擠壓鑄造模具的設計及工藝研究

1、擠壓鑄造模具的設計優(yōu)化及工藝研究摘要隨著機械工業(yè)的發(fā)展，擠壓鑄造模具技術在國內得到了很大的發(fā)展，特別是在汽車、摩托車行業(yè)得大很大的應用。同時人們對于擠壓鑄造模具的準確性與合理性提出了更高的要求。“擠壓鑄造”國內外也稱“液態(tài)模鍛”是一種介于鑄造與鍛造之間的優(yōu)質、高效、節(jié)能的工藝方法，它既能接近甚至達到同種合金鍛件的內部組織和力學性能，又能實現(xiàn)高效率的大批是生產，與普通壓鑄件相比，可較大程度的提高力學及使用性能，與普通鍛件相比，又可節(jié)約能源。然而畢竟擠壓鑄造工藝的發(fā)展時間不是很長，一些已有的擠壓鑄造工藝模具工藝和結構上有稍微的不合理。找出這寫不合理的地方，對其進行修改和研究，便于提高擠壓鑄造零件的

2、性能，甚至能夠提高生產效率。本論文主要是對已有的擠壓鑄造模具（間接擠壓和直接擠壓）的工藝參數(shù)的研究和結構參數(shù)的優(yōu)化，在分析已有模具結構的基礎上，對于不合理的結構提出自己的修改意見，列出簡單明了的結構參數(shù)表和工藝參數(shù)表，準確的表達出模具的工作原理，最后得出自己的結論。關鍵字：擠壓鑄造模具 工藝參數(shù) 結構參數(shù) 直接擠壓 間接擠壓 優(yōu)化AbstractWith the development of machinery industry, the squeeze casting mold technology in the country has been greatly developed, esp

3、ecially in the automotive, motorcycle industry have great application.People put forward higher requirements for the accuracy and rationality of the squeeze casting mold.Squeeze casting "at home and abroad also known as" liquid forging "is a cross between the casting and forging quali

4、ty, efficient, energy-efficient technologies and methods, it not only close to or even reach the internal microstructure and mechanical properties of the alloy forgings,can achieve high efficiency, a large number is the production, compared with ordinary die-casting, can improve the mechanics and th

5、e use of a greater degree of performance, compared with the ordinary forging, but also save energy.After all, the squeeze casting process development time, however, is not very long, have squeezed a little unreasonable in the casting process mold processes and structures.Find out where this write un

6、reasonable, modify and research, and easy to improve the performance of squeeze casting parts, or even be able to improve production efficiency.In this paper, the existing squeeze casting mold (indirect extrusion and direct extrusion) the optimization of process parameters and structural parameters,

7、 based on analysis of existing mold structure, unreasonable structureamedments, list of simple structural parameter table and the process parameters table, an accurate expression of the working principle of the mold, and finally draw their own conclusions. Keywords: squeeze casting mold, process par

8、ameters, structural parameters, direct extrusion , indirect extrusion第一章 緒論1.1研究目的及其意義 擠壓鑄造（squeeze casting）是對鑄型型腔中的液態(tài)或半液態(tài)的金屬施加較高的機械壓力，使其成型凝固，從而獲得鑄件的一種鑄造方法，根據(jù)擠壓鑄造時合金液的流動狀況及擠壓鑄造力的形式，擠壓鑄造可以分為直接擠壓鑄造（direct squeeze casting）和間接擠壓鑄造（indirect squeeze casting）兩種基本形式。直接擠壓鑄造是指：在擠壓鑄造時，澆入擠壓鑄造模內的合金液在凸模（壓頭）的壓力作用下

9、，迅速流動而充型，接著在較高的壓力下凝固并產生少量的塑性變形。間接擠壓鑄造是指：合金液在壓力作用下，通過內澆道壓入型腔，充型、凝固而獲得產品的擠壓鑄造方式。然而我的畢業(yè)設計題目是擠壓鑄造模具的設計優(yōu)化及其工藝研究，在了解擠壓鑄造工藝的基礎上，對已有的擠壓鑄造模具進行優(yōu)化模具結構參數(shù)和生產工藝參數(shù)，繪制模具結構圖。擠壓鑄造工藝是介于鑄造和鍛造之間的一種新的工藝方法，它兼有鑄造和鍛造二者的一些優(yōu)點。 擠壓鑄造件具有： 組件尺寸精度高，表面質量好；無縮孔縮松氣孔等缺陷；能得到有效的補縮；不設澆注冒口系統(tǒng)，減少了液態(tài)金屬的消耗。1.2與壓力鑄造相比具有以下特點壓力鑄造時，金屬在高壓作用下以極快的速度充

10、填鑄型，卷入氣體，型腔里的空氣也難全部排出，鑄件中氣體的含量較多，不能熱處理。擠壓鑄造時金屬液直接澆入型腔中而不經過澆注系統(tǒng)，吸氣少，鑄件可進行熱處理。壓力鑄造時，金屬液的流程長，冷卻凝固快，而且澆道里的金屬液比鑄件先凝固，壓力不可能維持到鑄件結晶凝固終了，鑄件得不到補縮，因此，鑄件厚壁處的組織難以致密，晶粒也較粗大；擠壓鑄造時沒有澆注系統(tǒng)，金屬液在壓力作用下充型、結晶凝固，補縮效果好，晶粒較細，組織致密、均勻。壓力鑄造的模具結構復雜，加工工時多，加工費用高，金屬的利用率低；擠壓鑄造的模具結構較簡單，加工費用較低，壽命較長，金屬的利用率較高。1.3與鍛造相比具有一些特點 鍛件的力學性能一般比擠

