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中图分类号:TG699 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)14-0242-01
1 引言
随着生产力的发展,模具工业己成为国民经济中的重要基础工业之一。压铸制品广泛用于汽车、航空、摩托、机床和造船等制造业,因此对压铸模具质量与设计制造效率的要求越来越高。传统的模具设计和制造方式,主要是依赖设计人员和工艺人员的经验。模具设计是否合理、制品有无缺陷都只有通过试模才能知道。CAE技术能在计算机上对模具设计方案进行分析和模拟,预测设计中潜在的缺陷,帮助设计人员修改和优化设计方案,能显著缩短塑料模具设计周期,提高产品质量,并极大地降低生产成本。
2 CAE技术
CAE 技术是通过计算机模拟对工程和产品进行全面分析的综合型计算机技术,通过计算机模拟CAE 技术可以发现工程和产品存在的设计缺陷,通过不断地改进与优化实现工程和产品性能的提升和成本的控制,在提高工程和产品功能性的基础上,提高其可靠性和适用性。
PROCAST软件就是典型的压铸件CAE 技术的应用,该软件可以模拟整个压铸过程对压铸成型产品的影响。它主要包括缩孔预测、裂纹与变形预测 、裹气预测、冷隔及浇不足的预测、压铸模寿命预测等模块, 通过模拟与分析可以判断模具结构的合理性和成型工艺参数的适宜性。由此得出工艺方案与有关参数以及模具结构对制件质量的影响,从而达到优化模具结构与工艺参数的目的。PROCAST软件的基本模块如下:
(1)热分析模块
本模块进行传热计算并包括Procast的所有前后处理功能。传热包括传导、对流和辐射。Procast的前处理用于设定各种初始和边界条件,可以准确设定所有已知的铸造工艺的边界和初始条件。Procast的后处理可以显示温度、压力和速度场,但又同时可以将这些信息与应力和变形同时显示。
(2) 流体分析模块
流体分析模块可以模拟所有包括充型在内的液体和固体流动的效应。Procast通过流动方程对流体流动和传热进行耦合计算来模拟压铸过程。
(3) 应力分析模块
本模块可以进行完整的热场、流场和应力的耦合计算,可以显示由于铸件变形而产生的铸件和模具的间隙,并进一步确定由于这种间隙的出现而影响的铸件冷却时间和模具中产生的热节。
(4) 辐射分析模块
本模块专用于满足铸铁、铸钢件生产的需要。能够定性和定量地计算固相的转变。通过微观组织模型计算各相如奥氏体、铁素体、渗炭体和珠光体的成分以及相应的潜热释放。
(5) 网格生成模块Meshcast
Meshcast自动产生有限元网格。这个模块与CAD软件的连接是天衣无缝的。它可以读入标准的CAD文件格式如IGES、Step、STL或者Parsolids。同时,MeshcastTM同时拥有独一无二的其它性能,例如初级CAD工具、高级修复工具、不一致网格的生成和壳型网格的生成等。
(6) 反向求解模块
本模块适用于科研或高级模拟计算之用,通过反算求解确定边界条件和材料的热物理性能。有时模拟计算对这些数据有更高的精度要求,这时反算求解可以利用实际的测试温度数据来确定边界条件和材料的热物理性能。
3 CAE技术在注塑模具设计中的应用
3.1 缩孔预测
收缩缺陷在铸造缺陷中占很大比例。缩孔产生的原因是由于凝固收缩过程中液体不能有效地从充型系统和冒口得到补缩造成的缩松由于冒口补缩不足而导致了很大的内部收缩缺陷。通过使用可以确认封闭液体的位置,并使用特殊的判据来确定缩孔缩松是否会在这些敏感区域内发生,还可以计算出缩孔缩松有关的补缩长度。在砂铸中,可以优化冒口的位置和大小和绝热保温冒口的使用。在压铸中, PROCAST软件可以详细准确计算模型中的热节、冷却加热通道的位置和大小以及溢流口的位置。
3.2 裂纹与变形预测
压铸在凝固过程中容易产生热裂,以及冷却过程中也会产生裂纹。利用PROCAST软件的热应力分析,可以模拟凝固和随后冷却过程中产生的裂纹部位,通过模拟提出新的设计方案,在未投入制造前将潜在的缺陷降到最低。
