基于噴霧機/模具一體化在汽車鋁合金壓鑄件生產中的應用研究

樊 偉

（重慶工貿職業技術學院，重慶 涪陵 408000）

引言

壓鑄件生產是一個國家工業化水平的體現，國際上工業發達的國家對壓鑄企業的規模化、自動化、智能化要求水平高，具有設備和技術上的優勢，采用自動化生產線，提倡智能制造，用機器人替代人工生產，其航空、航海等高附加值的壓鑄件產品的質量及良品率大幅度提高。

而我國國內壓鑄行業的集中度較低，表現為大型鑄造企業相對較少，智能化生產程度不高，中小型壓鑄企業占據了我國大部分的市場，隨著我國汽車制造、機械制造等工業化發展程度的加深，對壓鑄生產的需求進一步提高，需加強高端鑄造成型技術的研究，中小型壓鑄企業需提高生產力。因經濟條件等原因中小型企業的自動化與智能化不高，從而導致其在競爭中會被逐漸淘汰。為增強中小型企業的競爭力，滿足自動化及智能化的需求，大規模量產的壓鑄企業可以通過加大自動化生產、縮短生產周期、減少生產成本消耗的方式增加競爭力，而增加競爭力的核心方式在于新技術和新產品的開發和引用，本文通過對噴霧機/模具一體化在汽車鋁合金壓鑄件中的應用研究，希望能對提高壓鑄設備半自動化程度有所幫助。

1 壓鑄件的特點

壓鑄件是壓力鑄造的零件，它是通過將液態的金屬材料澆鑄進入壓鑄機，待金屬材料冷卻后，得到我們需要的具有相應尺寸、形狀及屬性的金屬零配件。壓鑄生產的特點是：材料成型快，誤差小，可得到公差較小的零配件；壓鑄生產可運用于大規模的生產，也可以根據特殊的需求，設計出個性化的模具進行特殊部件的生產。

雖然現在及將來提倡個性化生產，但截止到目前，根據工業量產的原則，壓鑄生產主要還是針對大批量的生產，其覆蓋于機械制造、汽車制造等各類型工業領域，壓鑄生產在工業生產中占有極大的比重。

近年來國外以及部分國內企業噴霧機應用逐漸被機器人所取代。雖然機器人一次性投入成本較噴霧機高，但機器人程序調整靈活性較噴霧機好，所以機器人進行噴霧作業是行業主流發展趨勢。但對于部分批量特別大且形狀不太復雜的壓鑄件產品而言，噴霧機/模具一體化較機器人及單獨噴霧機仍有一定優勢。其優勢體現在噴霧機/模具一體化由于噴霧組件直接安裝于模具內部所以省去了機器人或噴霧機等往返模具附近的工作過程而節約了單件的生產周期；由于是對每副模具進行個性化定制噴霧結構，所以涂料噴涂量較其它兩者要少。但噴霧機/模具一體化需要對每副模具單獨設計安裝噴霧組件，所以鑒于成本原因，噴霧機/模具一體化不適合小批量多品種的壓鑄生產模式，適用于大批量的壓鑄生產模式。

2 研究內容

本課題屬校企合作研究和研發項目，噴霧機/模具一體化將噴霧組件直接安裝于模具內部省去了機器人或人工使用噴霧機等往返模具附近的工作過程從而節約了單件生產周期；因為是對每副模具進行個性化定制噴霧結構，所以涂料噴涂量較其他兩者要少，故噴霧機/模具一體化適合用于大批量的壓鑄生產模式。通過在壓鑄生產過程中使用噴霧機/模具一體化，單件產品生產周期減少，通過在壓鑄生產過程中使用噴霧機/模具一體化，單件產品脫模劑用量減少0.1 kg以上。

3 噴霧機/模具一體化設備結構及工藝流程

3.1 設備結構

噴霧機/模具一體化設備由4部分組成。如圖1和圖2所示。

圖1 噴霧機二維圖

圖2 噴霧機三維圖

a孔：噴霧工作時，a孔通過電磁閥與5 kg/cm2壓縮空氣接通。b孔：b孔一直與5 kg/cm2液態脫模劑接通。c孔:噴霧工作時，c孔通過電磁閥與5 kg/cm2壓縮空氣接通。