11、壓鑄件高，但通常存在各向異性，尤其是塑性指標在縱向與橫向之間的差別很大，橫向低很多，限制了鍛件的應用；擠壓鑄件的力學性能雖稍低于鍛件，但只要工藝正確，其力學性能可接近或達到鍛件的水平，且各向性能均勻。擠壓鑄件的成形是靠壓力作用在封閉的型腔里的液態(tài)金屬，使其結晶凝固而成的，而鍛件是壓力作用在固態(tài)金屬上形成的。前者所需的壓力比后者小得多，所需設備的功率比鍛造小65%75%。擠壓鑄造為一次成形，生產率高，勞動強度較低，能源消耗低。擠壓鑄件的尺寸精度比鍛件和熔模精密鑄件高，表面粗糙度相比之下也最低，加工余量小，一般為0.52mm，因此，所用的金屬料少，成本較便宜。鍛件要達到上述的尺寸精度和表面粗糙度是

12、相當困難的。擠壓鑄造適用于多種合金材料，包括鑄造鋁合金、鋅合金、銅合金、鑄鐵、鑄鋼以及部分變形合金，而鍛造的材質卻很有限。 擠壓鑄造也有自身的缺點，主要是：（1）不能使用砂芯。（2）擠壓鑄造件側壁厚一般不小于5mm。（3）適宜的鑄件尺寸取決于施加的壓力，對于現(xiàn)行最大的設備（15000kN），設計面積不大于1200cm2。（4）投資高，一般適宜大批量生產。（5）與壓鑄相比，鑄型壽命低。（6）鑄件形狀復雜度有一定的限制。（7）由于具有較陡的溫度梯度，鑄件有時會出現(xiàn)所謂的偏析；當表面偏析較嚴重時，結晶溫度低于隨后所要求的熱處理溫度。1.4 擠壓設備現(xiàn)狀 據(jù)統(tǒng)計目前世界各國進行擠壓鑄造生產的各種液壓機

13、大約有1000臺。各國擠壓鑄造總數(shù)也壓鑄機相比還是很少的，而且很不也很不均勻，較集中在亞洲地區(qū)，其中主要是日本。近年來，擠壓鑄造機有快速增加的趨勢。例如，在日本大多數(shù)壓鑄廠都配有一定數(shù)量的擠壓鑄造機。歐美各國，由于其壓鑄設備（如實時控制、真空壓鑄等）和鍛壓設備水平較高，過去對擠壓鑄造的發(fā)展相對不夠重視，但近年來有明顯改變。大部分的壓鑄機生產廠家在普通臥室壓鑄機上推出擠壓鑄造新技術。我國的擠壓鑄造設備發(fā)展一直很慢，至今都沒有開發(fā)出高水平的擠壓鑄造機。這是制約我國擠壓鑄造發(fā)展的最大瓶頸。在國內，由于近年來摩托車行業(yè)利潤下降，使用部分對于擠壓駐扎的液壓機改做他用，以至于現(xiàn)存于擠壓鑄造機的液壓機有所減

14、少。 1.5擠壓鑄造模具的現(xiàn)狀 目前，影響我過擠壓鑄造發(fā)展的主要因素是：擠壓設備的性能滿足不了擠壓鑄造工藝的要求。由于我過尚未開發(fā)出擠壓鑄造工藝要求的專用或者通用擠壓鑄造機，在一定程度上制約了擠壓鑄造技術的發(fā)展。當某項工藝技術發(fā)展到一定程度后，必須配置相應的設備。否則，就會影響先進工藝技術的應用和推廣。目前國內從事擠壓鑄造的企業(yè)仍采用普通液壓機來生產擠壓鑄造件，某些工藝參數(shù)的選取缺少標準規(guī)范，很難保證鑄件質量的穩(wěn)定性。 由于擠壓鑄造具有以上的特點，兼有鑄造和鍛造的優(yōu)點，特別是：擠壓鑄造件的尺寸精度高，鑄件的加工余量??；金屬利用率高；鑄件組織致密晶粒細化；因此設計的擠壓鑄造模具廣泛的應用于一些力

15、學性能要求高的氣密性好的厚壁鑄件，比如：汽車、摩托車的鋁輪轂、發(fā)動機的鋁活塞、鋁缸體、鋁缸頭、鋁傳動箱體、減震器、制動器鋁鑄件、壓縮機、氣壓機，各種泵體的鋁鑄件，自行車的曲軸、方向軸、車架接頭、前叉接頭、鋁鎂或者鋅合金光學鏡架、儀表及計算機殼體件、鋁合金壓力鍋、炊具零件、銅合金軸套及鋁基復合材料等。1.6 目的及其意義由于一些擠壓鑄造模具存在的一些問題，對于已有的一些擠壓模具結構進行改進或者對其工藝參數(shù)進行優(yōu)化，有助于鑄件性能的提高。本設計主要是在設計擠壓鑄造模具的基礎上對擠壓鑄造模具進行優(yōu)化：分析零件的形狀、結構、精度和各項技術指標；選擇擠壓鑄造方式，修改模具結構、確定分型面、澆口位置和澆注