3.3 裹气预测
金属液在充型过程中可能会受阻而将气泡和氧化夹杂物带入铸件中,从而会影响铸件的机械性能。CAE软件能够能够清楚地显示紊流的存在及流动方向,并对其进行跟踪。从而达到直接监视裹气的运行轨迹,为设计合理的浇注系统和溢流孔的位置提供了可靠的依据。
3.4 冷隔及浇不足的预测
选取不当的工艺参数如浇速过慢、型腔过冷、金属液温度过低等都会在充型成型过程中导致缺陷的产生。通过传热和流动的耦合计算,可以准确得到充型过程中的液体温度的变化情况。通过CAE软件可以预测这些铸造充型过程中发生的问题,并随后便可快速地制定和验证相应的改进方案。
3.5 压铸模寿命预测
热循环疲劳会降低压铸模的使用寿命。CAE软件能够预测压铸模中的应力周期和最大抗压应力,结合与之相应的温度场便可准确预测模具的关键部位温度变化周期和区间,进而优化设计以延长压铸模的使用寿命。
4 CAE技术分析模具的步骤
4.1建立有限元模型
首先要将应用CAD 技术建立的几何模型从通用的参数化CAD 软件输出到CAE 软件中,设定有限元网格形状、密度、边界条件等相关信息后,将模型进行网格化处理,建立起可用于分析的有限元模型。
4.2 模流分析
CAE 软件在对应用CAD 技术建立的几何模型有限元网格化处理后,输入铸件名称、牌号和成型过程中所需要的工艺参数后,对铸件模拟充型过程及凝固过程,也可以精确地计算冷却或加热通道的位置。CAE 分析软件就能给出铸件缩孔预测、裂纹变形预测、裹气预测等信息
4.3 模具的优化
根据CAE 软件的分析结果,发现铸件模具浇注系统、冷却系统等设计中存在的缺陷与不足,根据分析结果对模具进行相应修改后,再应用CAE 技术重新进行分析,并最终优化设计出合适的流道、浇口、冷却水道等设计方案。
5 结束语
压铸模具设计是一个复杂的过程,传统的方式会出现设计周期长、成本较高等一系列问题,CAE 技术可以通过模拟来实现对压铸模具设计优化设计,实现对不同方案的快速分析,达到对压铸模具设计问题的及时纠正。CAE 技术实现了模具设计成本的降低和工作效率的提高。
作者简介
铝合金连接套压铸件三维图,其形状特点是圆筒形零件,零件上部外形最大直径Φ99mm、长28mm处最大壁厚3mm有11处。最小壁厚仅1mm共有10处,约12mm宽,28mm长。这样的压铸件在顶出时极易顶碎,顶出极困难。零件中部有12个方孔,需要12个侧抽芯。下部最大壁厚6.25mm,在内孔Φ93mm与Φ80mm孔台阶处有12处小平台上设有顶杆。E-E剖视图中设在零件中部尺寸25处。此处上部外形由11段Φ99mm和12段Φ95mm圆弧构成),下部外形由12段Φ93.5mm和12段Φ92.6mm圆弧构成。12个方孔内40°斜面内孔、槽宽42.5mm和槽宽12.5mm及槽宽8.2mm由动模型芯成形[3-4]。
2模具设计结构及原理
2.1模具结构
模具结构如图3所示。此模具是安装在J1116压铸机上,模具厚度320mm、宽度580mm、高度520mm。动模把模板1通过8个长螺钉2将支撑块3与中板15连接,中板与动模框16通过8个短螺钉37将动模镶件14和动模型芯29连接。通过导向轴4将调整垫5、导向套6、复位杆8、顶杆9、顶杆压板10、推管11、顶杆固定板12连接并导向。螺钉13连接顶杆压板10和顶杆固定板12。动模框16上分别安装12对限位块21、斜滑块22、侧型芯23。侧型芯与定模上的斜导柱18配合。定模框25、斜导柱18、定模镶件27、浇口套28、直导柱33和定模把模板30由螺钉24连接固定。模具分型面在动模镶件14和定模镶件27之间合模接触平面上。
2.2工作原理
图3为模具合模状态,压铸机锤头压射、铝液充满型腔、凝固冷却、开模。开模瞬间由于斜导柱18和斜滑块22孔上面有间隙,所以定模先脱模,然后斜导柱带动斜滑块及侧型芯23脱模。在侧型芯完全脱模后,动模在开模的过程中2个顶出轴7对顶杆压板10有作用力同时传递给顶杆9和推管11将零件顶出,然后检查清理铸件、模腔、喷涂料、合模。
