鋁合金外殼壓鑄工裝設計詳解

本文首先對鋁合金外殼的結構和壓鑄工藝進行了分析，利用UG軟件完成了鋁合金外殼壓鑄模具的設計。 實踐證明，設計的壓鑄件合理，所得鑄件表面光潔，產品質量符合要求。

鋁合金後殼壓鑄件結構及工藝分析

• 1.1 壓鑄結構 從圖1可以看出，後殼填料蓋澆注結構比較簡單，鑄件壁厚基本均勻，有兩個鑄孔，但由於鑄孔壁稍厚，熱容易出現斑點，壓鑄件整體壁厚比較均勻。 選擇壁厚時，應考慮多種因素：壓鑄結構、材料特性和設計的壓鑄工藝。 只有薄壁或均勻壁厚才能滿足所有方面。 要求。
• 1.2 鑄件外緣的最小壁厚。 良好的鑄件成形條件要求有一定的外緣壁厚。 邊壁厚度s與深度h的關係為s≥(1/4～1/3)hmm。 當 h<4.5mm 時，則 s≥1.5mm。
• 1.3壓鑄材料壓鑄材料為壓鑄鋁合金，牌號YZAlSi9Cu4，抗拉強度240MPa，布氏硬度85HBS，平均收縮率為0.6%。 所選合金具有良好的鑄造性能，特別適用於壓鑄。
• 1.4 澆鑄圓角半徑為了使金屬液流動更順暢，更容易排出氣體，結構設計為使用澆鑄圓角，用圓角代替結構的尖角也可以避免產生裂紋。 設計結構的圓角半徑取決於結構壁厚，範圍一般為0.5～1mm。
• 1.5拔模斜度的選擇應綜合考慮鑄件幾何形狀（深度、壁厚、型腔或型芯表面）、粗糙度、加工晶粒方向等多種因素進行選擇。綜合考慮以上因素，殼體脫模斜度的設計鑄件：外表面α=30'，內表面β=1°。

壓鑄工藝參數設計

2.1壓鑄機的選擇在選擇壓鑄機時，首先要確定合模力。 鎖模力有兩個作用：一是用來平衡背壓，達到鎖緊分型面的目的； 二是防止熔融金屬飛濺，達到達到目標尺寸精度的目的。 設計的鑄件沒有局部膨脹力，因為這種模具沒有側抽芯（壓鑄沒有側孔和咬邊）。 因此，F lock ≥ KF main=1.25×1288.352=1610.44kN。 根據以上計算，得到鎖模力的值和鑄件的重量。 根據這兩個主要因素來選擇壓鑄機，最終選擇的機型為：臥式冷室壓鑄機（2500kN）——J1125型，主要參數：

• ①最大金屬澆注量———3.2Kg,
• ②模具厚度————250~650mm,
• ③動模座板行程————400mm,
• ④注射力—— —143~280kN。

2.2 壓鑄壓力 壓鑄壓力是壓鑄過程中的主要參數之一。 因此，掌握液態金屬的壓力變化具有重要意義。 壓鑄 並合理控制壓鑄過程各階段的壓力：

• ①獲得合格鑄件—— ——組織緻密，輪廓清晰；
• ②比注射壓力的初始計算——根據選定的注射力計算。 具體注射壓力還與模具型腔空間、鑄件壁厚、熔融金屬工藝等因素有關。 結合設計模具的具體參數和初始值，最終將該壓鑄模具的注射比壓力設定為90MPa。

2.3 壓鑄速度壓鑄速度的選擇有以下兩個方面：注射速度選擇和填充速度選擇。 兩種速度的選擇非常重要，直接決定了鑄件的內外質量和輪廓清晰度。 選擇灌裝速度時要考慮的因素：

• ①鑄件尺寸，
• ②鑄件結構的複雜性，
• ③鑄件選用的合金種類，
• ④注射壓力高低。

具體選擇：

• ①較容易充填的鑄件——壁厚簡單或內在質量要求較高的鑄件，選擇：低速、高比壓、大澆口；
• ②需要快速填充---複雜薄壁或表面質量要求較高的鑄件，選擇：高速、高比壓。 綜合考慮，根據該壓鑄件的具體特點——結構比較簡單，選擇中速，範圍為20～90m/s。