16、系統(tǒng)的總體布置方案，繪制制件毛坯圖。對于已有的擠壓模具進行優(yōu)化模具的結構參數(shù)和生產工藝參數(shù)，提出自己的意見對模具進行優(yōu)化和改進，這樣對與提高制件的各種性能要求具有大的用處。第二章 摩托車鋁輪轂擠壓鑄造模具的設計2.1擠壓鑄造鋁輪轂80年代中期我國摩托車鋁輪轂的生產主要采用低壓鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造，而擠壓鑄造摩托車鋁輪轂90年代初首先由五二研究所研制開發(fā)成功，并申報國家專利。當時有多家工廠引進該技術，形成了一定的生產規(guī)模。這是因為用擠壓鑄造生產鋁輪轂較之其它鑄造工藝具有以一定的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在：設備投資低于低壓鑄造和壓力鑄造，高于金屬型鑄造，生產效率低于壓力鑄造而高于低壓鑄造和金屬型鑄造

17、；而產品質量均高于其它幾種鑄造工藝，且價格適中，受到主機廠的歡迎。因此，用擠壓鑄造工藝生產汽車、摩托車鋁輪轂有較強的競爭力。摩托車了鋁輪轂要能夠承受很大的壓力，其用途要求它具有很好的力學性能。根據(jù)擠壓鑄造的特點，鑄件致密、缺陷少，晶粒細，完全能夠滿足摩托車輪轂的受力條件和應用條件。故選用擠壓鑄造比較的合適。2.2模具工作原理 擠壓鑄造工藝生產的摩托車鋁輪轂，已使用了立式和臥式的兩種擠壓鑄備。圖 為一種立式擠壓鑄造模具圖，所使用的設備是合模力為35005000kN四柱通用液壓機。其工作原理如下。鋁液澆注前分型面I-I為閉合狀態(tài)，分型面II-II為打開狀態(tài)。擠壓頭2處于下位。待鋁液澆入料缸3后，迅

18、速閉合分型面II-II，并將缸壓力升至額定高壓，再啟動下頂缸將擠壓頭2上推，將料缸中鋁液通過澆口分流錐14推入型腔中充型并保壓，待保壓完畢后，上、下油缸并將分型面II-II打開，并拉斷內澆道，繼續(xù)上推擠壓頭2，并將料餅從料缸中推出。待清理、噴涂完料缸3、擠壓頭2上后，將分型面II-II關閉，再啟動油壓機活動橫梁回程，將分型面I-I打開，此時鑄件被四個滑塊17抱住也帶在上模上。隨著分型面I-I不斷打開，斜銷6將四個滑塊17水平方向打開，并與鋁輪鑄件脫離，待活動橫梁升至一定高度后，退料板11觸及推桿19.通過推料桿15，將鑄件從模芯8上推下取出。待型腔被清理、噴涂完后，再閉合I-I，開始下一個生產

19、流程。 圖2-1摩托車鋁輪轂擠壓鑄造模具圖（立式）1.鑄件 2.擠壓頭 3.料缸 4.底板 5墊板 6.斜銷 7.下模芯 8.上模芯 9.上模墊板 10.固定板 11.推料板 12.上板 13.復位桿 14.分流錐 15.推料桿 16.導柱 17.滑塊 18.墊塊 19.推桿2.3工藝參數(shù)和結構參數(shù)的選擇 工藝參數(shù)的選擇正確與否對于鑄件的影響是很大的。比如充型速度，太低會導致鑄件有縮孔縮松表面會產生冷隔、斑紋和缺肉等鑄造缺陷，然而太高，有可能型腔內的氣體不及排出，造成氣卷，鑄件內部就會出現(xiàn)氣孔、針孔等缺陷。因此要根據(jù)實際的需要和鑄件的一些性能要求選擇合理的工藝參數(shù)。表給出了摩托車鋁輪轂擠壓鑄造

20、的工藝參數(shù)。至于結構參數(shù)來說，本模具的一些結構參數(shù)也是很重要的，例如模具間隙，導柱與導套之間的配合，壓頭和壓套的配合，開模方式，都有可能影響鑄件的一些性能，或者影響生產效率。表給出了結構工藝參數(shù)。 因此選擇合理的工藝參數(shù)和結構參數(shù)是非常惡毒重要的。表2-1 摩托車鋁輪轂擠壓鑄造工藝參數(shù)型號壓力/MPa保壓時間/s升壓時間/s模具溫度/澆注溫度/涂料161880120152515150250680720水劑膠體石墨表 2-2摩托車鋁輪轂擠壓鑄造模具的結構參數(shù)冷卻方式加熱方式推桿件配合型面排氣間隙空冷紅外線0.080.20.070.3脫模斜度分流錐材料拔芯機構脫模方式1°H13斜銷下缸頂