3零件顶出的设计
零件的顶出用推管11和12个Φ4mm顶杆9同时顶出零件,见图3连接套压铸模装配图的顶出结构。推管顶在零件的11段Φ99mm壁厚3mm的端面上,12个顶杆分别顶到Φ93mm底部的12个小平台上,平台的壁厚6.75mm,确保零件不断裂、不变形。
4型芯力、零件受力分析及强度校核
零件的上部Φ93mm深28mm最薄弱,截面如图4。在11段Φ99mm处用推管顶出,在Φ93mm孔底部12个小台阶处用Φ4mm顶杆顶出,零件的顶出力应克服最大抽拔力1700.3kN。由于推管和顶杆同时将零件顶出,所以推管的顶出力为850.2kN。每段3mm壁厚处受力F1为77.3kN,每个顶杆的顶出力为F2,每段1mm壁厚处零件铝合金YL117的抗剪切强度为210kN/mm。推管顶出部分1mm壁厚截面积13mm2,能承受最大剪切力为2730kN。远大于77.3kN。所以此顶出方案可行。
5容易出现的问题及应对措施
连接套压铸模具结构复杂,共有12个侧型芯,通过斜滑块及斜导柱控制抽芯,并用推管和推杆的联合作用实现零件的推出,模具结构新颖,但模具制造精度要求高,压铸件在脱模时容易产生裂纹甚至破碎,最大的难点是零件顶出问题的解决。采取具体措施如下:
(1)首先要保证模具主要配合零件的尺寸精度在0.01mm以内;
(2)要对侧型芯、动模镶件、定模镶件、动模型芯零件表面进行等离子喷涂处理,使侧型芯表面有一层厚度为小于0.005mm高强度的镀层有利于型芯脱模、防止型芯拉伤、粘铝、减少零件受力;
(3)严格控制开模顺序:以保证首先抽拔侧型芯时,模具的其它零件在高精度状态下对压铸件起到支撑和保护作用;侧型芯完全脱模后,再精确顶出压铸件;
关键词:汽车;覆盖件;冲压;汽车工业
中图分类号:X734.2 文献标识码:A
汽车覆盖件冲压理论和技术的发展将带来汽车工业的发展和相关领域的发展。
1 汽车锻造模具技术
1.1 概述
锻造模具的主要技术发展方向是提高模具设计水平,采用新型模具材料,使用高效高精度加工手段,以期在模具高寿命的状态下实现锻件高精度。
1.2 未来市场需求及产品
锻造技术在汽车工业中应用最为广泛,在铁路、航空、航天、船舶等工业领域的应用也在逐渐增加。预计未来国内汽车工业和其他行业仍将保持持续快速发展的态势,锻造工业也将随之持续发展,与此相伴,锻造模具的需求将会逐渐增加。
1.3 关键技术
1.3.1 锻造模具CAD/CAM/CAE 一体化技术及信息化技术
(1)现状。CAD/CAM技术已广泛应用,CAD/CAM/CAE 一体化技术应用还较少,锻造模具信息化技术鲜有使用。(2)挑战。CAD/CAM/CAE软件大部分来自国外,价格昂贵,使用不便。成形过程数值模拟技术尚需突破。(3)目标。普遍采用CAD/CAM/CAE一体化技术,精确化数值模拟替代传统工艺调试,开发出具有自主知识产权的锻造模具CAD/CAM/CAE软件,促进集成PDM、ERP、 MIS系统与Internet平台的锻造模具信息化网络技术广泛使用。
1.3.2 锻造模具延寿、快修及再制造技术
(1)现状。模具寿命较低,平均寿命热锻模6000件,温锻模4000件,冷锻模10000件,锻造模具快速修复及再制造技术刚刚起步。(2)挑战。国内模具材料技术水平还不高,热处理和表面处理技术重视程度不够,缺乏针对不同工艺条件下的模具技术细致研究。(3)目标。锻造模具普遍采用真空热处理技术,按需要采用氮化、CVC、PVC等表面处理技术。热锻模采用高强高韧性耐热合金,依据变形材料、工艺、变形条件不同使用专门剂,模具寿命2万件;温锻模使用专用温锻模具材料,专用温锻剂,寿命1万件。冷锻模采用硬质合金甚至高韧性工业陶瓷制造,使用无公害绿色剂,寿命10万件。推广锻模快修及再制造技术,使模具材料消耗大幅度减少。
1.3.3 高速、高效、高精度锻模加工技术
(1)现状。数控电火花加工和少量转速在12000r/min以上的高速加工中心。(2)挑战。锻件精度的提高要求锻造模具尺寸精度高,表面质量好,硬度高。(3)目标。开发出主轴转速100000r/min专用模具高速加工中心,锻模工作部分尺寸精度 IT4级,表面粗糙度Ra0.1,可加工硬度60HRC以上。
