壓鑄工藝設(shè)計與實(shí)踐

陳旭熙

梧州市鴻圖精密壓鑄有限公司 廣西梧州 543000

1 壓鑄模具行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

1.1 模具技術(shù)人才供不應(yīng)求

目前我國大學(xué)與職業(yè)教育人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)性失調(diào)，培養(yǎng)模式與制造業(yè)發(fā)展實(shí)際脫節(jié)，培養(yǎng)體系缺乏開放性，與政府相繼出臺的各項智能制造發(fā)展戰(zhàn)略不相適應(yīng)。依據(jù)發(fā)達(dá)國家制造業(yè)從業(yè)人員構(gòu)成的變化數(shù)據(jù)，預(yù)計到2025年，我國制造業(yè)從業(yè)人數(shù)約為1.3億人，技能型從業(yè)者人數(shù)約為8000萬，保守估計制造業(yè)技能型從業(yè)者每年需增加300萬人。職業(yè)技術(shù)院校是向制造業(yè)輸送人才的主要途徑之一，可以看出，2011至2015年我國高職畢業(yè)生人數(shù)持續(xù)下降，人才缺口逐漸拉大。可以預(yù)見，未來若干年我國模具行業(yè)面臨人才缺失的情況會更加嚴(yán)重，也會成為繼技術(shù)和資金外模具企業(yè)面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。

1.2 壓鑄模具的材料、技術(shù)、管理等方面的缺陷

（1）原材料目前國產(chǎn)的壓鑄模具常用H13鋼材品質(zhì)和穩(wěn)定性仍有待提高，不少制造精度要求高、使用壽命長的出口模具均需選擇高品質(zhì)的進(jìn)口鋼材。由于進(jìn)口鋼材價格較高，很大程度上影響到模具的最終價格和競爭力。

（2）制造技術(shù)的提升壓鑄模具的品質(zhì)提高很大程度上依賴于新技術(shù)、新工藝的使用。五軸高速加工中心、三坐標(biāo)測量儀、慢走絲線切割機(jī)床、大型合模機(jī)等工藝設(shè)備廣泛運(yùn)用，先進(jìn)制造技術(shù)不斷地被嘗試和推廣，加快了行業(yè)內(nèi)產(chǎn)業(yè)升級。但因絕大多數(shù)企業(yè)規(guī)模所限，新技術(shù)和工藝消化需要時間，國內(nèi)模具行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，壓鑄模具的制造總體來說與發(fā)達(dá)工業(yè)國家差距較大，復(fù)雜模具以復(fù)制模為主，自主創(chuàng)新較少。

2 模流分析意義

每一款壓鑄件的形狀和結(jié)構(gòu)各不相同，每一套新壓鑄模可能都會隱藏著未知的潛在問題。如果僅僅依靠個人經(jīng)驗和技術(shù)來設(shè)計壓鑄模具，很難保證每一套壓鑄模具設(shè)計都達(dá)到最佳的澆鑄方式，很難有效提高模具設(shè)計質(zhì)量，給后期生產(chǎn)也會造成很大的困難。

所以有必要用輔助軟件來實(shí)現(xiàn)壓鑄模具設(shè)計的先期策劃。壓鑄模流分析軟件可以對模具設(shè)計方案和完成3D數(shù)模分析進(jìn)行驗證。在模具制作前期就能觀測出潛在的問題，比如填充流動順序合理性?是否卷氣?模具熱節(jié)部位位置在何處?縮孔位置會出現(xiàn)在哪里?等等，然后通過數(shù)字化模擬改變模具的澆鑄方式以及排溢系統(tǒng)來改善和解決先期缺陷，并通過冷卻系統(tǒng)，改善熱節(jié)部位的溫度場，保證模具的熱平衡，消除或者減少模具缺陷[2]。

3 壓鑄機(jī)工藝參數(shù)設(shè)計

3.1 鑄造中壓力選擇

3.1.1 壓射力

壓射力是壓鑄機(jī)壓射機(jī)構(gòu)中推動壓射活塞運(yùn)動的力。壓射力是反映壓鑄機(jī)功能的一個主要參數(shù)。壓射力（F壓）的大小是由壓射缸的截面積（A缸）和壓射腔內(nèi)工作液的壓力（P液）所決定。