21、出2.4提出修改意見 根據(jù)研究和和對制件性能的測試測試結構如下表表面擠壓鑄造摩托車鋁輪轂的工藝參數(shù)是完全合理正確的，能夠很好的滿足其性能要求。鑄造出來的制件組織致密力、學性能好。表2-3 摩托車鋁輪轂擠壓鑄造力學性能合金材料熱處理5/%b/MPa硬度/HBZL101T62251大于等于70 但是我覺得其模具結構稍顯復雜,應該進行一修改使其更加的簡單，這樣對于模具的制造，并能減少費用。本模具結構左右基本的對稱，然而我認為左邊的滑塊是可以改為小滑塊的，并且斜銷6可以改為一導桿。這樣以來小滑塊要是因長期的擠壓而磨損的話，便于更換。修改圖如下圖示。圖2-2滑右邊塊部分修改示意圖2.5 結論(1) 采用

22、擠壓工藝可以生產各種摩托車鋁合金輪轂, 其質量明顯優(yōu)于一般重力鑄造和低壓鑄造, 生產效率高于差壓鑄造, 是生產高檔摩托車鋁輪轂很有發(fā)展前途的工藝方法。(2) 二次水平分型模具結構具有擋渣作用, 是獲得優(yōu)質鋁輪轂的關鍵之一。(3) 修改后的模具結構緊湊簡單，降低了模具制造費用。第三章 起重電機殼體擠壓鑄造模具工藝研究3.起重電機殼體擠壓鑄造模具設計 PK 系列環(huán)鏈起重電機殼體是電機的主體部件，材質為鋁合金，國內外采用壓鑄工藝生產該零件的較多，所用設備噸位為8000kN ，設備投資較大。我們采用的是擠壓鑄造工藝，在3150kN 油壓機上生產出了合格零件，經檢測，產品質量達到設計要求，已大批量生產，

23、生產節(jié)拍為殼體每件60120秒；取得了較好的經濟效益。圖3-1為PK系列3P / 13型電機殼體。殼體內部鑲有硅鋼片，它是經預疊壓后放入模具再擠壓鑄造成形的。由于合金收縮包緊硅鋼片使之成為一整體，所以電機工作時溫升小，散熱條件好，起重扭矩大，是一種節(jié)能型起重電機。3.1模具結構特點和工作原理3.1.1模具結構特點模具設計采用斜銷抽芯四開模，模具結構如圖3-2所示。壓板6和壓柱9通過螺釘固定在動模蓋板10上，假軸3和分流錐13通過螺紋連接（生產中幾個備件輪換使用）。軸套2和壓環(huán) 7通過螺釘連接，以減少耐熱合金鋼用量。通過調整小圓螺母1的松緊度可調整彈簧5壓在軸套上的預緊力，此力對防止液態(tài)金屬在擠

24、鑄時進入殼體表面及鑲槽內非常重要，因硅鋼片在每次疊壓時的預緊力大小不完全相同，所以其高度也不盡相同，有很大的誤差，模具設計時有意在軸套臺階與動模板11處留有1 . 5一2mm 間隙，以克服芯片疊壓后產生的高度誤差，這樣只要疊壓的硅鋼片（芯片）在規(guī)定的公差之內就不會造成殼體中間芯進鋁現(xiàn)象。采用斜銷19撥動滑塊20實現(xiàn)側向開（抽芯）合模。為防止擠鑄時脹模，利用楔緊塊 21 鎖緊滑塊，為避免楔緊塊鎖模時移動，采用一長條形凸臺定位。定定模16既是成形零件又與壓17組成壓室，通過螺釘固定在模板條形凸條形凸臺定位.定模16既是成形零件又與壓17組成壓室，通過螺釘固定在模板14上。壓頭與頂桿18用螺紋連接，

25、固定在油壓機頂出缸活塞上。模具定位采用導柱導套結構（圖2-2沒有畫出）。型腔側面排氣間隙控制在 0.08 一 0.12mm ，整個模具結構較緊湊，開合模活動自如，使用效果良好。3.1.2模具工作原理模具調整好后，用壓板螺釘將模具的動、定模分別固定在油壓機活動橫梁上和工作臺上。工作前先將模具的成形零件表面預熱100一120（采用紅外線板預熱）。將熔煉好的鋁合金液澆入到由定模塊16和壓頭 17組成的壓室中，預緊的芯片22套入假軸3并放在定模塊上。油壓機活動橫梁帶動模具壓板6 、動模 圖3-1 電機殼體 圖3-2 電機殼體擠壓鑄造模具圖1 .小圓螺母 2 .軸套 3 .假軸 4 .蓋板 5 .彈簧

26、6 .壓板 7 .壓環(huán) 8 .動模塊 9 .壓柱 10 .動模蓋板 n 動模板 12 .電機殼體 13 .分流錐 14 . 定模板 15 .定模座 16 .定模塊 17 . 壓頭 18 .頂桿 19 .斜銷 20 .滑塊 板 n 等零件合模，此時假軸3插人軸套2中，軸套上的壓環(huán)7壓緊在預緊后的芯片22上，斜銷19將4個滑塊20撥到預定位置，楔緊塊21鎖緊滑塊。油壓機的下油缸推動頂桿18和壓頭17向上運動，壓室中的合金液在壓力作用下通過澆道充滿型腔，經充分保壓后，下油缸卸壓，油壓機上活動橫梁帶動模具的動模零件卸壓回程，由于制件筋片的阻力作用，擠鑄好的零件同假軸一起留在定模塊上，頂出缸（下油缸）再