1.3.4 精密多功能数控有动力锻造模架技术
(1)现状。导柱导套式模架为主,导锁式模架开始使用,没有采用自动卡紧装置。(2)挑战。传统模架功能单一,导向精度差,模架无动力,无液压系统,无控制系统。(3)目标。带自动的导轨式模架,导向精确。普遍采用液压自动夹紧装置,自带伺服电机驱动系统,有独立控制系统,可以实现按时序顶料、飞边托举等功能。
1.3.5 精密化与复合化的辅助工序锻造模具技术
(1)现状。辊锻模、楔横轧模使用不多,辊锻工艺多为制坯辊锻,辊锻模寿命2万件左右。冲孔、切边模和热校正模分工序、分设备进行,工件经历变形——校正过程。冷精压模主要为平面精压,以矫正工件变形为主。(2)挑战。传统自由锻制坯形式效率低,能耗大,制坯精度低。冲孔、切边模热校正模分工序分设备进行使生产流程长,操作人员多,锻件质量低。平面冷精压不能提高锻件精度。(3)目标。辊锻模、楔横轧模在轴类件制坯工序中广泛使用,辊锻工艺向预成形辊锻发展,辊锻模寿命10万件。冲孔、切边、热校正等工序在一台设备上以复合模的方式完成,工件无变形。冷精压模采用体积精压,提高锻件精度1-2级。
2 汽车铸造模具技术
2.1 概述
铸造模具技术的提高,将对提高铸件质量,发展新型铸件,提高近净加工水平有重要意义。铸造模具技术的进步,将为汽车、电力、船舶、轨道交通、航空航天等国家支柱性产业提供更多精密、复杂、高质量的铸件,促进我国制造业整体水平的提升。
2.2 未来市场需求及产品
随着汽车、摩托车、航空航天等工业的高速发展,铸造模具每年以超过25%以上的速度快速增长,铸造模具技术有了很大的进步,但是以轿车铝合金发动机缸体为代表的大型、复杂压铸模具主要依靠进口。当前,正值我国汽车、摩托车工业进入高速增长期,产量连续多年大幅度增长,可以预测未来10-20年,我国铸造模具的生产仍将获得主要来自汽车工业的强劲推力而高速增长。在节能减排的背景下,黑色金属重力铸造模具增量将放缓,而铝镁合金压铸模具、低压铸造模具和挤压铸造模具将大幅度增长。
2.3 关键技术
在未来10 - 20年时间内,铸造模具技术发展需要解决关键技术主要有:
2.3.1 CAD/CAM/CAE/CAPP 一体化技术
(1)现状。计算机辅助设计(CAD)和辅助制造(CAM)已经开始普遍应用于铸造模具行业,但是铸造过程的辅助分析( CAE)和辅助工艺过程设计(CAPP)才刚刚起步。(2)挑战。建立合理有效的铸造过程分析模型、边界条件及参数,是铸造模具热平衡、铸造过程充型和凝固模拟技术的关键;同时,把铸造模具从订单开始,有效地通过网络化来组织生产和销售,是模具企业信息化面临的一个挑战。(3)目标。通过CAD/CAM/CAE/CAPP 一体化技术在铸造模具中的应用,大大提高铸造模具的质量、缩短制造周期。
2.3.2 高速精密数值化加工和检测技术
(1)现状。数控铣和三坐标检测技术已经广泛应用于模具加工,但高速加工刚刚起步。(2)挑战。亟须解决高速加工设备的成本、稳定性问题以及与之配套的编程和刀具问题。(3)目标。铸造模具加工精度和光洁度大大提高,加工效率提高3倍以上。
2.3.3 快速制模、快速成形以及逆向工程技术
(1)现状。快速制模、快速成形以及逆向工程技术还未在铸造模具行业广泛应用。(2)挑战。开发出低成本、高效、稳定的快速成型设备及其成型工艺是其推广关键。(3)目标。大大提高铸件和铸造模具的开发速度和开发质量。
2.3.4 高寿命模具技术
(1)现状。与国外模具相比, 国产铸造模具寿命普遍较低。(2)挑战。开发出高性能的模具新材料和有效的模具热处理、模具表面处理技术,是提高模具寿命的关键;同时,在模具制造和使用过程中考虑到铸造模具的热平衡,也有利于提高铸造模具寿命。(3)目标。使我国铸造模具的寿命与发达国家相当。
参考文献
[1]. 汽车覆盖件模具设计基础[M].北京: 机械工业出版社.2012.
