鎂合金壓鑄模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

朵興茂　林占宏　張翼

摘 要：鎂合金是一種極具優(yōu)勢(shì)的輕質(zhì)金屬材料，該材料具有其他材料所不具備的特性，受到了人們的廣泛關(guān)注。鎂合金壓鑄成型中，模具設(shè)計(jì)水平會(huì)對(duì)壓鑄件的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。因此，認(rèn)真分析鎂合金壓鑄模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：鎂合金;壓鑄模具;設(shè)計(jì)要點(diǎn)

壓鑄模具在壓鑄生產(chǎn)中是必不可少的工藝設(shè)備。批量生產(chǎn)中，鑄件的質(zhì)量和作業(yè)循環(huán)的速度及模具使用壽命均會(huì)受到受壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。在設(shè)計(jì)中保證橫澆道和內(nèi)澆道幾何形狀的科學(xué)性，強(qiáng)化填充效果，且創(chuàng)建完善的加熱及冷卻系統(tǒng)，均可提高鎂合金壓鑄模具設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 鎂合金的優(yōu)勢(shì)

鎂合金的密度要明顯大于純鎂的密度，其剛度和強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)明顯，在屈服極限和熱導(dǎo)率表現(xiàn)優(yōu)良。鎂合金無有害物質(zhì)可實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，減少資源消耗，也避免環(huán)境污染，有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。①鑄造特性：鎂合金的粘度較低，具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，填充不規(guī)則型腔十分方便，采用鎂合金能夠生產(chǎn)壁厚為1.0-2.0mm的高質(zhì)量壓鑄件，壓鑄時(shí)不會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生較強(qiáng)的沖蝕作用，且不易出現(xiàn)粘性問題，模具可長(zhǎng)時(shí)間使用，并且生產(chǎn)周期要明顯短于鋁合金件，生產(chǎn)效率高;②阻尼減震性能優(yōu)良，鎂合金的彈性模量較小，可高效吸收能量，并且可承受較大沖擊負(fù)荷;③完善的加工性能。鎂合金加工的過程中可應(yīng)用最大切削速度，因此生產(chǎn)加工中無需較大能耗。鎂合金件切削速度較快，加工過程中消耗的能源也相對(duì)較少;④尺寸穩(wěn)定。鎂合金件無需退火也無需消除應(yīng)力，體現(xiàn)出優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，且在負(fù)載的作用下依然具備較為理想的抗蠕變強(qiáng)度。

2 鎂合金的缺點(diǎn)

鎂是一種活潑易燃金屬，在熔煉和鑄造過程中極易引起氧化反應(yīng)。工作人員需利用混合氣體來維護(hù)生產(chǎn)加工中的技術(shù)設(shè)備。當(dāng)前最常見的保護(hù)氣體為SF6，但是該氣體在應(yīng)用中會(huì)破壞臭氧層，故人們也將目標(biāo)轉(zhuǎn)向二氧化硫。

3 鎂合金壓鑄模具的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 鎂合金壓鑄模的結(jié)構(gòu)

鎂合金壓鑄模的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，組成部分較多，具體來說，其包括墊塊、動(dòng)模固定板、動(dòng)模底板、推板、加強(qiáng)支柱、推半固定板、推桿、推桿套、動(dòng)?？颉⒑夏Ｌ坠?、合模導(dǎo)柱、靜?？颉㈧o襯模、型芯、加熱塊、冷卻快、支撐柱。要想保證鎂合金壓鑄模設(shè)計(jì)質(zhì)量，就需綜合考量。

3.2成型部分設(shè)計(jì)

成型部分中的模具壓鑄件及形狀均是以壓鑄件設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容要求設(shè)計(jì)，其尺寸大小及相關(guān)參數(shù)也是根據(jù)壓住工藝及壓鑄實(shí)際情況規(guī)劃計(jì)算的。在設(shè)計(jì)時(shí)工作人員應(yīng)做好詳細(xì)分析，注重?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確性，并對(duì)型腔及型芯構(gòu)成嚴(yán)格把控。且監(jiān)督模具成型表面的質(zhì)量，加強(qiáng)壓鑄件脫模阻力設(shè)置的合理性。