27、將制件、余料及假軸頂出模具。取出假軸和制件，用專用工具將假軸和制件分離，同時切斷內澆口，去掉余料，噴刷涂料，澆入合金液，便可進行下一個工作循環(huán)。工作節(jié)拍每件一般在 1 一 2min ，產品合格率在98 以上，只是在開始時模具溫度較低，制件上花紋較重，當模具達到規(guī)定的工作溫度時（150 一250 ），擠鑄出的制件輪廓清晰，表面光潔，內外質量優(yōu)良，無任何缺陷，完全達到設計要求。3.3 模具結構參數(shù)及工藝參數(shù) 模具結構參數(shù)的制定是模具設計中的重點，它關系到模具的使用壽命、生產率、制件質量等，而工藝參數(shù)是獲得優(yōu)質制件，發(fā)揮壓機最大生產率的先決條件，是正確設計擠壓鑄造模具的依據(jù)。表 給出了3P /13起

28、重電機殼體擠壓鑄造模具結構參數(shù)和工藝參數(shù)。表3-1 3P/13電機殼體擠壓鑄造模具的工藝參數(shù)和模力/kN鎖模力/kN壓射力/kN壓射比壓/kN充填時間/s2000728350701.8保壓時間/s澆注溫度/壓射速度/m·s-1充填速度/m·s-1涂料類型8206707300.0652油基石墨 表3-2 3P/13電機殼體擠壓鑄造模具的結構參數(shù)模具結構形式脫模方式拔芯機構分型方式四開模下缸頂出斜銷側面分型模芯材料模框材料擠壓方式運動件配合間隙/mmH1345鋼下頂式間接擠鑄0.080.23.4 提出修改意見 由于保壓時間一般應控制到鑄件完全凝固為止，保壓時間過短，當鑄件心部凝

29、固時就泄壓，則會使得心部得不到補縮，則會出現(xiàn)縮松、縮孔缺陷。所以在該起重機外殼的擠壓鑄造的工藝參數(shù)中的保壓時間應稍微的加大，我認為在2030s比較的合適。 該模具的結構完全合理，符合生產要求。3.5 結論 ( 1 )用擠壓鑄造代替壓力鑄造生產 PK 系列電機殼體是可行的，制件的質量完全達到或超過國外同類產品（樣品）水平。 ( 2 )擠鑄所用的設備為油壓機，模具安裝、調整較方便，穩(wěn)固可靠。設備投資減少 20 % ，利用率高（油壓機還可用于其它工作）。 ( 3 )經生產實踐驗證，該模具結構緊湊，設計合理，各項結構參數(shù)的選取恰當，滿足了生產要求。第四章 擠壓鑄造汽車主缸的模具設計4.1 擠壓鑄造主缸

30、的模具結構原理及特點模具結構如圖4-1所示，其動作原理是：將液態(tài)金屬澆注到壓套10內；兩個側油缸推動滑塊6和型腔塊4合模；油壓機上橫梁帶動動模板11、模柄12、型芯1、壓柱2和鎖模塊3壓緊在滑塊和型腔塊上（鎖模）；接著壓機下油缸推動頂桿9和壓頭8將液態(tài)金屬壓入型腔；經充分保壓后，壓機下油缸帶動頂桿和 圖3-1 制動主缸體擠壓鑄造模具圖 1.型芯 2.壓柱 3.鎖型塊 4.型腔塊 5.推桿 6.滑塊 7.側油缸 8.壓頭 9.頂桿 10.壓套11型柄 12.動模壓頭退回；上油缸帶動鎖模塊等零件卸壓回程，并完成抽芯動作。然后兩個側油缸再將滑塊和型腔塊打開，推料桿5將工件頂出；噴刷涂料后，即可實現(xiàn)下

31、一個工作循環(huán)。此種模具結構特點是：液態(tài)金屬是在高壓下充滿型腔的，制件成形容易，棱角非常清晰。由于金屬液充型時速度比較低，所以，氣體的排除較容易。制件經固溶處理和人工時效后，進行宏觀檢查和微觀分析未發(fā)現(xiàn)任何缺陷。4.2 擠壓鑄造主缸的工藝參數(shù)和模具結構參數(shù)選定 擠壓鑄造工藝參數(shù)和模具的結構參數(shù)，對主缸的質量、生產率和生產成本都有直接影響，經試驗和生產實踐驗證，選定擠壓鑄造主缸的計要工藝參數(shù)和模具結構參數(shù)如表3-1，表3-2所示。 表3-1 擠壓鑄造主缸的主要工藝參數(shù) 合金熔煉溫度/模具預熱溫度/模具工作溫度/擠鑄合金溫度/充型速度/m·s-1鎖模速度/m·s-1合模速度/m&

32、#183;s-16907401001503006207200.270.010.050.08鎖模力/kN合模力/kN分模力/kN成形比壓/MPa充型時間/s保壓時間/s留型時間/s200025301241.25151020 表3-2 擠壓鑄造主缸模具的結構參數(shù)冷卻方式加熱方式內腔粗糙度推桿件配合型面排氣間隙 空冷紅外線加熱0.40.8mH7/D60.10.15(深),1020(寬) 合金熔煉溫度、模具工作溫度和擠壓鑄造時合金液溫度三者有一定聯(lián)系，實際生產中主要以擠壓鑄造時合金液溫度來決定熔煉溫度，它是關系到制件能否成形的問題。考慮到模具的使用壽命，一般模具溫度不要超過3000，否則易使模具變形、

