基于噴霧機(jī)/模具一體化在汽車(chē)鋁合金壓鑄件生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

樊 偉

（重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 涪陵 408000）

引言

壓鑄件生產(chǎn)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的體現(xiàn)，國(guó)際上工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)壓鑄企業(yè)的規(guī)模化、自動(dòng)化、智能化要求水平高，具有設(shè)備和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，采用自動(dòng)化生產(chǎn)線，提倡智能制造，用機(jī)器人替代人工生產(chǎn)，其航空、航海等高附加值的壓鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量及良品率大幅度提高。

而我國(guó)國(guó)內(nèi)壓鑄行業(yè)的集中度較低，表現(xiàn)為大型鑄造企業(yè)相對(duì)較少，智能化生產(chǎn)程度不高，中小型壓鑄企業(yè)占據(jù)了我國(guó)大部分的市場(chǎng)，隨著我國(guó)汽車(chē)制造、機(jī)械制造等工業(yè)化發(fā)展程度的加深，對(duì)壓鑄生產(chǎn)的需求進(jìn)一步提高，需加強(qiáng)高端鑄造成型技術(shù)的研究，中小型壓鑄企業(yè)需提高生產(chǎn)力。因經(jīng)濟(jì)條件等原因中小型企業(yè)的自動(dòng)化與智能化不高，從而導(dǎo)致其在競(jìng)爭(zhēng)中會(huì)被逐漸淘汰。為增強(qiáng)中小型企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，滿足自動(dòng)化及智能化的需求，大規(guī)模量產(chǎn)的壓鑄企業(yè)可以通過(guò)加大自動(dòng)化生產(chǎn)、縮短生產(chǎn)周期、減少生產(chǎn)成本消耗的方式增加競(jìng)爭(zhēng)力，而增加競(jìng)爭(zhēng)力的核心方式在于新技術(shù)和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和引用，本文通過(guò)對(duì)噴霧機(jī)/模具一體化在汽車(chē)鋁合金壓鑄件中的應(yīng)用研究，希望能對(duì)提高壓鑄設(shè)備半自動(dòng)化程度有所幫助。

1 壓鑄件的特點(diǎn)

壓鑄件是壓力鑄造的零件，它是通過(guò)將液態(tài)的金屬材料澆鑄進(jìn)入壓鑄機(jī)，待金屬材料冷卻后，得到我們需要的具有相應(yīng)尺寸、形狀及屬性的金屬零配件。壓鑄生產(chǎn)的特點(diǎn)是：材料成型快，誤差小，可得到公差較小的零配件；壓鑄生產(chǎn)可運(yùn)用于大規(guī)模的生產(chǎn)，也可以根據(jù)特殊的需求，設(shè)計(jì)出個(gè)性化的模具進(jìn)行特殊部件的生產(chǎn)。

雖然現(xiàn)在及將來(lái)提倡個(gè)性化生產(chǎn)，但截止到目前，根據(jù)工業(yè)量產(chǎn)的原則，壓鑄生產(chǎn)主要還是針對(duì)大批量的生產(chǎn)，其覆蓋于機(jī)械制造、汽車(chē)制造等各類(lèi)型工業(yè)領(lǐng)域，壓鑄生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中占有極大的比重。

近年來(lái)國(guó)外以及部分國(guó)內(nèi)企業(yè)噴霧機(jī)應(yīng)用逐漸被機(jī)器人所取代。雖然機(jī)器人一次性投入成本較噴霧機(jī)高，但機(jī)器人程序調(diào)整靈活性較噴霧機(jī)好，所以機(jī)器人進(jìn)行噴霧作業(yè)是行業(yè)主流發(fā)展趨勢(shì)。但對(duì)于部分批量特別大且形狀不太復(fù)雜的壓鑄件產(chǎn)品而言，噴霧機(jī)/模具一體化較機(jī)器人及單獨(dú)噴霧機(jī)仍有一定優(yōu)勢(shì)。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在噴霧機(jī)/模具一體化由于噴霧組件直接安裝于模具內(nèi)部所以省去了機(jī)器人或噴霧機(jī)等往返模具附近的工作過(guò)程而節(jié)約了單件的生產(chǎn)周期；由于是對(duì)每副模具進(jìn)行個(gè)性化定制噴霧結(jié)構(gòu)，所以涂料噴涂量較其它兩者要少。但噴霧機(jī)/模具一體化需要對(duì)每副模具單獨(dú)設(shè)計(jì)安裝噴霧組件，所以鑒于成本原因，噴霧機(jī)/模具一體化不適合小批量多品種的壓鑄生產(chǎn)模式，適用于大批量的壓鑄生產(chǎn)模式。

2 研究?jī)?nèi)容

本課題屬校企合作研究和研發(fā)項(xiàng)目，噴霧機(jī)/模具一體化將噴霧組件直接安裝于模具內(nèi)部省去了機(jī)器人或人工使用噴霧機(jī)等往返模具附近的工作過(guò)程從而節(jié)約了單件生產(chǎn)周期；因?yàn)槭菍?duì)每副模具進(jìn)行個(gè)性化定制噴霧結(jié)構(gòu)，所以涂料噴涂量較其他兩者要少，故噴霧機(jī)/模具一體化適合用于大批量的壓鑄生產(chǎn)模式。通過(guò)在壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中使用噴霧機(jī)/模具一體化，單件產(chǎn)品生產(chǎn)周期減少，通過(guò)在壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中使用噴霧機(jī)/模具一體化，單件產(chǎn)品脫模劑用量減少0.1 kg以上。

