大型復雜零件鋁合金擠壓鑄造模具設計探析

（四川九洲電器集團有限責任公司，四川 綿陽 621000）

擠壓鑄造技術的不斷發展，為創新工藝水平提供了新的契機。現代工藝在加工方面需求不斷增長，而擠壓鑄造技術立足于加工和鍛造，對所生產的產品內部的構造零件進行標準匹配，對其中功能齊全卻較為復雜的零件進行了深入優化，能夠極大提高產品的使用效率。同時，大型擠壓鑄造的涌入，提高了原有工藝生產步驟的科學化和工業化水準，而其中，設計工藝流程是最為關鍵的步驟，本文對此進行研究分析。

1 大型復雜零件的結構特點

由于大型復雜零件鋁合金鑄造品較多，其內部結構也略有不同，所以在設計結構前期雖然會考慮到最終實現的性能，也要考慮該鑄件能否被生產出來。但是總的來說，大型鑄件結構體積都較大，這主要是因為內部零件較多，而大型鑄件最大的優勢是將大量不屬于同一部位的零件進行交叉處理，統一在鑄件中加工，可縮短時間，也因為這一目標，很多大型鑄件顯得體積龐大，因此需要對鑄件的外形和內部結構以及表面粗糙度進行分析和改造[1]。

大型鑄件的內部結構多為筒形本體，連接瓦套、耳軸以及支臂等不同的定量結構，這些結構的重要性表現在可形成一個固定的連界面，維持鑄造過程的穩定。其中，自上而下為筒形結構，由于上半部分為圓孔狀，在鑄造過程中使滲透的零件圍攏，在內部遭受擠壓，但是瓦套、耳軸以及支臂等結構不均，零件不能遭受同等受力的擠壓，從而不斷加大鑄造擠壓的難度。因此，設計模具時，應該利用側向分型的方式將筒形本體外圍的形面和圓孔進行構造，這樣的優勢在于可以呈現一種側向分切的截面，能夠使零件穩步均勻鑄造。使用這種方式構造模具后，也應考慮模具尺寸，其中壁厚和體積是最先考慮的因素，擠壓鑄造過程中必須保證組織細密，不留一點縫隙，同時在截面上保證其位置不留凹痕，并且當該構造完工后，內部的頂端不受振動影響，而內腔的表面光滑無痕跡，從而促使機械生產時不受淤積堵塞，促使鑄件正常轉動。另外，鑄件的強度也應該滿足實際要求，必須堅固直立，抵抗較大的外力。

2 擠壓鑄造設備及其主要參數

一般來說，設計人員在進行鑄件構造時，需要借助solid work 軟件對鑄件在澆注過程時形成的軸線覆蓋的投影面積進行計算，這樣做的目的是獲取設備運行的最新數據，發現其所運載的實際參數是否符合鑄造標準，其中的壓強處于什么水平，也是最為關鍵的問題，它影響著鑄件構造設備的穩定性。而鑄造設備澆注基本都是采用中心澆注，該方法能從中心向四周擴散，原本的鑄造外圍已經用側向分型進行打磨，所以中心圓孔較為立體，而兩側呈現同一水平線，在中心澆注后，能更快開始黏合和擠壓，從而加快工作速度[1]。在了解到澆注形成的陰影面積以及最大壓強以后，可以通過反復計算核對分析得出，鑄造設備所需的合模力。通過合模力的結果又可以選擇與之相匹配的鑄造擠壓設備，較為普遍的是利用多功能液壓機，這種大型設備可以承受較大的合模力。

3 擠壓鑄造模具結構設計

3.1 澆注系統設計

一般在應用中心澆注方法時，由于內部呈現擴張的壓力形態，大量的零件會被不同程度地附著在金屬內壁，使用金屬液進行充型時必須保證所澆注的范圍能完整覆蓋內部的零件，之前根據外圍測量的陰影面積可以大致得出澆注覆蓋的可能性，從而為選擇金屬液的數量以及體積提供了依據。但是仍需要對澆注的系統進行精確設計，這是防止零件打亂的有效措施，鑄件底部較厚，可以抵消足夠大的壓強，當零件在澆注過程中脫落時，也可使金屬液隨著零件共同在底部壓縮，所以澆道需設置在型腔底部；相反，如果將澆道設置在型腔頂端或者鑄造儀器其他部分，由于零件結構復雜、壁厚不均，會使金屬液停留在上半部分，受到俯沖力反彈，無法使零件全部成型。

3.2 分模方法選擇

鑄件形狀不是簡單的單一結構，其成型恢復需要一段時間，所以在模具成型以后不能將鑄件從模具中直接抽出，側表面的軸心距離比較寬長，一旦抽出就會將鑲嵌在側表面壁厚的零件一同外擴，容易使鑄件破碎，不利于修復。最好的方式是對凹模進行精準設計，垂直可分型是最為標準化的一種，在進行模具設計時應考慮合模力的低壓，由4 塊側模組合形成凹模，能夠形成最佳狀態。側模導柱定位側模開合，在側模張合的瞬間對抽出的合模力進行計算，通過凹模的張力可以減少開合模動作帶來的擠壓痕跡，鎖模柱可以在側模閉合以后進行鎖緊動作，使側模不受損壞，側油缸則是保證側模開合能夠有驅動力的關鍵，在側模開合時，側油缸能減少合模的開合消耗，節省模具打造的時間[2]。

3.3 模具動作過程的實現

擠壓鑄造模具的凹模包含有4 塊由側模導柱定位的凹模。在側模處于閉合狀態時，側油缸會發揮開合模動作的作用。模具處于工作狀態時，側模會在側油缸的作用下實現閉合，處于上模的鎖模柱會進入到側模塊相應的孔中。如果料筒中的鋁液已經達到了需要量，擠壓活塞會在上升過程中將料筒中的鋁液擠入型腔，液壓機會使鋁液在充滿型腔以后凝固成型，側油缸工作過程中形成的側面擠壓力可以為鑄件的質量提供保障。在開模取件環節，操作人員首先需升起上模，并在上模與鑄件相分離的情況下，拔出上模的鎖模柱。在鎖模柱拔出以后，操作人員可以借助側油缸的作用完成側抽芯操作，并在側模開啟至預定位置的情況下，取走鑄件[3]。

4 模具的有限元分析

模型參數是擠壓鑄造模具運行情況的主要影響因素。出于降低參數分析、計算難度的需要，設計人員可以對一些與擠壓鑄造設備無關的部位進行簡化，簡化過程需要讓模具與實際生產情況相吻合。在簡化操作完成以后，在模具側模壁厚計算過程中，設計人員需要對模具的強度要求與熱容量要求進行充分分析，并要為模具的激冷能力的正常發揮提供保障。這一過程中所選取的側模壁厚需為鑄件壁厚最大值的2倍。模具設計過程也需要為鎖模柱安裝孔的強度要求提供保障。

5 結語

綜上所述，隨著工業化水平的提升，產品鑄造技術也在有條不紊地推進。在大型金屬制品鑄造過程中，為了滿足其在市場中的實際需求，必須優化產品結構，從而實現最終效果和功能。模具設計是工藝品鑄造擠壓過程中必不可少的關鍵性環節，它能夠對擠壓器械的結構進行規劃和塑造，從而對工藝參數進行對比分析，確保大型鋁合金儀器能夠安全有效地開始工作，而為了提升實際效用，需要縮短工作時間，但是必須確保模具能夠創造有限元。因此，需要作出相應的應用分析，本文對此提出了相關探索，值得借鑒和探討。