摘 要：一位優(yōu)秀的壓鑄件設(shè)計(jì)人員，應(yīng)熟悉壓鑄型的制造工藝和壓鑄件的生產(chǎn)工藝，以便使設(shè)計(jì)的壓鑄件符合制型最簡(jiǎn)單、生產(chǎn)操作最方便的要求。壓鑄件設(shè)計(jì)是保證壓鑄件質(zhì)量的最根本環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝的合理性直接決定模具制作、產(chǎn)品尺寸精度、壓鑄工藝參數(shù)、生產(chǎn)安裝效率等高低難易程度。文章通過(guò)歸納鋁合金壓鑄件在設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意要點(diǎn)來(lái)提高壓鑄件設(shè)計(jì)質(zhì)量，為更多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師提供一定的參考依據(jù)。
項(xiàng)文杰 佟志國(guó)
（浙江宇視科技有限公司 浙江杭州 310051）
關(guān)鍵詞：壓鑄 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模具 缺陷
中圖分類號(hào)：TG249.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2017)09(c)-0102-03
Abstract: An excellent die casting designer should be familiar with the die casting process and the production process of die casting, so that the design of die casting conform to the most simple production and the most convenient production operation requirements. Die casting design is the most fundamental link to ensure the quality of die casting, the structural design and the rationality of the process directly determine the mold production, product size accuracy, die casting process parameters, production and installation efficiency and other high and low degree of ease. In this paper, the main points of attention in the design process of aluminum alloy die casting are summarized to improve the quality of die casting design, and provide a reference for more structural designers.Key Words: Casting; Structure design; Pattern; Defect
鋁壓鑄件具有生產(chǎn)效率高、加工成本低、生產(chǎn)過(guò)程中易實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化、鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好、整體力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)；但在鑄造成型過(guò)程中易產(chǎn)生氣孔、流痕、擦傷、凹陷、裂紋、欠鑄等缺陷，這些缺陷使得壓鑄件外觀質(zhì) 量和機(jī)械性能下降。為避免在壓鑄成型過(guò)程中出現(xiàn)以上問(wèn)題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需要在壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提前進(jìn)行方案評(píng)估，并在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上合理布局，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)將缺陷縮小到最小范圍。
1 鋁合金壓鑄件成型原理
鋁合金壓鑄件必須有模具成型，與壓鑄機(jī)、鋁合金組合加以綜合運(yùn)用的過(guò)程。壓鑄工藝原理是利用高壓將金屬液高速流入一精密金屬模具型腔內(nèi)，金屬液在壓力作用下冷卻凝固成鑄件。冷、熱室壓鑄是壓鑄工藝的兩種基本方式。冷室壓鑄中金屬液由手工或自動(dòng)澆注裝置澆入壓室內(nèi)，然后壓射沖頭前進(jìn)，將金屬液壓入型腔。在熱室壓鑄工藝中，壓室垂直于坩堝內(nèi)，金屬液通過(guò)壓室上的進(jìn)料口自動(dòng)流入壓室。壓射沖頭向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)金屬液通過(guò)鵝頸管進(jìn)入型腔，金屬液凝固后，壓鑄模具打開(kāi)，取出鑄件，完成整個(gè)壓鑄形成工藝過(guò)程。
2 鋁合金壓鑄件設(shè)計(jì)要點(diǎn)
