大型復(fù)雜零件鋁合金擠壓鑄造模具設(shè)計(jì)探析

（四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 綿陽(yáng) 621000）

擠壓鑄造技術(shù)的不斷發(fā)展，為創(chuàng)新工藝水平提供了新的契機(jī)?，F(xiàn)代工藝在加工方面需求不斷增長(zhǎng)，而擠壓鑄造技術(shù)立足于加工和鍛造，對(duì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品內(nèi)部的構(gòu)造零件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)匹配，對(duì)其中功能齊全卻較為復(fù)雜的零件進(jìn)行了深入優(yōu)化，能夠極大提高產(chǎn)品的使用效率。同時(shí)，大型擠壓鑄造的涌入，提高了原有工藝生產(chǎn)步驟的科學(xué)化和工業(yè)化水準(zhǔn)，而其中，設(shè)計(jì)工藝流程是最為關(guān)鍵的步驟，本文對(duì)此進(jìn)行研究分析。

1 大型復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于大型復(fù)雜零件鋁合金鑄造品較多，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也略有不同，所以在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)前期雖然會(huì)考慮到最終實(shí)現(xiàn)的性能，也要考慮該鑄件能否被生產(chǎn)出來(lái)。但是總的來(lái)說(shuō)，大型鑄件結(jié)構(gòu)體積都較大，這主要是因?yàn)閮?nèi)部零件較多，而大型鑄件最大的優(yōu)勢(shì)是將大量不屬于同一部位的零件進(jìn)行交叉處理，統(tǒng)一在鑄件中加工，可縮短時(shí)間，也因?yàn)檫@一目標(biāo)，很多大型鑄件顯得體積龐大，因此需要對(duì)鑄件的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及表面粗糙度進(jìn)行分析和改造[1]。

大型鑄件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)多為筒形本體，連接瓦套、耳軸以及支臂等不同的定量結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的重要性表現(xiàn)在可形成一個(gè)固定的連界面，維持鑄造過(guò)程的穩(wěn)定。其中，自上而下為筒形結(jié)構(gòu)，由于上半部分為圓孔狀，在鑄造過(guò)程中使?jié)B透的零件圍攏，在內(nèi)部遭受擠壓，但是瓦套、耳軸以及支臂等結(jié)構(gòu)不均，零件不能遭受同等受力的擠壓，從而不斷加大鑄造擠壓的難度。因此，設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)該利用側(cè)向分型的方式將筒形本體外圍的形面和圓孔進(jìn)行構(gòu)造，這樣的優(yōu)勢(shì)在于可以呈現(xiàn)一種側(cè)向分切的截面，能夠使零件穩(wěn)步均勻鑄造。使用這種方式構(gòu)造模具后，也應(yīng)考慮模具尺寸，其中壁厚和體積是最先考慮的因素，擠壓鑄造過(guò)程中必須保證組織細(xì)密，不留一點(diǎn)縫隙，同時(shí)在截面上保證其位置不留凹痕，并且當(dāng)該構(gòu)造完工后，內(nèi)部的頂端不受振動(dòng)影響，而內(nèi)腔的表面光滑無(wú)痕跡，從而促使機(jī)械生產(chǎn)時(shí)不受淤積堵塞，促使鑄件正常轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，鑄件的強(qiáng)度也應(yīng)該滿足實(shí)際要求，必須堅(jiān)固直立，抵抗較大的外力。

2 擠壓鑄造設(shè)備及其主要參數(shù)

一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鑄件構(gòu)造時(shí)，需要借助solid work 軟件對(duì)鑄件在澆注過(guò)程時(shí)形成的軸線覆蓋的投影面積進(jìn)行計(jì)算，這樣做的目的是獲取設(shè)備運(yùn)行的最新數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其所運(yùn)載的實(shí)際參數(shù)是否符合鑄造標(biāo)準(zhǔn)，其中的壓強(qiáng)處于什么水平，也是最為關(guān)鍵的問(wèn)題，它影響著鑄件構(gòu)造設(shè)備的穩(wěn)定性。而鑄造設(shè)備澆注基本都是采用中心澆注，該方法能從中心向四周擴(kuò)散，原本的鑄造外圍已經(jīng)用側(cè)向分型進(jìn)行打磨，所以中心圓孔較為立體，而兩側(cè)呈現(xiàn)同一水平線，在中心澆注后，能更快開(kāi)始黏合和擠壓，從而加快工作速度[1]。在了解到澆注形成的陰影面積以及最大壓強(qiáng)以后，可以通過(guò)反復(fù)計(jì)算核對(duì)分析得出，鑄造設(shè)備所需的合模力。通過(guò)合模力的結(jié)果又可以選擇與之相匹配的鑄造擠壓設(shè)備，較為普遍的是利用多功能液壓機(jī)，這種大型設(shè)備可以承受較大的合模力。