原理：噴霧工作時壓縮空氣從a孔進入內腔e后氣壓推動活塞自下運動，并壓縮彈簧②，此時閥芯中間的孔被打開，脫模劑（液態）從b孔通過閥芯、中間的孔進入內腔f，壓縮空氣從c孔進入內腔f并入脫模劑混合，脫模劑與壓縮空氣混合后以霧狀從出口d噴出。

3.2 噴霧機/模具一體化設備設計

模具制造的核心技術是對生產的模具進行合理的設計，依據CAD技術對模具進行準確的圖形設計和合理的結構設計。

對噴霧機/模具一體的結構壓鑄過程進行建模，并利用CAE對流體力學和熱力學等多個壓鑄過程進行分析，系統地研究出壓鑄過程中的熱場和流場規律；分析該模具的參數如充填過程的溫度變化、充填壓力分布、充填速度、空氣壓力分布等情況。對其CAE報告分析，分析內容有：

1）充填速度、內澆口速度，內澆口面積情況；

2）充填過程鑄件是否充填順暢，有無明顯的困氣回流不良現象；成型末端的冷料是否有效排出等情況；

3）分析凝固情況，鑄件是否有明顯熱點，采取相應措施進行冷卻；鑄件熱點附近是否有縮孔現象產生，流道是否凝固相對過快，并采取相應措施進行處理。

3.3 噴霧機/模具一體化裝配方法

在滿足裝配模具的技術條件下，為保證模具裝配的設計及結構技術要求，常用的模具裝配方法分為互換式、分組互換式、修配法及調整式4種方法。

噴霧機/模具一體化設備正是基于以上裝配要求的裝配方法，因此結構合理，滿足使用要求。噴霧機與模架裝配如圖3所示，總裝圖如圖4所示。

圖3 噴霧機與模架裝配

圖4 總裝圖

3.4 壓鑄件的生產

壓鑄是壓鑄件生產流程中最重要的一環，具體壓鑄流程如下頁圖5所示。

3.5 壓鑄件生產的設計

本裝置的職能是壓鑄件生產過程中的內置噴霧機裝置工藝，實現壓鑄生產中的半自動化。當零件取出后，內置噴霧機對壓鑄機的模腔內部表面進行噴涂，噴涂液的主要成分是脫模劑，有冷卻模具和零件脫模的作用，因噴霧機是根據壓鑄模具進行內置設計的，所以噴霧范圍和噴霧劑劑量可進行有效控制。在噴涂脫模劑結束之后再增加噴氣工藝，作用是吹干脫模劑與吹走模具上的殘渣。噴氣結束后，噴霧機停止工作，壓鑄機合模結束，再進行下一個鑄造零件的壓鑄，一個工作周期完畢。

圖5 壓鑄流程

4 排氣板設計

傳統的排氣板包括兩種，這兩種排氣板橫斷面的排氣槽形狀，即排氣槽的橫斷面形狀，為“一”字型和“半圓”型。但由于其排氣槽的截面積都比較小，不能很好地將這些氣體排出，從而導致壓鑄產品的質量得不到保證，大大降低了產品的合格率。模具型腔內由于金屬流體填充壓鑄模具型腔時，導致普通空氣和脫模劑受熱揮發，從而產生氣體，這些氣體如果不能被排出，對金屬壓鑄產品產生氣孔等情況，將會影響制成品成型的質量。

根據上述情況設計了壓鑄模具的八字型排氣板，包括動模排氣板和定模排氣板。動模排氣板和定模排氣板兩者中的一者沿著其長向方向，在內側面設有多條彎曲的溝槽，并且每條溝槽均由進氣端延伸至排氣端；另外一者的內側面設有與所述溝槽相適配的凸條，并且在每個溝槽的側面與對應凸條的側面之間形成用于排氣的排氣槽。

5 結論

圖6 八字形排氣版

現場的調試結果表明，通過在壓鑄生產過程中使用噴霧機/模具一體化，單件產品生產周期減少3 s以上；單件產品脫模劑用量減少0.1 kg以上；通過減少脫模劑使用量將壓鑄件的單件生產成本降低0.5元；可提高排氣量，提高壓鑄產品質量，提高良品率。