3 噴霧機(jī)/模具一體化設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝流程

3.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

噴霧機(jī)/模具一體化設(shè)備由4部分組成。如圖1和圖2所示。

圖1 噴霧機(jī)二維圖

圖2 噴霧機(jī)三維圖

a孔：噴霧工作時(shí)，a孔通過(guò)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(tài)脫模劑接通。c孔:噴霧工作時(shí)，c孔通過(guò)電磁閥與5 kg/cm2壓縮空氣接通。

原理：噴霧工作時(shí)壓縮空氣從a孔進(jìn)入內(nèi)腔e后氣壓推動(dòng)活塞自下運(yùn)動(dòng)，并壓縮彈簧②，此時(shí)閥芯中間的孔被打開(kāi)，脫模劑（液態(tài)）從b孔通過(guò)閥芯、中間的孔進(jìn)入內(nèi)腔f，壓縮空氣從c孔進(jìn)入內(nèi)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(jī)/模具一體化設(shè)備設(shè)計(jì)

模具制造的核心技術(shù)是對(duì)生產(chǎn)的模具進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，依據(jù)CAD技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行準(zhǔn)確的圖形設(shè)計(jì)和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

對(duì)噴霧機(jī)/模具一體的結(jié)構(gòu)壓鑄過(guò)程進(jìn)行建模，并利用CAE對(duì)流體力學(xué)和熱力學(xué)等多個(gè)壓鑄過(guò)程進(jìn)行分析，系統(tǒng)地研究出壓鑄過(guò)程中的熱場(chǎng)和流場(chǎng)規(guī)律；分析該模具的參數(shù)如充填過(guò)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(duì)其CAE報(bào)告分析，分析內(nèi)容有：

1）充填速度、內(nèi)澆口速度，內(nèi)澆口面積情況；

2）充填過(guò)程鑄件是否充填順暢，有無(wú)明顯的困氣回流不良現(xiàn)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(diǎn)，采取相應(yīng)措施進(jìn)行冷卻；鑄件熱點(diǎn)附近是否有縮孔現(xiàn)象產(chǎn)生，流道是否凝固相對(duì)過(guò)快，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。

3.3 噴霧機(jī)/模具一體化裝配方法

在滿足裝配模具的技術(shù)條件下，為保證模具裝配的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)技術(shù)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(diào)整式4種方法。

噴霧機(jī)/模具一體化設(shè)備正是基于以上裝配要求的裝配方法，因此結(jié)構(gòu)合理，滿足使用要求。噴霧機(jī)與模架裝配如圖3所示，總裝圖如圖4所示。

圖3 噴霧機(jī)與模架裝配

圖4 總裝圖

3.4 壓鑄件的生產(chǎn)

壓鑄是壓鑄件生產(chǎn)流程中最重要的一環(huán)，具體壓鑄流程如下頁(yè)圖5所示。

3.5 壓鑄件生產(chǎn)的設(shè)計(jì)

本裝置的職能是壓鑄件生產(chǎn)過(guò)程中的內(nèi)置噴霧機(jī)裝置工藝，實(shí)現(xiàn)壓鑄生產(chǎn)中的半自動(dòng)化。當(dāng)零件取出后，內(nèi)置噴霧機(jī)對(duì)壓鑄機(jī)的模腔內(nèi)部表面進(jìn)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(jī)是根據(jù)壓鑄模具進(jìn)行內(nèi)置設(shè)計(jì)的，所以噴霧范圍和噴霧劑劑量可進(jìn)行有效控制。在噴涂脫模劑結(jié)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?jiān)?。噴氣結(jié)束后，噴霧機(jī)停止工作，壓鑄機(jī)合模結(jié)束，再進(jìn)行下一個(gè)鑄造零件的壓鑄，一個(gè)工作周期完畢。

圖5 壓鑄流程

4 排氣板設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)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(dǎo)致壓鑄產(chǎn)品的質(zhì)量得不到保證，大大降低了產(chǎn)品的合格率。模具型腔內(nèi)由于金屬流體填充壓鑄模具型腔時(shí)，導(dǎo)致普通空氣和脫模劑受熱揮發(fā)，從而產(chǎn)生氣體，這些氣體如果不能被排出，對(duì)金屬壓鑄產(chǎn)品產(chǎn)生氣孔等情況，將會(huì)影響制成品成型的質(zhì)量。

根據(jù)上述情況設(shè)計(jì)了壓鑄模具的八字型排氣板，包括動(dòng)模排氣板和定模排氣板。動(dòng)模排氣板和定模排氣板兩者中的一者沿著其長(zhǎng)向方向，在內(nèi)側(cè)面設(shè)有多條彎曲的溝槽，并且每條溝槽均由進(jìn)氣端延伸至排氣端；另外一者的內(nèi)側(cè)面設(shè)有與所述溝槽相適配的凸條，并且在每個(gè)溝槽的側(cè)面與對(duì)應(yīng)凸條的側(cè)面之間形成用于排氣的排氣槽。

5 結(jié)論

圖6 八字形排氣版

現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試結(jié)果表明，通過(guò)在壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中使用噴霧機(jī)/模具一體化，單件產(chǎn)品生產(chǎn)周期減少3 s以上；單件產(chǎn)品脫模劑用量減少0.1 kg以上；通過(guò)減少脫模劑使用量將壓鑄件的單件生產(chǎn)成本降低0.5元；可提高排氣量，提高壓鑄產(chǎn)品質(zhì)量，提高良品率。