(1.福州大学;2.福建信息职业技术学院,福建 福州 350003)
摘 要:近年来,随着我国汽车、电子等行业的迅速发展,对镁合金压铸件的需求也不断的增长.本文主要讲述镁合金齿轮箱产品研发过程中压铸模的设计理念和生产方面的经验.该模具在制造的过程中,应用镁合金压铸工艺,采取主浇道环型结构,内腔采用分型结构,设计了4个滑块,3个方向抽芯.实验结果显示,该模具不仅压铸件成形好,压铸的缺陷也会相对减少,模具的寿命也会增加.
关键词 :镁合金;模具设计;压铸工艺;齿轮箱
中图分类号:TC292 文献标识码:A 文章编号:1673-260X(2015)01-0148-02
面对竞争日益激烈的市场竞争,对镁合金压铸的要求也越来越严格,使得设计者们被动的不断地提高着产品的质量,缩短着研发时间.在不存在特殊原因的情况下,镁合金的产品与其他合金的铸件设计有许多的相似之处.但又要做到在设计中既要突出镁合金的特征与优势又要避免容易出现的问题,就需要压铸件与模具相互适应,充分发挥出镁合金的优点,确保获得高质量的产品.
1 镁合金的发展现状
镁合金与目前正在使用的相对较多的材料相比,具有密度小、比强度高、以及良好的压铸工艺性、导热性、减振性、电磁屏蔽性、可回收利用等特点.能够满足不同行业的需求,供求量很大,作为轻质合金材料未来的前景不可限量,已经广泛的应用于社会生产中.许多国家已经利用镁合金做出了重大的研究,将其定义为二十一世纪的重要战略材料.
因为镁合金的许多优点和无法取代的特点,让镁合金的需求量大幅度上升,镁合金压铸件在汽车产业制造中占有比例很大;亚太地区市场约占16‰、北美市场约占50‰、欧洲市场约占25‰、其他地区约占9‰.
而我国的镁合金产业虽然才发展不久,但自在90年代以后,我国的汽车、电子、通讯等领域发展已经得到了很大程度上的提高.在如今这个科技发展迅速的时代,只有不断的研发创新才不会落后.我国作为镁资源生产大国、存储量占世界的22.5‰,年产量截止到2001年底全国50余家镁企业的产量仅达10万吨.通过不断的努力,我国的镁工业从镁产品的进口国变身成为世界最重要的产品出口国.
2 压铸模设计
镁合金齿轮箱结构如图1所示,内部结构较为复杂,要求模具结构设计合理,为保证成型质量,要有合理的浇注系统,较大的浇道面积,较高的填充速度和较短的充填时间.
2.1 压铸机的选择
对于镁合金铸件的生产环境的温度、不论是热室压铸机还是冷室压铸机都和生产出的铸件的壁厚有关.通常情况下,为了保证壁薄的,小于1kg的铸件则需要热室压铸机,大件的基本选用冷室压铸机.该齿轮箱采用700T冷室压铸机进行压铸成型.
2.2 模具设计
由于镁合金有着很好的压铸工艺性能,在生产的过程中,应该相对地把镁合金的优点和不可代替的优势融合进去,并且选用适合镁合金的工艺参数和模具设计标准.与铝合金不同的是,因为熔化的镁合金不易与钢铁融合,所以使模具的使用寿命得到了延长.至于其他的,例如热学约650℃和机械力学比压对模具的冲压与加工铝的时候都有些相同.现在我们可以做到压铸件壁薄至0.6mm的薄壁件.因为镁合金的液体可以再模具腔内迅速凝固、要求充型时间短,压射冲头的速度比铝高出30%.
