鎂合金齒輪箱壓工藝設(shè)計(jì)方案

1、鎂合金齒輪箱壓鑄工藝設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)論文鎂合金齒輪箱壓鑄工藝設(shè)計(jì)徐寧1,2，朱建風(fēng)1（1.福州大學(xué)；2.福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州350003 ）摘 要：近年來，隨著我國汽車、電子等行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)鎂合金壓鑄 件的需求也不斷的增長本文主要講述鎂合金齒輪箱產(chǎn)品研發(fā)過程中壓鑄模的設(shè) 計(jì)理念和生產(chǎn)方面的經(jīng)驗(yàn).該模具在制造的過程中，應(yīng)用鎂合金壓鑄工藝，采取 主澆道環(huán)型結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔采用分型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了4個(gè)滑塊，3個(gè)方向抽芯.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該模具不僅壓鑄件成形好，壓鑄的缺陷也會(huì)相對(duì)減少，模具的壽命也會(huì) 增加關(guān)鍵詞：鎂合金；模具設(shè)計(jì)；壓鑄工藝；齒輪箱中圖分類號(hào)：TC292 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673

2、-260X（2015）01-0148-02面對(duì)競爭日益激烈的市場競爭，對(duì)鎂合金壓鑄的要求也越來越嚴(yán)格，使得 設(shè)計(jì)者們被動(dòng)的不斷地提高著產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短著研發(fā)時(shí)間在不存在特殊原因的情況下，鎂合金的產(chǎn)品與其他合金的鑄件設(shè)計(jì)有許多的相似之處但又要做到在設(shè)計(jì)中既要突出鎂合金的特征與優(yōu)勢又要避免容易出現(xiàn)的問題，就需要壓鑄件與模具相互適應(yīng)，充分發(fā)揮出鎂合金的優(yōu)點(diǎn)，確保獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品1鎂合金的發(fā)展現(xiàn)狀鎂合金與目前正在使用的相對(duì)較多的材料相比，具有密度小、比強(qiáng)度高、以及良好的壓鑄工藝性、導(dǎo)熱性、減振性、電磁屏蔽性、可回收利用等特點(diǎn)能夠滿足不同行業(yè)的需求，供求量很大，作為輕質(zhì)合金材料未來的前景不可限量，已經(jīng)廣

3、泛的應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)中.許多國家已經(jīng)利用鎂合金做出了重大的研究，將 其定義為二十一世紀(jì)的重要戰(zhàn)略材料.因?yàn)殒V合金的許多優(yōu)點(diǎn)和無法取代的特點(diǎn)，讓鎂合金的需求量大幅度上升，鎂合金壓鑄件在汽車產(chǎn)業(yè)制造中占有比例很大；亞太地區(qū)市場約占16 %。、北美市場約占50 %。、歐洲市場約占25 %。、其他地區(qū)約占9%.而我國的鎂合金產(chǎn)業(yè)雖然才發(fā)展不久，但自在90年代以后，我國的汽車、電子、通訊等領(lǐng)域發(fā)展已經(jīng)得到了很大程度上的提高.在如今這個(gè)科技發(fā)展迅速的時(shí)代，只有不斷的研發(fā)創(chuàng)新才不會(huì)落后.我國作為鎂資源生產(chǎn)大國、存儲(chǔ)量占 世界的22.5 %。，年產(chǎn)量截止到2001年底全國50余家鎂企業(yè)的產(chǎn)量僅達(dá)10萬 噸.通過

4、不斷的努力，我國的鎂工業(yè)從鎂產(chǎn)品的進(jìn)口國變身成為世界最重要的產(chǎn) 品出口國.2壓鑄模設(shè)計(jì)鎂合金齒輪箱結(jié)構(gòu)如圖1所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，要求模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合 理，為保證成型質(zhì)量，要有合理的澆注系統(tǒng)，較大的澆道面積，較高的填充速度 和較短的充填時(shí)間.R' 1計(jì)會(huì)矗苗瓦均2.1壓鑄機(jī)的選擇對(duì)于鎂合金鑄件的生產(chǎn)環(huán)境的溫度、不論是熱室壓鑄機(jī)還是冷室壓鑄機(jī)都和生產(chǎn)出的鑄件的壁厚有關(guān).通常情況下，為了保證壁薄的，小于 1kg的鑄件則 需要熱室壓鑄機(jī)，大件的基本選用冷室壓鑄機(jī).該齒輪箱采用700T冷室壓鑄機(jī)進(jìn) 行壓鑄成型.2.2模具設(shè)計(jì)由于鎂合金有著很好的壓鑄工藝性能，在生產(chǎn)的過程中，應(yīng)該相對(duì)地把鎂 合金