33、熔損，且粘模嚴重。 充型速度設計原則是要保證工件成形良好，同時又要防止卷氣現(xiàn)象。成形比壓是關系到制件內外在質量的重要參數(shù)，壓力太低，成形性差，且厚大斷面有縮松現(xiàn)象。達不到性能要求，壓力過高會降低模具的使用壽命。 保壓時間是保證制件內部組織致密，不致產生縮孔和縮松的重要參數(shù)，它與模具溫度、成形比壓等參數(shù)有關，當成形比壓一定，模具溫度低時，保壓時間就要短些，否則就要長一些。 模具間隙的設計是以保證在擠壓鑄造時型腔氣體即能充分排除，又不使鋁液飛濺出模具外表面為最佳。它是擠壓鑄造模具設計中嚴格控制的重要參數(shù)。4.3力學性能狀況 在擠壓鑄造主缸制件上取樣，測定材料的強度、硬度、塑性。在試驗臺上檢驗主缸的

34、密封性和耐壓性。結果見表3-3所示。表3-3 擠壓鑄造主缸的力學性能性能強度/MPa伸長率/%硬度/HB密封性/MPa耐壓性/MPa要求指標27511000.7824.5實測結果290平均1.6105（平均）0.8無滲漏26無滲漏4.4 結論（1）用擠壓鑄造技術生產汽車鋁合金制動主缸技術上是先進的，工藝上是可行的，各項性能指標完全達到了設計要求。（2） 正確地設計模具結構，合理地選擇工藝參數(shù)是獲得合格擠壓鑄造制件的關鍵。（3） 壓力能使合金的結晶核心數(shù)目增多，抑制針片狀AlSiFe相的析出，從而使合金中的共晶體及初晶相顯著細化。第五章 直接擠壓空壓機鋁合金連桿模具工藝研究5.1直接擠壓空壓機鋁

35、合金連桿 空壓機連桿是傳遞運動和力的主要部件，它的成型方式可概括為鑄造和模鍛兩種工藝。連桿是兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件，它在一個復雜的應力狀態(tài)下工作，既受交變的拉壓應力，又受彎曲應力，其主要損圖5-1 模具結構簡圖 1.動模板 2.動模塊 3.擠壓鑄造件 4.定模塊 5.模套6.定模座板7.頂桿8.推壞形式是疲勞斷裂和過量變形。連桿的工作條件要求其具有較高的強度和抗疲勞性能，又具有足夠的剛性和韌性。根據(jù)擠壓鑄造工藝的特點，用擠壓鑄造空壓機鋁連桿，補縮效果好，晶粒較細，組織致密、均勻可以滿足該連桿的受力，并能鑄造出滿足性能的連桿。 給出直接擠壓鑄造方式下空壓機連桿的工藝特點

36、，壓力對連桿的成形性及組織變化。5.2連桿擠壓鑄造模工作原理 將定量的鋁合金液澆入到定模塊4和定模套5組成的型腔中，壓機帶動動模板1和動模塊2對液態(tài)或半固態(tài)金屬施加壓力，合金在壓力作用下成型，結晶凝固并產生一定量的塑性變形，經充分保壓后，壓機帶動動模板和動模塊退回；壓機頂出缸推動推板8和頂桿7將擠壓鑄造件3頂出，取出制件，模具復位后便可進行下一個工作循環(huán)。模具的工作原理如圖3。直接擠壓鑄造模具結構較簡單，擠壓鑄造件的形狀尺寸精度主要決定于定模塊和定模套。擠壓鑄造件的高度方向的尺寸主要通過定量澆注來實現(xiàn)。為防止擠壓鑄造過程中合金液噴出，又能便于排出型腔內的氣體，動模塊和定模套之間的單邊配合間隙應

37、控制在0.080.16mm之間。定模套的高度主要根據(jù)工件的厚度來決定，一般澆注合模后合金液面應比模套上表面低1525mm。5.3連桿直接擠壓鑄造工藝參數(shù)的選擇采用直接擠壓鑄造方式生產鋁合金連桿，經多次試驗認為，下述表1-1擠壓鑄造工藝參數(shù)是合理的。 表5-1連桿擠壓鑄造工藝的工藝參數(shù)鑄造設備鑄造材料鑄造溫度/模具工作溫度/YB32-200ZL108680720150280模具預熱溫度/鑄造比壓/MPa保壓時間/s留模時間/s120150250350162512205.4提出建議 本模具的擠壓鑄造工藝參數(shù)經驗證完全正確，制件性能良好，達到要求。圖 5-2修改后的模具示意簡圖根據(jù)自己的一些研究和觀