3.1.2 壓射比壓

壓室內(nèi)熔融金屬在單位面積上所受的壓力稱為比壓。比壓是壓射力（P射）與壓室截面積（A室）的比值，其計算公式如下：

將填充時的比壓稱為填充比壓又稱壓射比壓。增壓階段的比壓稱為增壓比壓，這兩個比壓的大小同樣都是根據(jù)壓射力來確定的。

3.1.3 壓力的作用和影響

（1）填充比壓是克服澆注系統(tǒng)和型腔中的流動阻力，特別是內(nèi)澆口處的阻力，使金屬液流保證達(dá)到需要的內(nèi)澆口速度；（2）增壓比壓則是決定了正在凝固的金屬所受到的壓力以及這時所形成的漲型力的大小；（3）比壓對鑄件力學(xué)性能的影響：比壓大，結(jié)晶細(xì)，結(jié)晶層增厚，由于填充特性改善，表面質(zhì)量提高，氣孔影響減輕，從而抗拉強(qiáng)度提高；（4）對填充條件的影響：合金熔液在高比壓下填充型腔，合金溫度升高，流動性改善，有利于鑄件質(zhì)量的提高。針對壓力的作用以及對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，我們在生產(chǎn)過程中，需要保證設(shè)備壓力正常，減少鑄造壓力損失以及設(shè)備本身壓力內(nèi)泄；減少壓射充填時對壓射頭行進(jìn)的阻力，保證蓄能器內(nèi)氮?dú)鈮毫皟δ軌毫φ！鴥?nèi)設(shè)備蓄能器氮?dú)鈮毫Υ笮∫话阋勒赵O(shè)備系統(tǒng)壓力為基準(zhǔn)：增壓氮?dú)鈮毫橄到y(tǒng)壓力的70%-75%，高速氮?dú)鈮毫橄到y(tǒng)壓力的75%-80%為宜[3]。

3.2 壓射速度選擇

慢壓射速度指自沖頭運(yùn)動開始，將壓射室內(nèi)合金液向型腔慢慢推進(jìn)，直至合金液推到內(nèi)澆口時的前進(jìn)速度，這一級速度的選擇原則：（1）使注入壓射室的合金液推至內(nèi)澆口時的熱量損失為最小；（2）盡量避免沖頭前進(jìn)時合金液不產(chǎn)生翻滾，涌浪卷氣現(xiàn)象；（3）充分排出澆道內(nèi)的氣體；（4）減少熱量損失。

所以低速速度過高，鑄件容易產(chǎn)生氣孔，低速速度過低，低速前進(jìn)時間加長，合金液熱量損失過多，流動性降低，影響充型能力，鑄件外觀質(zhì)量差。一般的鑄造低速速度根據(jù)壓室充滿度：壓室的充滿度小（40%以內(nèi)）0.25-0.35m/s，壓室的充滿度大（40%以上的）0.15-0.25m/s。

快壓射速度指沖頭推送合金液由內(nèi)澆口至充滿型腔時的速度，一般設(shè)定高速速度的選擇原則為：（1）合金液在充滿型腔前必須具有良好的流動性；（2）保持合金液呈理想有序地充滿型腔，并把型腔中氣體排出；（3）不形成高速金屬流沖刷型腔型芯，避免粘膜。一般情況均按從低速向高速逐步調(diào)節(jié)，在不影響鑄件質(zhì)量的情況下，以較低的充填速度為宜。因高速會加快模具型芯，型腔的老化；（4）在平時生產(chǎn)過程中，如果部分設(shè)備無法驗證壓射速度大小，就依照沒有飛邊產(chǎn)生的情況下，保證外觀良好為準(zhǔn)，適當(dāng)增加速度可減少縮孔的產(chǎn)生，但是卷氣的幾率會增大。

4 結(jié)論

影響壓鑄件質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的因素不僅局限于量產(chǎn)階段對壓鑄機(jī)工藝參數(shù)的控制，無論鑄件開發(fā)前期或者后期的量產(chǎn)階段，產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的提升都是一個持續(xù)改善的過程。每一個階段的持續(xù)改善，都需要我們對鑄件結(jié)構(gòu)，澆鑄方式等進(jìn)行收集大量的分析數(shù)據(jù)作為依據(jù)，進(jìn)行有條理的，針對性的改進(jìn)，從而達(dá)到我們預(yù)期的效果。