5、的優(yōu)點(diǎn)和不可代替的優(yōu)勢融合進(jìn)去，并且選用適合鎂合金的工藝參數(shù)和模具 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).與鋁合金不同的是，因?yàn)槿刍逆V合金不易與鋼鐵融合，所以使模具 的使用壽命得到了延長至于其他的，例如熱學(xué)約 650 C和機(jī)械力學(xué)比壓對(duì)模具 的沖壓與加工鋁的時(shí)候都有些相同.現(xiàn)在我們可以做到壓鑄件壁薄至0.6mm 的薄壁件.因?yàn)殒V合金的液體可以再模具腔內(nèi)迅速凝固、要求充型時(shí)間短，壓射沖 頭的速度比鋁高出30%.實(shí)踐表明，鑄件的抗拉強(qiáng)度與第二級(jí)壓射速度有著直接的關(guān)系.主要因素是：短的充型時(shí)間和充型期間產(chǎn)生的漩渦.壓鑄模噴涂的頻繁，表面會(huì)有噴涂材 料的微粒和氧化物，會(huì)改變?nèi)芤涸趦?nèi)澆口的速度，大約在 90 100m/s.這樣的

6、 改變，就會(huì)減少內(nèi)澆口速度造成的破損.2.3鎂合金壓鑄模特點(diǎn)(1 )充型時(shí)間比鋁短30%，(2)內(nèi)澆口的速度為90 100m/s，(3)斜 度小，(4)模具溫度在220 C 240 C (需要用模具控制器)，(5)鎂的流動(dòng)性 好，邊角固定好，對(duì)模具塑固要求高.2.4鎂合金壓鑄模的應(yīng)用近些年我國的大型成套設(shè)備中，齒輪是最關(guān)鍵的部分之一.通過引進(jìn)相關(guān)的技術(shù)和不斷的創(chuàng)新，也代表著制造業(yè)的發(fā)展水平的高精度，以及在這方面所取得 成就從發(fā)展趨勢上看，是在不斷的進(jìn)步，占據(jù)主導(dǎo)地位，并會(huì)持續(xù)相當(dāng)長的發(fā) 展階段由圖2結(jié)構(gòu)圖所示.鎂合金的齒輪箱的壓鑄由動(dòng)模套版、 頂出機(jī)構(gòu)、動(dòng)模型 芯、定模型芯、抽芯滑板、定模板套

7、、動(dòng)模固定板和澆道等部分組成 該模具大 體還是選取了鋁合金壓鑄模的結(jié)構(gòu)成分， 但又做了一定程度的改變，突出了鎂合 金的特點(diǎn)與優(yōu)勢.做了一些大膽的創(chuàng)新.首先，在模具的澆道上做了一定的改變：選取厚度為 816mm，寬度為 1828mm的增壓型環(huán)型主澆道，以保證在填充的過程中速度得到了提升 .由于 齒輪箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)置的輔助澆道可以減少充填的時(shí)間， 流動(dòng)的阻礙減少，甚 至減少了噴濺、冷隔、紊流等缺陷.其次，根據(jù)齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜這一特點(diǎn)，也做了一些設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)成4個(gè)抽芯的 結(jié)構(gòu)方式 滑塊之間的距離為0.03mm以內(nèi)；銷子與模具內(nèi)孔之間的距離為0.012 以內(nèi)，模具的制作工藝精度高達(dá) GBIT6級(jí).此外，

8、選取內(nèi)腔結(jié)合處不用去毛刺的 直接加工的分型結(jié)構(gòu)，可以大大的減輕成本負(fù)擔(dān)，還可以保證壓鑄產(chǎn)品的質(zhì)量與 速度.3壓鑄工藝設(shè)計(jì)與工藝壓鑄是鎂合金鑄造的最主要的成形工藝.世界上鎂合金鑄件總數(shù)的 93 %是 通過壓鑄工藝成形的.這最主要的原因就是鎂的壓鑄工藝工藝性能很好對(duì)于鎂合金齒輪的成分分析見表1.鎂合金具有的一系列特征使得鎂合金零 件的壓鑄工藝與鋁合金的壓鑄工藝有著顯著的不同.與鋁合金比較來說.鎂合金有 著低比熱容和低相變潛熱、低動(dòng)力學(xué)粘度、高流動(dòng)性、凝固時(shí)間短等特點(diǎn).選取填充速快，更節(jié)約時(shí)間的充填時(shí)間的壓鑄工藝，與鎂合金進(jìn)行綜合研究和生產(chǎn)ZjRMbtdi0.24-CLMCLIOOlID0.0053