实践表明,铸件的抗拉强度与第二级压射速度有着直接的关系.主要因素是:短的充型时间和充型期间产生的漩涡.压铸模喷涂的频繁,表面会有喷涂材料的微粒和氧化物,会改变溶液在内浇口的速度,大约在90—100m/s.这样的改变,就会减少内浇口速度造成的破损.
2.3 镁合金压铸模特点
(1)充型时间比铝短30%,(2)内浇口的速度为90—100m/s,(3)斜度小,(4)模具温度在220℃—240℃(需要用模具控制器),(5)镁的流动性好,边角固定好,对模具塑固要求高.
2.4 镁合金压铸模的应用
近些年我国的大型成套设备中,齿轮是最关键的部分之一.通过引进相关的技术和不断的创新,也代表着制造业的发展水平的高精度,以及在这方面所取得成就.从发展趋势上看,是在不断的进步,占据主导地位,并会持续相当长的发展阶段.
由图2结构图所示.镁合金的齿轮箱的压铸由动模套版、顶出机构、动模型芯、定模型芯、抽芯滑板、定模板套、动模固定板和浇道等部分组成.该模具大体还是选取了铝合金压铸模的结构成分,但又做了一定程度的改变,突出了镁合金的特点与优势.做了一些大胆的创新.
首先,在模具的浇道上做了一定的改变:选取厚度为8~16mm,宽度为18~28mm的增压型环型主浇道,以保证在填充的过程中速度得到了提升.由于齿轮箱的结构复杂,设置的辅助浇道可以减少充填的时间,流动的阻碍减少,甚至减少了喷溅、冷隔、紊流等缺陷.
其次,根据齿轮箱结构复杂这一特点,也做了一些设计.设计成4个抽芯的结构方式;滑块之间的距离为0.03mm以内;销子与模具内孔之间的距离为0.012以内,模具的制作工艺精度高达GBIT6级.此外,选取内腔结合处不用去毛刺的直接加工的分型结构,可以大大的减轻成本负担,还可以保证压铸产品的质量与速度.
3 压铸工艺设计与工艺
压铸是镁合金铸造的最主要的成形工艺.世界上镁合金铸件总数的93﹪是通过压铸工艺成形的.这最主要的原因就是镁的压铸工艺工艺性能很好.
对于镁合金齿轮的成分分析见表1.镁合金具有的一系列特征使得镁合金零件的压铸工艺与铝合金的压铸工艺有着显著的不同.与铝合金比较来说.镁合金有着低比热容和低相变潜热、低动力学粘度、高流动性、凝固时间短等特点.选取填充速快,更节约时间的充填时间的压铸工艺,与镁合金进行综合研究和生产.
3.1 真空压铸
真空压铸是指在压铸的过程将腔内的气体抽出,减少压铸件内的气孔和溶解气体,从而达到提高铸件质量的目的.由于镁合金在凝固的过程易产生枝晶,被枝晶占据的地方会因阻碍液体形成负压,析出有利位置.因为镁合金中的疏松对气孔的形成起着帮助作用,
3.2 充氧压铸
充氧压铸又叫做无气孔压铸.在金属液充型前,在型腔内冲入氧气或者其他气体,来替换腔内的空气.金属液体进入腔内时,会与活性气体产生化学反应,生成金氧化物微粒,这种微粒分散在墙内,分解了存在的空气,使压铸件可以通过热处理强化,使铸件比普通铸件的塑造效果更明显.而普通镁合金是无法进行力学性能测试的.
3.3 挤压铸造
北美压铸协会对挤压铸造的解释是:运用低的充型速度和最小的运动,达到金属液体在高压下凝固的目的.高精度的从而获得铸造工艺.充型压力高是挤压铸造最突出的特点.比重力金属型铸造要高几个级别,而对铸件造成的影响:合金与铸型间的传热系数的增加;减少腔内金属液体中的气体析出,从而提高铸件的密度与质量.
3.4 半固态铸造
虽然有了挤压铸造、常规铸造、充氧铸造等方式可以塑造出高质量、快速度、复杂多样的镁合金铸件,但也很难逃脱在生产过程中遇到的各种问题,所以必须过热保证合金液的流动来克服众多的问题.例如,镁合金的氧化燃烧,这主要是利用半固态有充型平稳、金属液氧化损失较少、无金属喷溅可进行热处理、铸件寿命长等特点.