38、察發(fā)現(xiàn)頂桿7應該頂?shù)街萍厦孢@樣有利于制件最后的推出，其示意圖如上。5.5結論（1）用直接液態(tài)模鍛方式生產汽車空壓機鋁合金連桿是可行的，產品性能可完全滿足使用要求。是鋼質連桿的更新?lián)Q代產品。（2）藝參數(shù)的選擇正確與否直接關系到制件的質量和工藝的正確實施。經生產實踐驗證，直接擠壓鑄造連桿的工藝參數(shù)的選擇是合理的，滿足了生產要求。（3）通過對直接擠壓鑄造連桿在成形時受力狀態(tài)分析，確定了連桿成形比壓范圍，這為同類零件的研制提供了理論依據(jù)。下表是一些實驗數(shù)據(jù)。表5-2 直接擠壓鑄造鋁合金連桿臺架試驗數(shù)據(jù) 名稱連桿曲軸活塞銷材料ZL108HB120球鐵HRC31.515Cr滲碳層硬度HRC5863測量部

39、位磨損量/mm 連桿大頭連桿小頭曲軸活塞銷縱向0.0050.0400橫向00.080.0050(4) 直接擠壓鑄造連桿對合金液的定量澆注有嚴格要求。連桿大小頭孔，須通過加工來完成，增加了材料消耗和加工成本。 第六章 震動器機殼擠壓鑄造模具工藝研究6.1震動器機殼液鍛模結構筑路機震動器在高頻率、中振幅較惡劣的工況條件下工作，其機殼為鋁合金，零件結構如圖6-1所示。除了要求有足夠高的疲勞強度外，還應有良好的耐腐蝕性。原生產工藝為金屬型澆注，零件重12.6kg，改用間接液鍛工藝生產后，機殼重量為6.7kg，大大減少了鋁合金用量，且零件外形美觀，機械性能優(yōu)良，完全達到了設計要求，具有較大的經濟價值和實

40、用意義。在普通油壓機上采用間接式 圖21震動器機組零件液態(tài)模鍛生產壁厚差這樣高大的零件尚不多見。在模具結構參數(shù)和工藝參數(shù)的設計和選擇時，筆者充分考慮到各因素間的相互關聯(lián)和作用可能給制件質量帶來的影響，并使得模具的整體結構較緊湊，動作靈活可靠，使用效果良好。6.2模具的工作原理模具結構如圖6-2所示，采用斜銷四開模結構，其工作過程是：模具處于開模狀態(tài)模狀態(tài)，將熔煉好的鋁合金液澆入到由壓套16和壓頭17組成的壓室中；壓機帶動動模壓板5和動模板4下行，定位導柱19首先插入導套20中，斜銷圖6-2 機殼液鍛模模具結構1. 圓螺母 2.動模型芯 3.型芯鑲塊 4.動模板 5.動模壓板 6.液鍛件 7.側

41、型芯 8.螺桿 9.擋塊 10.彈簧 11.定模板 12.澆口套 13.定模坐板 14.墊環(huán) 15.圓螺母 16.壓套 17.壓頭 18.頂桿 19.導柱 20.導套 21.小型芯 22.滑塊（A、B、C） 23.斜銷 24.楔緊塊 25.導滑壓板23進入滑塊22(A、B、C、D)斜孔中，將四個滑塊撥到預定位置，再通過楔緊塊24將模具鎖死；壓機下油缸(頂出缸)帶動頂桿18和壓頭17向上運動(頂出)，澆入到壓室中的合金液在壓力作用下通過環(huán)形澆口充填型腔；經充分保壓后，頂出缸卸壓，壓機上活動橫梁帶動動模壓板等零件卸壓回程，并抽出動模型芯2；斜23在上行中撥開四個滑塊，當斜銷23全部脫離滑塊上的斜孔

42、后，固定在滑塊上的側型芯7和小型芯21就完全從液鍛件6中抽出，然后壓機下油缸將制件6推出模具，取出液鍛件，模具壓頭復位，即完成了一個工作循環(huán)。為保證滑塊脫離斜銷后的正確位置，模具設計時設置了檔塊9，壓縮彈簧10和螺桿8定位裝置，保證合模時斜銷準確地進入滑塊上的斜孔，使滑塊復位。6.3模具結構特點 斜銷截面為圓形，斜銷傾斜角的取值為20°，楔緊角為20°，便于制造，與動模板內安裝孔的配合取H7/h6間隙配合，以方便維修和更換，斜銷與滑塊斜孔間留有5mm間隙,這樣設計的目的一是保證動模型芯開始抽出時模塊不會移動。由于型芯包緊力較大，在尚未抽芯時滑塊移動會損壞制件表面，甚至拉裂制

43、件；另外留此間隙可防止滑塊運動時因楔緊塊的鎖模面因制造誤差或磨損與滑塊產生摩擦，甚至干涉現(xiàn)象。在開模初期，由于5mm間隙，斜銷碰不到滑塊，而楔緊塊很快離開滑塊的壓緊面。這樣就不會產生摩擦和干涉現(xiàn)象。合模時，在接近合模終點時楔緊塊才接觸滑塊，并最后鎖緊滑塊，使斜銷與滑塊孔壁脫離接觸，以免液鍛時斜銷受力。采用底注式環(huán)形澆口，液流充填型腔較平穩(wěn)，利用動模型芯的斜度使制件越接近底部壁厚越大，有利于合金液的補縮。為保證滑塊在導滑槽內的運動平穩(wěn)可靠，無上下竄動和卡死現(xiàn)象。將滑塊導滑部分做成如圖3所示的裝配形式，為導滑組合件相拼式?；瑝K的導滑部分采用單獨的導滑壓板25，在導槽和滑塊接觸部位通過熱處理來提高耐