9、.1真空壓鑄真空壓鑄是指在壓鑄的過程將腔內(nèi)的氣體抽出，減少壓鑄件內(nèi)的氣孔和溶 解氣體，從而達(dá)到提高鑄件質(zhì)量的目的由于鎂合金在凝固的過程易產(chǎn)生枝晶， 被枝晶占據(jù)的地方會(huì)因阻礙液體形成負(fù)壓，析出有利位置因?yàn)殒V合金中的疏松對(duì)氣孔的形成起著幫助作用，3.2充氧壓鑄充氧壓鑄又叫做無氣孔壓鑄.在金屬液充型前，在型腔內(nèi)沖入氧氣或者其他 氣體，來替換腔內(nèi)的空氣.金屬液體進(jìn)入腔內(nèi)時(shí)，會(huì)與活性氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)， 生成金氧化物微粒，這種微粒分散在墻內(nèi)，分解了存在的空氣，使壓鑄件可以通 過熱處理強(qiáng)化，使鑄件比普通鑄件的塑造效果更明顯.而普通鎂合金是無法進(jìn)行力學(xué)性能測試的.3.3擠壓鑄造北美壓鑄協(xié)會(huì)對(duì)擠壓鑄造的解釋是：

10、運(yùn)用低的充型速度和最小的運(yùn)動(dòng)，達(dá) 到金屬液體在高壓下凝固的目的.高精度的從而獲得鑄造工藝.充型壓力高是擠壓 鑄造最突出的特點(diǎn).比重力金屬型鑄造要高幾個(gè)級(jí)別，而對(duì)鑄件造成的影響：合 金與鑄型間的傳熱系數(shù)的增加；減少腔內(nèi)金屬液體中的氣體析出，從而提高鑄件 的密度與質(zhì)量.3.4半固態(tài)鑄造雖然有了擠壓鑄造、常規(guī)鑄造、充氧鑄造等方式可以塑造出高質(zhì)量、快速度、復(fù)雜多樣的鎂合金鑄件，但也很難逃脫在生產(chǎn)過程中遇到的各種問題，所以 必須過熱保證合金液的流動(dòng)來克服眾多的問題 .例如，鎂合金的氧化燃燒，這主 要是利用半固態(tài)有充型平穩(wěn)、金屬液氧化損失較少、無金屬噴濺可進(jìn)行熱處理、 鑄件壽命長等特點(diǎn).3.5填充時(shí)間對(duì)于

11、鎂合金，填充時(shí)間要短，保壓的作用就是讓壓力傳遞給還沒有凝固的 液體，通過高壓結(jié)晶獲取高質(zhì)量的壓鑄件.除此以外，因?yàn)殒V合金的特殊性的緣 故，在利用鎂合金進(jìn)行壓鑄制造產(chǎn)品時(shí)， 在其開發(fā)以及生產(chǎn)的過程中，還應(yīng)該對(duì) 鎂合金的生產(chǎn)中的其他一些工序進(jìn)行多加注意，其中，在生產(chǎn)過程中，鎂合金的熔化、保溫以及壓鑄和對(duì)鎂合金的后續(xù)加工以及對(duì)鎂合金的處理等過程中都應(yīng)該 采取一定的安全防護(hù)措施，這樣才能更加保證產(chǎn)品的質(zhì)量.3.6安全操作鎂具有易燃易爆的特性、因此在生產(chǎn)過程中、必須有較強(qiáng)的安全意識(shí).在生 產(chǎn)時(shí)基本保護(hù)用品必須佩帶齊全口、工作服、安全帽、口罩、防護(hù)模具等等 . 為穿戴齊全不可靠近.鎂合金生產(chǎn)中涂料不易噴放

12、過多，以免引發(fā)危險(xiǎn).設(shè)計(jì)員者 們應(yīng)時(shí)刻注意著，以免造成不必要的傷亡.4結(jié)語根據(jù)多年的設(shè)計(jì)鋁、鋅等多種金屬產(chǎn)業(yè)以及多年壓鑄生產(chǎn)積累下來的經(jīng) 驗(yàn)，現(xiàn)在已經(jīng)自主設(shè)計(jì)了鎂合金齒輪壓鑄模的一系列工序，并且已經(jīng)按照成功的設(shè)計(jì)制造出了模具.經(jīng)過多方面的實(shí)際檢驗(yàn)，制造的模具有效使用時(shí)間長的特點(diǎn).制定的鎂合金齒輪箱壓工藝十分合理，并且在穩(wěn)定性上也超出世面上的其他產(chǎn)品 的平均水平，而且在壓鑄成型的質(zhì)量以及表面的質(zhì)量上也比世面上的許多同類型 產(chǎn)品高出許多，而且利用我公司的自主設(shè)計(jì)的工序成產(chǎn)制造出的產(chǎn)品的成品率也 比以往的工序生產(chǎn)制造出產(chǎn)品的成品率提高了不少參考文獻(xiàn)：1張玉海，閻峰云,黃曉鋒.AM60B鎂合金壓鑄工藝的研