3 擠壓鑄造模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一般在應(yīng)用中心澆注方法時(shí)，由于內(nèi)部呈現(xiàn)擴(kuò)張的壓力形態(tài)，大量的零件會(huì)被不同程度地附著在金屬內(nèi)壁，使用金屬液進(jìn)行充型時(shí)必須保證所澆注的范圍能完整覆蓋內(nèi)部的零件，之前根據(jù)外圍測(cè)量的陰影面積可以大致得出澆注覆蓋的可能性，從而為選擇金屬液的數(shù)量以及體積提供了依據(jù)。但是仍需要對(duì)澆注的系統(tǒng)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，這是防止零件打亂的有效措施，鑄件底部較厚，可以抵消足夠大的壓強(qiáng)，當(dāng)零件在澆注過(guò)程中脫落時(shí)，也可使金屬液隨著零件共同在底部壓縮，所以澆道需設(shè)置在型腔底部；相反，如果將澆道設(shè)置在型腔頂端或者鑄造儀器其他部分，由于零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均，會(huì)使金屬液停留在上半部分，受到俯沖力反彈，無(wú)法使零件全部成型。

3.2 分模方法選擇

鑄件形狀不是簡(jiǎn)單的單一結(jié)構(gòu)，其成型恢復(fù)需要一段時(shí)間，所以在模具成型以后不能將鑄件從模具中直接抽出，側(cè)表面的軸心距離比較寬長(zhǎng)，一旦抽出就會(huì)將鑲嵌在側(cè)表面壁厚的零件一同外擴(kuò)，容易使鑄件破碎，不利于修復(fù)。最好的方式是對(duì)凹模進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，垂直可分型是最為標(biāo)準(zhǔn)化的一種，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮合模力的低壓，由4 塊側(cè)模組合形成凹模，能夠形成最佳狀態(tài)。側(cè)模導(dǎo)柱定位側(cè)模開(kāi)合，在側(cè)模張合的瞬間對(duì)抽出的合模力進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)凹模的張力可以減少開(kāi)合模動(dòng)作帶來(lái)的擠壓痕跡，鎖模柱可以在側(cè)模閉合以后進(jìn)行鎖緊動(dòng)作，使側(cè)模不受損壞，側(cè)油缸則是保證側(cè)模開(kāi)合能夠有驅(qū)動(dòng)力的關(guān)鍵，在側(cè)模開(kāi)合時(shí)，側(cè)油缸能減少合模的開(kāi)合消耗，節(jié)省模具打造的時(shí)間[2]。

3.3 模具動(dòng)作過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

擠壓鑄造模具的凹模包含有4 塊由側(cè)模導(dǎo)柱定位的凹模。在側(cè)模處于閉合狀態(tài)時(shí)，側(cè)油缸會(huì)發(fā)揮開(kāi)合模動(dòng)作的作用。模具處于工作狀態(tài)時(shí)，側(cè)模會(huì)在側(cè)油缸的作用下實(shí)現(xiàn)閉合，處于上模的鎖模柱會(huì)進(jìn)入到側(cè)模塊相應(yīng)的孔中。如果料筒中的鋁液已經(jīng)達(dá)到了需要量，擠壓活塞會(huì)在上升過(guò)程中將料筒中的鋁液擠入型腔，液壓機(jī)會(huì)使鋁液在充滿型腔以后凝固成型，側(cè)油缸工作過(guò)程中形成的側(cè)面擠壓力可以為鑄件的質(zhì)量提供保障。在開(kāi)模取件環(huán)節(jié)，操作人員首先需升起上模，并在上模與鑄件相分離的情況下，拔出上模的鎖模柱。在鎖模柱拔出以后，操作人員可以借助側(cè)油缸的作用完成側(cè)抽芯操作，并在側(cè)模開(kāi)啟至預(yù)定位置的情況下，取走鑄件[3]。

4 模具的有限元分析

模型參數(shù)是擠壓鑄造模具運(yùn)行情況的主要影響因素。出于降低參數(shù)分析、計(jì)算難度的需要，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)一些與擠壓鑄造設(shè)備無(wú)關(guān)的部位進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化過(guò)程需要讓模具與實(shí)際生產(chǎn)情況相吻合。在簡(jiǎn)化操作完成以后，在模具側(cè)模壁厚計(jì)算過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)模具的強(qiáng)度要求與熱容量要求進(jìn)行充分分析，并要為模具的激冷能力的正常發(fā)揮提供保障。這一過(guò)程中所選取的側(cè)模壁厚需為鑄件壁厚最大值的2倍。模具設(shè)計(jì)過(guò)程也需要為鎖模柱安裝孔的強(qiáng)度要求提供保障。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著工業(yè)化水平的提升，產(chǎn)品鑄造技術(shù)也在有條不紊地推進(jìn)。在大型金屬制品鑄造過(guò)程中，為了滿足其在市場(chǎng)中的實(shí)際需求，必須優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)最終效果和功能。模具設(shè)計(jì)是工藝品鑄造擠壓過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，它能夠?qū)D壓器械的結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃和塑造，從而對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，確保大型鋁合金儀器能夠安全有效地開(kāi)始工作，而為了提升實(shí)際效用，需要縮短工作時(shí)間，但是必須確保模具能夠創(chuàng)造有限元。因此，需要作出相應(yīng)的應(yīng)用分析，本文對(duì)此提出了相關(guān)探索，值得借鑒和探討。