2.4 壓鑄時間決定了壓鑄時間，它由所需時間三部分組成：填充時間、保壓時間和壓鑄件在壓鑄模具中停留的時間。 幾個因素共同產生了這個結果：壓力、速度、溫度、熔融金屬特性，以及鑄造結構（主要是壁厚和體積）和模具結構（特別是澆注系統和排水系統）等因素。 填充時間大多在0.01~0.2s之間。 長度由鑄件的大小和結構的複雜程度決定：結構簡單、體積大的鑄件需要較長的充型時間； 結構更複雜、壁厚更小的鑄件需要的時間很短。 經實際測試，填充時間設定在0.2s左右，對於本文設計的中小型鋁合金壓鑄件來說是合理的。 保壓時間的作用是：注射沖頭有足夠的時間對未凝固的金屬施加壓力，使結晶過程在壓力下進行，增強了進料，成功地獲得了緻密的組織。 影響時間長短的因素：所選合金的熔點、結晶溫度範圍和鑄件壁厚。 熔點高、範圍大、壁厚大的鑄件需要的時間長，2~3s； 設定時間過短會出現收縮現象，但延長保溫時間無明顯影響。 1～2s為一般保持時間範圍。 本設計中鑄件的平均壁厚為 3 毫米。 考慮其結構和合金性能，選擇3s作為保溫時間。 2.5 壓鑄溫度 確保鑄件合格的主要工藝參數——金屬液的澆注溫度和模具的工作溫度。 影響它的因素有很多：鑄件的結構、壁厚、填充壓力、速度和合金類型。 需要綜合考慮以上參數，確保壓鑄溫度穩定在合理範圍內，提供良好的充型條件。 如果澆注溫度不在合理範圍內，產品質量就會下降甚至不合格：

①澆注溫度過高——會造成冷卻時收縮過大，製品容易產生裂紋，晶粒較大，力學性能差，甚至造成粘模，降低模具壽命；

②澆注溫度過低，造成冷障、表面花紋、澆注不足等缺陷。 為了獲得合格的鑄件，除了澆注溫度、壓力、壓鑄模溫、充型速度和鑄件選用的合金外，還應同時考慮。 壓鑄件由鋁矽合金製成。 根據其流動性和模具特性，選擇620℃作為壓鑄溫度。

後殼壓鑄壓鑄結構設計

3.1 分型面的確定 該零件結構簡單。 根據分型面選擇原則，應選擇最大的投影截面，如圖2所示。

3.2 澆注系統的設計澆注系統由四部分組成：

• ①直跑者
• ②水平轉輪
• ③內門，
• ④冷彈孔。

具體設計：

• ①整體式壓力室——壓力室與澆口套的連接方式；
• ②流道截面形狀——平梯形；
• ③內門——環形側門；
• ④側澆口—佈置在鑄件分型面上；
• ⑤ 一模四腔，具體結構見圖3。

3.3 溢流槽及排氣系統設計 溢流槽進行結構設計，綜合考慮各種因素選擇截面形狀為梯形（圖4）。 一個合理的結構具有以下功能：

• ①改善結晶器熱平衡——調整結晶器各處溫度，減少鑄件的流痕、冷障、澆注不充分、傳遞縮孔、縮孔、渦卷等；
• ② 排氣 腔內氣體隨排氣槽快速排出；
• ③冷臟金屬液的貯存——漆渣和氣體的混合物。

3.4 頂出系統的設計在壓鑄過程中，完成一個完整的成型週期後，需要打開模具取出壓鑄件，在壓鑄件的側面會發現包裹的壓鑄件沖頭，需要移除。 此任務需要額外的一種頂片機制來執行。 頂出系統在模具結構設計中佔有重要地位。 頂出系統由三個主要部分組成：

• ①彈出，
• ②復位
• ③引導。 本套模具採用兩種頂出機構，分別用於澆注和澆口頂出。 頂針直徑分別為6mm和8mm。

系統中設計限位裝置：

• ①限位塊，
• ②復位槓桿，提高機構復位精度，防止機構部件運動過程中行程超過極限。

3.5 成型件尺寸的計算

3.5.1 型腔和型芯尺寸：

3.5.2 計算中心距和位置尺寸： 式中：L——成型件中心距和位置的平均尺寸（mm）； L——壓鑄中心距和位置的平均尺寸（mm）。

3.6 冷卻系統設計選用高效易控制的結晶器冷卻方式——水冷，以獲得優質鑄件和長結晶器壽命。 水冷的冷卻效果取決於在型腔內佈置的冷卻通道的佈置：

• ①最高溫度，
• ②熱量更集中，
• ③在模具下，
• ④操作者對面。 為了提高輸水軟管的安裝便利性，需要統一水道外徑的幾何尺寸。 其結構佈置如圖5所示。

3.7 壓鑄模具總裝圖製作後殼蓋壓鑄模具總裝圖（圖6）。 壓鑄模具由兩部分組成：定模和動模。 定模是靜止的，位於定模板上。 動模隨隨動板移動，位於隨動模固定板上。 通過動模相對於動模的運動來閉合和打開模具。

①合模：兩者閉合形成型腔，利用澆注系統在高壓下用熔融金屬填充型腔； ②開模：保壓後兩者分離，頂出機構完成將產品從型腔中頂出的任務。

本文使用UG軟件對後蓋零件進行建模，完成後蓋零件的工藝分析、壓鑄工藝參數和模具結構設計。 型腔受到以下因素的限制：製造、工藝和生產效率等，綜合考慮以上因素，確定為較為合理的單模四腔佈局。 實際生產表明，壓鑄比壓選擇90MPa，壓鑄速度選擇在20-90m/s範圍內，澆鑄時間0.2s，保壓時間3s，壓鑄溫度620℃，所得後殼悶蓋表面光滑，符合產品質量要求。

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