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大型薄壁件真空压铸模具的设计方法
发布时间: 2011-05-17 23:10:53    作者:admin

摘要:大型薄壁件在压铸中极易产生缺陷,采用正确的压铸工艺与模具结构设计,并将模具型腔抽真空,有效减少缺陷。采用数值模拟辅助法确定浇口形式,以及压铸时的料包和抽气口的位置,合理确定抽气时序,选择合理的压铸工艺,最后得到合格铸件。

  关键词:大型薄壁件、真空压铸、数值模拟、模具设计

  大型薄壁压铸件广泛地应用于汽车、摩托车、便携式农林机械、电动工具及电脑机壳等,年需求量在1000t以上,市场潜力很大;而此类铸件在压铸时经常存在充型困难、气孔率高、缩孔严重等问题,正确地设计真空压铸模并合理地选择工艺参数,可以很好地解决这些问题。真空压铸有两种方法:一种是用真空罩将模具等进行密封;另一种是将模腔抽真空。模腔抽真空法对装备要求较低,周期较短,应用较普遍。本文阐述了模腔抽真空法压铸模的设计过程。

  1.真空压铸模的设计方法与工艺

  1.1 设计方法

  模腔抽真空法抽气点的正确确定对气压的稳定有重要的影响;正确设计浇注系统模具结构是采用真空压铸的必备前提。在依据经验的基础上初步确定浇口与分型面,采用压铸模拟软件FLOW-3D分析铸件的成型效果,确定难充满部位与缺陷所在;调整优化分型面和浇口位置与浇口形式,在难以成型部位设置抽气阀,该抽气阀由控制器控制启闭,设计控制器的时间时序,控制抽气阀门的抽气时序和气压,再进行模拟分析,直到得出满足需要的结果为止。

  1.2 真空抽气压铸的工艺过程

  工艺过程如图1所示,压铸时,压铸机的压铸冲头运动到一定距离(液态合金将型腔内的空间封闭时),感应器将信号传递给控制器,使控制器启动开始工作,控制所有的抽气阀开启进行抽气,在液态合金即将流动到相应的抽气阀之前,依据所设计的时序将该处抽气阀关闭;在此期间,冲头进行高速压射。

  要更为有效地解决大型薄壁压铸件的缩孔问题,必须很好地设置冲头的冲射速度和压力,使铸件的内外均匀冷却收缩,并确保补缩的可能。

  2.模具设计要点

  2.1 铸件简介

  图2是某铸件的三维图,该铸件的壳体表面厚度为0.8mm,内部筋肋最高达20mm,厚度为0.5mm,还有数个高达30mm,直径为西5mm的螺栓柱,制件的两侧面各有1个厚2mm的凸耳,铸件的外轮廓尺寸为405mmX370mmX165mm,铸件属于典型的大型薄壳件,材料是ZAl103。

  2.2 分型面和浇口的初步确定

  依据以往的设计,初步确定制件的最大轮廓面为分型面;将浇口设置在左侧边缘处,形式如图3所示。在后续的数值模拟中,如充型等效果不够理想,需要对分型面或浇口等进行重新设定并再进行模拟分析。

  2.3 抽气点和料包的设计

  在初步确定分型面和浇口的基础上,利用软件模拟,得到充型效果,根据分析得出:铸件的两侧凸耳和浇口对面的侧壁不能很好地充满,或有很明显的冷隔。据此可以确定压铸时液态金属的流动次序如图4所示:①浇口一②分流道一③壳体上表面和两侧面一④壳体后侧面。其中:在A处所示的加强筋、小柱销等处,由于厚度薄,具有一定高度,料冷却快,该处型腔容易被液态合金封口而致使气压不稳,难充满成型;气压的变化也容易形成料流紊乱,造成该处质量差,是制件难以成型的部位;B处突起的耳状部位由于液态合金将型腔口部封住,使气体不容易排除,造成该处成型质量较差;C处和D处是壳体壁部的边缘部位,是料流的末端,很多气体被挤压到该处,也很难成型。如图5所示,在相对难以成型的部位A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2、D处设置若干个抽气阀和料渣包,将抽气阀与控制器相连接,设置好控制器的时间时序,用以控制抽气阀的抽气时序和气压。

  型腔真空度为60mbar,制件的体积1.605671×106mm3,通过计算所得的抽气时间为0.5 s,再依据所确定的流动时序,采用PLC编程设计控制器对阀门进行时序控制,使控制器与压铸机匹配。

  抽气阀门关闭的时序如图6所示。合模后,在压铸冲头运动到一定距离时,控制器得到压射启动信号,开始工作;所有抽气阀开启,进行抽气,这也是压铸冲头低速压射时段t1,也叫真空延迟时段;而后进入快速压射阶段t2,真空启动,并使真空度达到要求,液态合金开始填充型腔;在t3高速压射阶段,控制器的关闭信号按照时序给抽气阀,tA、tB、tC、tD为关闭相应抽气阀的时间间隔;关闭的顺序依次是A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2和D1关闭抽气阀后,真空停止,才可开模。

  2.4 模拟效果及实物图

  工艺参数初选为压射比压420MPa、压射速度0.75m/s、合金填充速度38~46 m/s、合金浇注温度650~700℃,图7是充型结束的铸件模拟图。从充型状况看,流动前沿均匀向前推进,流动状况良好;灯罩上表面质量良好;灯罩下表面小柱销顶端有点缺陷,强度会降低;侧面开盖处有少量夹杂。

  图8是采用文中工艺最后得到的压铸件,经过检验能够满足要求,现已量产。

  3.结束语

  采用真空压铸工艺生产大型薄壁壳体铝合金件,首先要正确设计模具结构,正确选择工艺参数,这样气孔能够极大减少、提高压铸件表面质量和性能、铸件气密性要求也能得到满足;在生产中也可以减小型腔内的反压力,有利于延长模具寿命,同时可以选用压射力稍小的压铸机

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