3.3 澆筑及排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆筑系統(tǒng)可確保壓鑄機(jī)中鎂合金液在高溫、高壓、高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，按既定通道線路快速填充到壓鑄模型腔中，且在鎂合金液填充時(shí)，對(duì)其流動(dòng)速度、狀態(tài)、壓力及排氣效果合理管控。澆筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)要注意：結(jié)合壓鑄件的尺寸及質(zhì)量要求，選用噴嘴，使其符合澆筑系統(tǒng)的具體要求;且結(jié)合壓鑄件的尺寸及表面質(zhì)量要求，控制鎂合金液，確保流動(dòng)速度及填充方向的準(zhǔn)確性;加大對(duì)壓鑄件結(jié)構(gòu)、施工加工方法等研究力度，來確定分型面、澆筑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要部分尺寸;根據(jù)鎂合金液流動(dòng)狀態(tài)，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)溢流槽和排氣管道，提高澆筑系統(tǒng)效率;分析鎂合金液流動(dòng)中溫度變化對(duì)模具影響來設(shè)置溫度調(diào)節(jié)裝置。在鎂合金液填充時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多廢棄、冷污金屬液、氧化夾雜質(zhì)等污染物，如不及時(shí)清理會(huì)影響填充效果，所以要設(shè)置排溢系統(tǒng)有效排除這些雜質(zhì)，避免壓鑄缺陷的產(chǎn)生。

3.4 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前很多壓鑄機(jī)模具的抽芯機(jī)構(gòu)都以液壓式抽芯機(jī)構(gòu)為主，這種抽芯機(jī)構(gòu)控制方式較簡(jiǎn)單，能改進(jìn)壓鑄模具質(zhì)量。液壓式抽芯機(jī)構(gòu)會(huì)在定?；騽?dòng)模液壓缸確定后，利用油路和液壓閥實(shí)行控制，通過液壓缸活塞桿連接的型芯開展抽芯作業(yè)。例如，瑞士布勒鎖模力3200t大型壓鑄機(jī)，其在定?；騽?dòng)模上就分別固定4-6個(gè)抽芯液壓缸，以保證抽芯作業(yè)質(zhì)量。不過在抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)置中，抽芯方向要盡量避開操作側(cè)，設(shè)置合理的楔緊裝置，型芯工作完成后可快速恢復(fù)到原來位置，減少側(cè)滑及楔緊塊損壞等問題的產(chǎn)生。

3.5 計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬仿真分析

壓鑄模具工藝設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬仿真軟件已成為重要組成部分，目前最常使用數(shù)值模擬仿真軟件以FLOW-3D、MAGMA及PRO-CAST為主，采用四種分析方式：有限差分法、有限元法、邊界元法和直接差分法。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬仿真分析軟件對(duì)于提高澆筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量顯著。該軟件可完全掌握鎂合金液的流動(dòng)填充情況，合理分析實(shí)現(xiàn)澆筑系統(tǒng)初期設(shè)計(jì)，再結(jié)合壓鑄工藝參數(shù)，對(duì)填充過程中速度、溫度等變化實(shí)行仿真模擬，確保工作人員準(zhǔn)確了解整個(gè)填充情況，并根據(jù)最終結(jié)果對(duì)澆筑系統(tǒng)及相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)整，及時(shí)解決澆筑系統(tǒng)運(yùn)行存在問題。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬仿真軟件生產(chǎn)成的壓鑄模具，其質(zhì)量較普通壓鑄構(gòu)建要高出10倍左右，有效提升材料、設(shè)備等資源利用率，降低設(shè)計(jì)和制作成本。

綜上所述，通過對(duì)鎂合金壓鑄模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)的分析和研究，明確了解到鎂合金材料的合理應(yīng)用，其不僅可以優(yōu)化壓鑄構(gòu)件的各項(xiàng)性能，還可以降低對(duì)環(huán)境的污染，減少能源的損耗，對(duì)于企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展有著很好的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜健.鎂合金壓鑄工藝改善研究[J].科技尚品，2017（1）.

[2]邸金南.鎂合金支撐架壓鑄工藝設(shè)計(jì)與分析[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2018（5）.

作者簡(jiǎn)介：

朵興茂（1980- ），男，藏族，青海民和人，本科，工程師，從事鋁鎂合金壓鑄技術(shù)及壓鑄生產(chǎn)管理工作。