典型镁合金的模具设计.doc

· 典型镁合金的模具设计
· AZ31B镁合金薄壁壳形件真空压铸模的设计

      利用模内直接抽真空的方法可以解决镁合金薄壁壳形件流程长、填充型腔困难的问题，同时可减少镁合金的氧化和内部气孔、提高压铸件致密度、减小变形和达到高的表面质量要求。分析了薄壁壳形件镁合金真空压铸模设计的要点，指出了模具浇注系统、排溢系统、冷却系统和推出机构等的设计与常规压铸模具设计之间存在的差别，确保真空压铸成型工艺能够顺利实现。

1 引言
    镁合金薄壁件较好的成形方案是真空压铸，真空压铸成形有2种方法：①利用真空罩密封压铸模成形法；②模腔直接抽真空成形法。由于模腔直接真空法对装备要求较低，抽气量小且生产周期短，得到较多地应用。模腔直接抽真空压铸法的关键是真空压铸模的设计与制造。以笔记本电脑机壳为例，说明薄壁镁合金压铸件真空压铸模设计的要点，以供参考。

2 薄壁壳形件压铸工艺参数选择

    图1所示压铸件材料为镁合金AZ31B，其化学成分为：2.50％一3, 50% Al、0.61％一1. 40% Zn、0.20％-1 . 0% Mn、Si À≤0. 10%、Fe ≤ 0,005 %、Cu≤0.05%, Ni0. 005%、总杂质 0.30%，密度为1. 8g/mm 3。压铸件最大轮廓尺寸为246mm x 200nvn，均匀壁厚为1. 26mm， 最小壁厚为0. 8mm，筋厚为0. 6mm,压铸件总质量约为75.38。依据压铸件的结构特点和要求，为增强镁合金液的充填能力、减少氧化、提高压铸件质量，采用模腔直接抽真空压铸法成形。基本工艺过程为：镁合金液注人压室，压射冲头密封注料口后开始抽真空，达到一定真空度后，关闭总排气槽，此时压射冲头转为快速压射，经保压、冷却、开模取件，完成一次真空压铸成形过程。成形工艺参数初选为：压射比压400MPa、压射速度0. 8m/s、合金的充填速度约35一40m/ s、充填时间取0.03S ，合金浇注温度660 一70090，模具温度取27090，涂料为聚乙烯煤油，精确工艺参数依据试模情况确定。压铸设备为卧式冷压室镁合金压铸机。
 1. 1 模具总体结构方案
       模具采用1模1件，分型面沿压铸件侧壁下边界呈阶梯面延伸至模外，以利于气体的流动。浇注中心与模具中心重合，镁合金液由压铸件窗体内侧进料，内浇口位置选在窗体上半部，多点进料，浇注系统与排溢系统的布局如图2所示。模具动、定模成型部分为整体镶块结构，材质选用DAC55，壁侧通孔采用整体斜导柱抽芯机构成型，推出机构选用推杆推 出，模架尺寸为540mm x 560mm x 400mm，图3为压铸模结构简图。
 1.2 模具浇注系统与排溢系统的设计
      浇注系统设计是压铸模设计中保证制品成形质量的关键，浇注系统设计的优劣取决于分流道的布局、内浇口位置的选择和内浇口断面尺寸的确定。

    考虑压铸件为薄壁壳形件，金属液相对流程很长（最大流程达375mm，而均匀壁厚仅1. 26mm），充填较困难，因此，内浇口分布的区域应比常规壁厚压铸件宽得多（见图2），防止料流紊乱，产生明显的流痕。分浇道开设应尽可能开成流线形，料流末端留有较大容积，以便去除冷料。由于采用真空压铸，模腔内压力很低，内浇口断面积应相对取较大值，以减少金属液流动阻力，尽快充模，内浇口位置应根据压铸件结构形状按金属液充填规律确定。通常内浇口断面积可依下式计算。

    真空压铸成型模内浇口的断面积可比理论计算所得数据大，内浇口的实际取值为123. 2㎡，约为计算值的3.5倍。如此大的差别主要有如下原因造成：①式(1)中未将溢流槽部分金属液计算在内；②增大内浇口尺寸可以加速真空型腔的填充，减小合金液流动阻力；③增大内浇口断面尺寸，可延长内浇口凝结时间、有利于补缩、减少冷却收缩变形。

    排溢系统设计时，料流最后到达的各溢流槽应与主排气道相连，并与抽真空系统相连通，主排气道尺寸可比普通排气槽大许多，便于型腔空气的抽出。溢流槽总体积应大于压铸件体积的20%，由于分型面密封性要好，型腔内残留气体不能通过分型面排出，应由溢流槽容纳，且是薄壁件成型，冷料对压铸件表面质量影响较大，因此，特别加大了溢流槽的容积， 实际溢流槽总体积为14265.5mm3，约占压铸件总体积的34.3%0溢流槽的布置应均匀，以平 衡模具成形区域的温度，使压铸件各处温度较均匀，减小冷却收缩变形。为防止镁合金液进人抽真空系统，在主排气道的末端设计有波纹形排气镶块，如图4所示，动、定模排气镶块 之间的波纹间隙内侧为lmm，外侧为0.5mm，这样有利于型腔中的气体快速抽出，而又不容易让合金液溢出，还可消除气流的啸叫声。

1.3推出机构设计
    推出机构应便于制造和维修，采用推杆推出较好。推杆的布置应遵循压铸件受力均匀的 原则，由于是壳形件脱模力较大，而薄壁压铸件的承载力又较低，因此，应适当增大推杆的直径和增多推杆的数量。同时推杆的布置还应兼顾冷却水道的布置，以免与水道干涉，造成水道难以开设或漏水现象。推杆与推杆孔的配合间隙应比普通压铸模的小，以利于型腔真空度的控制，提高抽真空的速度，推杆与孔的配合间隙可取0.015一0. 03mm。推杆分布情 况如图2所示，模具使用推杆直径为必2.5必8mm，推杆总计81根。

1.4冷却系统设计
    冷却系统用于调节模具温度，使之达到压铸工艺规定的模温要求，对于薄壁壳形件，模具温度的均匀性比一般压铸件要求更高，冷却不均匀将导致压铸件严重的翘曲变形，同时冷却效果的好坏还影响镁合金压铸件内部组织和外观以及生产周期。为使模温均匀，在定模镶块、动模镶块、分流锥和浇口套上均开设了循环冷却水道，冷却能力应比常规理论计算值大，以便对模具温度进行有效的控制。水道布局参见图30

1.5 模具刚度的加强
    为提高真空压铸模分型面的配合精度，保证分型面的密封效果，增设了4根支承柱（见 图3)，用来加强模具的刚度，减小动模板的受力变形。全部支撑柱的高度应一致，且应比2个垫块高度尺寸高0.02一0. 05mm.

结束语
    型腔直接抽真空法用于薄壁壳形件镁合金压铸模的设计要点为：①模具分型面的密封性要求较高，应相对提高模具成型镶块分型面的配合精度，减小推杆的配合间隙；②浇注系统形状应流畅，内浇口分布应宽，内浇口断面尺寸应比普通压铸模大；③溢流槽容积更大，主排气道应与主要溢流槽相连，主排气道末端以波纹形排气镶块结构为宜；④模温要求更均匀，推杆直径和数量应适当加大，以免冷却和推出时变形、开裂；⑤模具总体刚度应加强，增设支撑柱是很有效的解决办法。该模具经实际生产验证，压铸件完全能达到质量要求。