3.5 填充时间
对于镁合金,填充时间要短,保压的作用就是让压力传递给还没有凝固的液体,通过高压结晶获取高质量的压铸件.除此以外,因为镁合金的特殊性的缘故,在利用镁合金进行压铸制造产品时,在其开发以及生产的过程中,还应该对镁合金的生产中的其他一些工序进行多加注意,其中,在生产过程中,镁合金的熔化、保温以及压铸和对镁合金的后续加工以及对镁合金的处理等过程中都应该采取一定的安全防护措施,这样才能更加保证产品的质量.
3.6 安全操作
镁具有易燃易爆的特性、因此在生产过程中、必须有较强的安全意识.在生产时基本保护用品必须佩带齐全,如、工作服、安全帽、口罩、防护模具等等.为穿戴齐全不可靠近.镁合金生产中涂料不易喷放过多,以免引发危险.设计员者们应时刻注意着,以免造成不必要的伤亡.
4 结语
根据多年的设计铝、锌等多种金属产业以及多年压铸生产积累下来的经验,现在已经自主设计了镁合金齿轮压铸模的一系列工序,并且已经按照成功的设计制造出了模具.经过多方面的实际检验,制造的模具有效使用时间长的特点.制定的镁合金齿轮箱压工艺十分合理,并且在稳定性上也超出世面上的其他产品的平均水平,而且在压铸成型的质量以及表面的质量上也比世面上的许多同类型产品高出许多,而且利用我公司的自主设计的工序成产制造出的产品的成品率也比以往的工序生产制造出产品的成品率提高了不少.
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参考文献:
〔1〕张玉海,阎峰云,黄晓锋.AM60B镁合金压铸工艺的研究[J].铸造,2011(04).
〔2〕李远发,洪艳,况志强,饶辉.镁合金DVD盖压铸模具设计[J].特种铸造及有色合金,2011(04).
〔3〕程晓宇,熊守美.AM50镁合金压铸件致密性与压铸工艺研究[J].铸造,2011(07).
【关键词】模具制造;数控加工;数控车削技术;数控铣削技术
1、模具的数控加工
1)模具数控加工的特点
(1)模具的制造是单件生产。每一副模具都是一个新的项目,有着不同的结构特点,每一个模具的开发都是一项创造性的工作。
(2)模具的开发并非最终产品,而是为新产品的开发服务,一般企业新产品的开发在数量上、时间上并不固定,从而造成模具生产的随机性强、计划性差,包括客户变动大、产品变化多,因此对模具制造企业的人员有更高的要求,要求模具企业的员工必须能快速反应,也就是要有足够的基础知识和实践经验。
(3)模具制造要快速。新产品的开发周期越来越短,而模具又是新产品开发费时最多的项目之一,模具开发的周期随之缩短,因此模具从报价到设计制造过程都要有很快捷的反应。特别是模具制造过程必须要快,才能达到客户的要求。因此就要求模具的加工工序应高度集成,并优化工艺过程,在最短的加工工艺流程中完成模具的尽量多的加工。
(4)模具结构不确定。模具需要按制件的形状和结构要素进行设计,同时由于模具所形成的产品往往是新产品,所以在模具开发过程中需要有更改,或者在试模后,对产品的形状或结构作调整,而这些更改需要进行重新加工。
(5)模具加工的制造精度要求高。为了保证成形产品的精度,模具加工的误差必须时行有效控制,否则模具上的误差将在产品上放大。模具的表面粗糙度要求高,注塑模具或者压铸模具,为了达到零件表面的光洁,以及为了使熔体在模具内流动顺畅,必须有较低的表面粗糙度值。
2)模具数控加工的技术要点
(1)模具为单件生产,很少有重复开模的机会。因此,数控加工的编程工作量大,对数控加工的编程人员和操作人员就有更高的要求。
(2)模具的结构部件多,而且数控加工工作量大。模具通常有模架、型腔、型芯、镶块或滑块、电极等部件,需要通过数控加工成形。
(3)模具的型腔面复杂,而且对成形产品的外观质量影响大,因此在加工腔型表面时必须达到足够的精度,尽量减少、最好能避免模具钳工修整和手工抛光工作。
(4)模具部件一般需要多个工序才能完成加工,应尽量安排在一次安装下全部完成,这样可以避免因多次安装造成的定位误差并减少安装时间。通常模具成形部件会有粗铣、精铣、钻孔等加工,并且要使用不同大小的刀具进行加工,合理安排加工次序和选择刀具就成了提高效率的关键因素之一。