44、磨性，加工方便，也易于更換。另外導滑壓板做成圖4所示形狀，在動模型芯抽芯時導滑壓板的定位部分可增加滑道的抗彎扭剛度。筆者在多套斜銷抽芯液鍛模具設計中采用這種導滑結構，均取得了較好效果，具有實用意義。6.4模具的結構參數(shù)及工藝參數(shù)選擇正確的選擇模具結構參數(shù)是模具設計中重要內容，可以說它關系到工藝實施時能否成功的關鍵，影響到模具的使用壽命和生產效率。而工藝參數(shù)的選擇正確與否是獲得優(yōu)質液鍛件的必要條件，是正確設計液鍛模的依據(jù)。表2-1機殼液鍛模模具結構參數(shù)模具結構形式鎖緊裝置斜銷斜角楔緊塊斜角斜銷分型四開模楔緊塊式20°20°模面排氣間隙冷卻方式預熱方式模塊及型芯材料寬1520m

45、m 深0.150.2mm壓縮空氣及冷卻液火焰法3CrW8V表2-2 機殼液鍛模模具工藝參數(shù)合模力/kN鎖模力/kN壓射力/kN壓射比壓/kN回程力/kN充填時間/s留模時間/s31501023630416303.32035保壓時間/s預熱溫度/澆注溫度/工作溫度/壓制速度m/s充填速度m/s涂料類型2032801206707203000.0050.6水基乳液6.5結論（1）鑄造過程中，適當調整充型速度、充型壓力、補縮壓力、保壓時間等工藝參數(shù)弄了個獲得優(yōu)質鑄件，滿足設計尺寸及其精度要求，內腔表面粗糙度也滿足設計要求。（2）利用加油鑄造工藝生產該鑄件，可達到2min/件，大大提高了生產效率，產品質

46、量好，組織致密，強度高。第七章 汽車活塞的擠壓鑄造模具工藝研究7.1擠壓鑄造活塞活塞是汽車發(fā)動機的心臟部件，它的質量對汽車發(fā)動機的使用性能和壽命有直接影響。理想的活塞應具有良好的熱穩(wěn)定性，足夠的高溫強度和耐熱疲勞強度，綜合的機械性能及合理的結構形狀等特性。根據(jù)發(fā)動機的特性和活塞的結構形式，鋁活塞毛坯的制造方法主要有鍛造和鑄造兩類。鍛造活塞耐熱疲勞性能好，可作為高爆發(fā)壓力的高速活塞，但機械加工復雜，材料浪費大，成本較高。鑄造活塞包括金屬型鍛造、低壓鑄造和擠壓鑄造活塞等。其中金屬型鑄造活塞為最多，產量大，成本低，形狀設計靈活，但與鍛造活塞比常溫機械性能較差，易產生各種鑄造缺陷，廢品率較高，低壓鑄造

47、活塞主要用于較重要的大中型活塞，其性能介于鍛造活塞和金屬型鑄造活塞之間。7.2間接正擠壓鑄造特點 合金液在壓力作用下通過直(內)澆道直接進入型腔，流程短，壓制方向與液流充填方向一致，充型平穩(wěn)，壓力損失小，氣體排除容易，補縮效果較好，主要缺點是：模具側向脹型力較大，多用楔緊塊或套板鎖模，在合模面處易造成噴鋁現(xiàn)象。140活塞就是采用這種間接正向擠壓鑄造形式。7.3活塞間接正向擠壓鑄造模具工作原理圖7-1為140活塞擠壓鑄造模具簡圖，其工作過程是：熔煉好的合金液澆入到壓室11中，將動模套板5及成形組合件2、4、7推到預定位置，壓機活動橫圖7-1 140活塞擠鑄模圖 1動模板 2側型芯3中間型芯 4抖

48、模塊 5動模套板6液徽件 7澆口墊板 8壓條9定模板10 定模座11壓套 12壓頭 13項桿軸梁帶動中間型芯3插入成形組合模套中，并鎖緊模具；壓機下油缸推動頂桿13和壓頭12加壓頂出，液態(tài)金屬在壓力作用下充滿型腔；經充分保壓后，下油缸卸壓，壓機上油缸帶動橫梁卸壓回程，并抽出中間組合型芯，下油缸再將動模套板中的兩斜模塊和制件頂出。取出制件，噴刷涂料即完成一個工作循環(huán)。7.4工藝參數(shù)和結構參數(shù)的選擇活塞的工藝參數(shù)的選擇嚴重影響著制件的質量，其中包括充型速度、澆注溫度、模具溫度，比壓、保壓時間等。140活塞的工藝參數(shù)選擇如下表。表汽車活塞擠壓鑄造工藝參數(shù)壓力MPa保壓時間/s澆注溫度/模具溫度/擠壓速度/m·s-1涂料12520256907201601800.005水劑膠體石墨7.5結論(1) 采用間接正向擠壓鑄造工藝生產中小型活塞是可行的，產品的綜合性能完全可以達到使用要求，可替代部分金屬型鑄造生產哪些性能要求較高，形狀較復雜的零件。(2) 用間接正向擠壓鑄造工藝生產的活塞雖沒有變形