度。文章通過歸納鋁合金壓鑄件在設計過程中的注意要點來提高壓鑄件設計質量，為更多結構設計師提供一定的參考依據。

關鍵詞：壓鑄 結構設計 模具 缺陷

中圖分類號：TG249.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（c）-0102-03

Abstract： An excellent die casting designer should be familiar with the die casting process and the production process of die casting， so that the design of die casting conform to the most simple production and the most convenient production operation requirements. Die casting design is the most fundamental link to ensure the quality of die casting， the structural design and the rationality of the process directly determine the mold production， product size accuracy， die casting process parameters， production and installation efficiency and other high and low degree of ease. In this paper， the main points of attention in the design process of aluminum alloy die casting are summarized to improve the quality of die casting design， and provide a reference for more structural designers.

Key Words： Casting； Structure design； Pattern； Defect

鋁壓鑄件具有生產效率高、加工成本低、生產過程中易實現機械自動化、鑄件尺寸精度高、表面質量好、整體力學性能好等優點；但在鑄造成型過程中易產生氣孔、流痕、擦傷、凹陷、裂紋、欠鑄等缺陷，這些缺陷使得壓鑄件外觀質量和機械性能下降。為避免在壓鑄成型過程中出現以上問題，結構設計師需要在壓鑄件結構設計環節提前進行方案評估，并在零件結構設計上合理布局，通過優化結構將缺陷縮小到最小范圍。

1 鋁合金壓鑄件成型原理

鋁合金壓鑄件必須有模具成型，與壓鑄機、鋁合金組合加以綜合運用的過程。壓鑄工藝原理是利用高壓將金屬液高速流入一精密金屬模具型腔內，金屬液在壓力作用下冷卻凝固成鑄件。冷、熱室壓鑄是壓鑄工藝的兩種基本方式。冷室壓鑄中金屬液由手工或自動澆注裝置澆入壓室內，然后壓射沖頭前進，將金屬液壓入型腔。在熱室壓鑄工藝中，壓室垂直于坩堝內，金屬液通過壓室上的進料口自動流入壓室。壓射沖頭向下運動，推動金屬液通過鵝頸管進入型腔，金屬液凝固后，壓鑄模具打開，取出鑄件，完成整個壓鑄形成工藝過程。

2 鋁合金壓鑄件設計要點

壓鑄件設計的合理性關系到整個壓鑄成型工藝的進行，在進行壓鑄件設計時，應充分考慮壓鑄件的結構特點、壓鑄的工藝要求，盡量減少設計的壓鑄件在壓鑄成型工藝過程中缺陷的發生，以最優的設計方案從最大程度上提高壓鑄件質量。

2.1 合理設計壓鑄件壁厚

鋁合金壓鑄件結構設計時要充分考慮壁厚問題，壁厚是壓鑄工藝中一個具有特殊意義的因素，壁厚與整個工藝規范有著密切的關系，如填充時間的計算、內澆口速度的選擇、凝固時間的計算、模具溫度梯度的分析、壓力（最終比壓）的作用、留模時間的長短、鑄件頂出溫度的高低及操作效率；設計壁厚太厚會出現縮孔、砂眼、氣孔、內部晶粒粗大等外表面缺陷，使得機械性能下降，零件質量增加導致成本上升；設計壁厚太薄會造成鋁液填充不良，成型困難，使鋁合金溶解不好，容易出現鑄件表面填充困難、缺料等缺陷，并給壓鑄工藝帶來困難；壓鑄件隨氣孔的增加，其內部氣孔、縮孔等缺陷增加，故在保證鑄件有足夠強度和剛度的前提下，應盡量減小鑄件壁厚并保持截面的厚薄均勻一致。

2.2 合理設計壓鑄件加強筋

對于大平面或壁薄的壓鑄件，其強度、剛性較差，易變形，這時利用加強筋可以有效防止壓鑄件收縮、斷裂，消除變形，增強壓鑄件的強度與剛性，對過高的柱、臺等結構，可以利用加強筋改善應力分布狀況，防止根部斷裂，同時加強筋可以輔助熔化金屬的流動，提高鑄件的填充性能。加強筋的根部厚度不大于此處壁的厚度，一般厚度設計為0.8～2.0mm；加強筋的脫模斜度一般設計為1°～3°，高度越高設計脫模斜度越小；加強筋根部需添加圓角，以避免零件截面急劇變化，同時輔助熔化金屬流動，減小零件應力集中，提升零件強度，圓角一般接近與此處壁厚；加強筋高度一般不超過其厚度的5倍，加強筋厚度一般要求均勻，若設計太薄，加強筋本身易斷裂，若太厚，則易產生凹陷、氣孔等缺陷。表1為加強筋厚度和壓鑄件壁厚關系。

2.3 合理設計壓鑄件出模斜度

壓鑄件出模斜度的作用是減少鑄件與模具型腔的摩擦，容易取出鑄件；確保壓鑄表面不拉傷，同時可以延長模具壽命。出模斜度與壓鑄件的高度有關，高度越大，則出模斜度越小。一般情況下，壓鑄件的外表面出模斜度約為內腔出模斜度的1/2，但在實際設計中，可以將壓鑄件內外表面出模斜度設計為一致，以保持壁厚均勻，簡化結構設計。

如表2為各種合金壓鑄件的最小出模斜度參考值，表3為各壓鑄件內腔出模斜度與深度的關系。

2.4 合理設計加工余量

壓鑄件設計時應盡量避免機加工，機加工會破壞零件表面的致密層，影響零件機械性能；會使壓鑄件的內部的氣孔暴露，影響表面質量，同時也會增加零件成本。壓鑄件無法避免機加工時，應盡量避免切削量較大的設計，結構設計盡量便于機加或減小機加面積，減小機加成本。

壓鑄件上部分尺寸精度要求較高，或某些平面表面粗糙度要求高，壓鑄工藝很難達到要求，這時候就需要進行后續加工，對這部分結構，設計時應盡量預留加工余量。壓鑄件表面的強度，硬度比內部高，機加工時要注意保留表面的致密度，所以機加工的余量也不能余量過度，機加過多很可能會產生氣孔，外表面缺陷。表4為機加余量預留參考。

2.5 鋁合金壓鑄件噴涂設計

壓鑄件表面噴涂設計一般采用噴粉工藝，其原理為靜電噴粉：主要通過電極將涂料極化，再將要噴涂的物體帶相反的電荷，在電場力的作用下粉料均勻的附著在物體表面。噴粉工藝特點：粉末靜電噴涂不會造成大氣污染，粉末可以回收降低材料的消耗成本，涂膜性能耐酸、耐堿、耐腐蝕性能好。

參考文獻

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