(5)模具的精度要求高。通常模具公差范围在达到成形产品的1/5~1/10,而在配合处的精度要求更高。只有达到足够的精度,才能保证不溢料,所以在进行数控加工时必须严格控制加工误差。
(6)模具通常是“半成品”,还需要通过模具钳工修理或其他加工,如电火花加工等,因此在加工时,要考虑到后续工序的加工方便,如为后续工序提供便于使用的基准等。
(7)模具材料通常要用到很硬的钢材,如压铸模具所用的H13钢材,通常在热处理后,硬度会达到52~58HRC,而锻压模具的硬度更高。所以数控加工时必须采用高硬度的硬质合金刀具,选择合理的切削用量进行加工,有条件的最好用高速铣削来加工。
(8)模具电极的加工。模具加工中,对于尖角、肋条等部位,无法用机加工加工到位。另外某些特殊要求的产品,需要进行电火花加工,而电火花加工要用到电极。电极加工时需要设置放电间隙。模具电极通常采用纯铜或石墨,石墨具有易加工、电加工速度快、价格便宜的特点,但在数控加工时,石墨粉尘对机床的损害极大,要有专用的吸尘装置或者浸在液体中进行加工,需要用到专用数控石墨加工中心。
(9)标准化是提高效率、缩短加工时间的有效途径。对于模具而言,尽量采用标准件,可以减少加工工作量。同时在模具设计制造过程中,使用标准的设计方法,如将孔的直径标准化、系列化,可以减少换刀次数,提高加工效率。
2、数控加工在模具制造中的应用
1)模具的数控加工技术按其能量转换形式不同可分为:
(1)数控机械加工技术。模具制造中常常用到的如数控车削技术、数控铣削技术,这些技术正在朝着高速切削的方向发展。
(2)数控电加工技术,如数控电火花加工技术、数控线切割技术。
(3)数控特种加工技术。包括新兴的、应用还不广泛的各种数控加工技术,通常是利用光能、声能、超声波等来完成加工的,如快速原型制造技术等。
这些加工方式为现代模具制造提供了新的工艺方法和加工途径,丰富了模具的生产手段。但应用最多的是数控铣床及加工中心;数控线切割加工与数控电火花加工在模具数控加工中应用也非常普遍;而数控车床主要用于加工模具杆类标准件,以及回转体的模具型腔或型芯;数控钻床的应用也可以起到提高加工精度和缩短加工周期的作用。
在模具数控制造中,应用数控加工可以起到提高加工精度、缩短制造周期、降低制造成本的作用,同时由于数控加工的广泛应用,可以降低对模具钳工经验的过分依赖。因而数控加工在模具中的应用给模具制造带来了革命性的变化。当前,先进的模具制造企业都以数控加工为主来制造模具,并以数控加工为核心进行模具制造流程的安排。
2)数控车削加工
数控车削在模具加工中主要用于标准件的加工,各种杆类零件如顶尖、导柱、复位杆等。另外,在回转体的模具中,如瓶体、盆类的注塑模具,轴类、盘类零件的锻模,冲压模具的冲头等,也使用数控车削进行加工。
3)数控铣削加工
数控铣削在模具加工中应用最为广泛,也最为典型,可以加工各种复杂的曲面,也可以加工平面、孔等。对于复杂的外形轮廓或带曲面的模具,,如电火花成形加工用电极、注塑模、压铸模等,都可以采用数控铣削加工。
4)数控电火花线切割加工
对于微细复杂形状、特殊材料模具、塑料镶拼型腔及嵌件、带异形槽的模具,都可以采用数据电火花线切割加工。线切割主要应用在各种直壁的模具加工,如冲压模具中的凹凸模,注塑模中的镶块、滑块,电火花加工用电极等。
5)数控电火花成形加工
模具的型腔、型孔,包括各种塑料模、橡胶模、锻模、压铸模、压延拉深模等,可以采用数控电火花成形加工。
总之,模具具有结构复杂、型面复杂、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特点。应用数控加工模具可以大副度提高加工精度,减少人工操作,提高加工效率,缩短模具制造周期。同时,模具的数控加工具有一定的典型性,比普通产品的数控加工有更高的要求。
参考文献
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[2]刘洪璞.模具钳工实用技能[M].北京:机械工业出版社,2006.01
[3]张能武.模具工常用技术手册[M].上海:上海科学技术出版社,2008.10