壓鑄件設(shè)計(jì)的合理性關(guān)系到整個(gè)壓鑄成型工藝的進(jìn)行，在進(jìn)行壓鑄件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮壓鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、壓鑄的工藝要求，盡量減少設(shè)計(jì)的壓鑄件在壓鑄成型工藝過(guò)程中缺陷的發(fā)生，以最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案從最大程度上提高壓鑄件質(zhì)量。
2.1 合理設(shè)計(jì)壓鑄件壁厚
鋁合金壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮壁厚問(wèn)題，壁厚是壓鑄工藝中一個(gè)具有特殊意義的因素，壁厚與整個(gè)工藝規(guī)范有著密切的關(guān)系，如填充時(shí)間的計(jì)算、內(nèi)澆口速度的選擇、凝固時(shí)間的計(jì)算、模具溫度梯度的分析、壓力（最終比壓）的作用、留模時(shí)間的長(zhǎng)短、鑄件頂出溫度的高低及操作效率；設(shè)計(jì)壁厚太厚會(huì)出現(xiàn)縮孔、砂眼、氣孔、內(nèi)部晶粒粗大等外表面缺陷，使得機(jī)械性能下降，零件質(zhì)量增加導(dǎo)致成本上升；設(shè)計(jì)壁厚太薄會(huì)造成鋁液填充不良，成型困難，使鋁合金溶解不好，容易出現(xiàn)鑄件表面填充困難、缺料等缺陷，并給壓鑄工藝帶來(lái)困難；壓鑄件隨氣孔的增加，其內(nèi)部氣孔、縮孔等缺陷增加，故在保證鑄件有足夠強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡量減小鑄件壁厚并保持截面的厚薄均勻一致。
2.2 合理設(shè)計(jì)壓鑄件加強(qiáng)筋
對(duì)于大平面或壁薄的壓鑄件，其強(qiáng)度、剛性較差，易變形，這時(shí)利用加強(qiáng)筋可以有效防止壓鑄件收縮、斷裂，消除變形，增強(qiáng)壓鑄件的強(qiáng)度與剛性，對(duì)過(guò)高的柱、臺(tái)等結(jié)構(gòu)，可以利用加強(qiáng)筋改善應(yīng)力分布狀況，防止根部斷裂，同時(shí)加強(qiáng)筋可以輔助熔化金屬的流動(dòng)，提高鑄件的填充性能。加強(qiáng)筋的根部厚度不大于此處壁的厚度，一般厚度設(shè)計(jì)為0.8～2.0mm；加強(qiáng)筋的脫模斜度一般設(shè)計(jì)為1°～3°，高度越高設(shè)計(jì)脫模斜度越??；加強(qiáng)筋根部需添加圓角，以避免零件截面急劇變化，同時(shí)輔助熔化金屬流動(dòng)，減小零件應(yīng)力集中，提升零件強(qiáng)度，圓角一般接近與此處壁厚；加強(qiáng)筋高度一般不超過(guò)其厚度的5倍，加強(qiáng)筋厚度一般要求均勻，若設(shè)計(jì)太薄，加強(qiáng)筋本身易斷裂，若太厚，則易產(chǎn)生凹陷、氣孔等缺陷。表1為加強(qiáng)筋厚度和壓鑄件壁厚關(guān)系。
2.3 合理設(shè)計(jì)壓鑄件出模斜度
壓鑄件出模斜度的作用是減少鑄件與模具型腔的摩擦，容易取出鑄件；確保壓鑄表面不拉傷，同時(shí)可以延長(zhǎng)模具壽命。出模斜度與壓鑄件的高度有關(guān)，高度越大，則出模斜度越小。一般情況下，壓鑄件的外表面出模斜度約為內(nèi)腔出模斜度的1/2，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以將壓鑄件內(nèi)外表面出模斜度設(shè)計(jì)為一致，以保持壁厚均勻，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如表 2為各種合金壓鑄件的最小出模斜度參考值，表3為各壓鑄件內(nèi)腔出模斜度與深度的關(guān)系。
2.4 合理設(shè)計(jì)加工余量
壓鑄件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免機(jī)加工，機(jī)加工會(huì)破壞零件表面的致密層，影響零件機(jī)械性能；會(huì)使壓鑄件的內(nèi)部的氣孔暴露，影響表面質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)增加零件成本。壓鑄件無(wú)法避免機(jī)加工時(shí)，應(yīng)盡量避免切削量較大的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡量便于機(jī)加或減小機(jī)加面積，減小機(jī)加成本。
壓鑄件上部分尺寸精度要求較高，或某些平面表面粗糙度要求高，壓鑄工藝很難達(dá)到要求，這時(shí)候就需要進(jìn)行后續(xù)加工，對(duì)這部分結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量預(yù)留加工余量。壓鑄件表面的強(qiáng)度，硬度比內(nèi)部高，機(jī)加工時(shí)要注意保留表面的致密度，所以機(jī)加工的余量也不能余量過(guò)度，機(jī)加過(guò)多很可能會(huì)產(chǎn)生氣孔，外表面缺陷。表4為機(jī)加余量預(yù)留參考。
2.5 鋁合金壓鑄件噴涂設(shè)計(jì)
壓鑄件表面噴涂設(shè)計(jì)一般采用噴粉工藝，其原理為靜電噴粉：主要通過(guò)電極將涂料極化，再將要噴涂的物體帶相反的電荷，在電場(chǎng)力的作用下粉料均勻的附著在物體表面。噴粉工藝特點(diǎn)：粉末靜電噴涂不會(huì)造成大氣污染，粉末可以回收降低材料的消耗成本，涂膜性能耐酸、耐堿、耐腐蝕性能好。
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