鎂合金壓鑄模具設計的關鍵技術分析

李有新， 李陽

（青海鹽湖特立鎂有限公司，西寧 810000）

0 引言

隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入，汽車輕量化成為行業(yè)共識，節(jié)約油耗已經(jīng)成為現(xiàn)代化汽車的重要發(fā)展方向。鎂合金作為最輕的金屬材料，其具備多種特性，已越來越多地引起行業(yè)內人士的關注。而作為鎂合金壓鑄成型中模具設計的成功與否將直接影響鎂合金壓鑄件的品質和壓鑄效率。

1 鎂合金性能分析

鎂合金最突出的特點為相對體積質量小（1.74 g/cm3），只是鋁合金2/3，并且在剛性一致的前提下，鎂的質量只是鋼的1/2。鎂和鋁、銅與鈦等相關金屬元素所構成的多種合金，其中相對體積質量僅為1.8 g/cm3，但是卻具備相對較大的強度和硬度。此外鎂合金傳熱與膨脹系數(shù)相對較大，而彈性模量在比較常用的金屬當中為最低的，具備比較高的導熱性和導電性，還具備良好的尺寸穩(wěn)定性和能量吸收特點，比較適宜制造抗振零件。鎂合金具有非常好的機加工性能，可有效保持加工精度。但由于鎂是易燃物質，鎂液遇水后還會產(chǎn)生劇烈反應，故在壓鑄生產(chǎn)時必須采取安全防范措施。近年來，壓鑄技術的不斷發(fā)展，使鎂合金可以鑄造薄壁和接近成品尺寸相對復雜的零件，有時還能夠和塑料相比擬，具備一定的穩(wěn)定性，并且在重量及功能等方面擁有一定優(yōu)越性。

2 鎂合金壓鑄模具設計關鍵技術

鎂合金壓鑄模具是正確選擇和調整壓鑄工藝參數(shù)的基礎，故能否順利實現(xiàn)壓鑄、壓鑄件質量的優(yōu)劣、成型效率等在很多程度上取決于壓鑄模結構是否合理、技術是否先進、模具制造是否科學等，故壓鑄模具設計實質上是對壓鑄生產(chǎn)中預計產(chǎn)生的結構和可能出現(xiàn)的各種問題的綜合反映。

2.1 成型部分設計

成型部分是模具壓鑄件尺寸精度與形狀尺寸的部位，是按照壓鑄件設計圖紙，根據(jù)壓鑄工藝及壓鑄實際情況而設計的，其型腔和型芯組成的部分必須符合用戶壓鑄件的要求。模具成型表面的質量決定著壓鑄件的表面質量及壓鑄件脫模阻力的大小。

2.2 澆注和排溢系統(tǒng)設計

澆注系統(tǒng)是壓鑄機內熔融的鎂合金液在高溫高壓高速狀態(tài)下填充壓鑄模型腔的通道，其在引導金屬液填充型腔過程中，對金屬液的流動速度、狀態(tài)、壓力傳遞、排氣效果及壓鑄模的熱平衡起著重要的控制和調節(jié)作用。排溢系統(tǒng)是金屬液在填充過程中，排除氣體、冷污金屬液及氧化夾雜物的通道和儲存器，用以控制金屬液的填充狀態(tài)、消除壓鑄缺陷。

澆注系統(tǒng)的設計主要包括：1）根據(jù)壓鑄件尺寸、質量及企業(yè)現(xiàn)有壓鑄條件選用適當?shù)膰娮?，確保噴嘴形狀與澆注系統(tǒng)相適應；2）根據(jù)壓鑄件尺寸精度、表面質量確定金屬液進入型腔的位置方向和流動狀態(tài)；3）根據(jù)壓鑄件的結構特點、后續(xù)機械加工方法，確定合理的分型面、澆注系統(tǒng)的總體結構和各部分的主要尺寸；4）分析金屬液流動狀態(tài)，確定溢流槽及排氣道；5）分析金屬液的流動對模具溫度的影響，選擇合適的模具溫度調節(jié)裝置。

2.3 抽芯機構設計

現(xiàn)階段在大型壓鑄機模具上的抽芯機構均設計為液壓式抽芯機構。液壓抽芯機構指固定在定?；騽幽２糠值囊簤焊自趬鸿T成型后，通過油路和液壓閥的控制，使與液壓缸活塞桿連接的型芯進行抽芯的一種機構。我公司引進的瑞士布勒鎖模力為3200t的大型壓鑄機定模和動模上分別固定有6個和4個抽芯液壓缸。抽芯機構設計時不宜將抽芯方向設置在操作側，以避免發(fā)生意外。抽芯機構設計時應設置楔緊裝置，在合模前使型芯復位，防止側滑塊和楔緊塊被毀。

2.4 計算機數(shù)值模擬仿真分析

現(xiàn)階段，數(shù)值模擬仿真分析軟件已經(jīng)成為優(yōu)化汽車零部件壓鑄模具工藝設計的關鍵工具。常用的壓鑄模擬分析軟件主要有FLOW-3D、MAGMA及PRO-CAST，最主要的方法是有限差分法、有限元法、邊界元法和直接差分法。在數(shù)值模擬仿真分析中，可預測分析鎂合金液的流動充型狀況，進行澆注系統(tǒng)的初步設計，在合理的壓鑄工藝參數(shù)下，對充型過程中的速度場、溫度場等進行模擬，根據(jù)模擬結果，進一步優(yōu)化澆注系統(tǒng)及工藝參數(shù)，從而預測出生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的壓鑄缺陷及所在位置，實現(xiàn)工藝優(yōu)化，改善鑄件質量，充分發(fā)揮壓力鑄造的技術優(yōu)勢。據(jù)美國鑄造協(xié)會統(tǒng)計，運用數(shù)值模擬仿真分析可提高產(chǎn)品質量10倍，提高25%的材料利用率，降低30%的成本，提高45%的設備利用率，縮短45%產(chǎn)品設計和試制周期。

3 結語

通過對鎂合金性能、鎂合金壓鑄模具設計關鍵技術進行分析，表明鎂合金的大量應用不僅能夠保護環(huán)境，降低能源損耗，還可以為企業(yè)獲取更大的經(jīng)濟效益。

［1］ 馬秋.鎂合金汽車零件壓鑄模具設計與數(shù)值模擬研究［D］.哈爾濱：哈爾濱理工大學，2005.

［2］ 王家弟，盧晨，丁文江.鎂合金壓鑄件及壓鑄模設計關鍵技術［J］.特種鑄造及有色合金，2002（2）：24-26.