李有新， 李陽

（青海鹽湖特立鎂有限公司，西寧 810000）

0 引言

隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入，汽車輕量化成為行業(yè)共識，節(jié)約油耗已經(jīng)成為現(xiàn)代化汽車的重要發(fā)展方向。鎂合金作為最輕的金屬材料，其具備多種特性，已越來越多地引起行業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。而作為鎂合金壓鑄成型中模具設(shè)計的成功與否將直接影響鎂合金壓鑄件的品質(zhì)和壓鑄效率。

1 鎂合金性能分析

鎂合金最突出的特點為相對體積質(zhì)量?。?.74 g/cm3），只是鋁合金2/3，并且在剛性一致的前提下，鎂的質(zhì)量只是鋼的1/2。鎂和鋁、銅與鈦等相關(guān)金屬元素所構(gòu)成的多種合金，其中相對體積質(zhì)量僅為1.8 g/cm3，但是卻具備相對較大的強度和硬度。此外鎂合金傳熱與膨脹系數(shù)相對較大，而彈性模量在比較常用的金屬當(dāng)中為最低的，具備比較高的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，還具備良好的尺寸穩(wěn)定性和能量吸收特點，比較適宜制造抗振零件。鎂合金具有非常好的機加工性能，可有效保持加工精度。但由于鎂是易燃物質(zhì)，鎂液遇水后還會產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，故在壓鑄生產(chǎn)時必須采取安全防范措施。近年來，壓鑄技術(shù)的不斷發(fā)展，使鎂合金可以鑄造薄壁和接近成品尺寸相對復(fù)雜的零件，有時還能夠和塑料相比擬，具備一定的穩(wěn)定性，并且在重量及功能等方面擁有一定優(yōu)越性。

2 鎂合金壓鑄模具設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

鎂合金壓鑄模具是正確選擇和調(diào)整壓鑄工藝參數(shù)的基礎(chǔ)，故能否順利實現(xiàn)壓鑄、壓鑄件質(zhì)量的優(yōu)劣、成型效率等在很多程度上取決于壓鑄模結(jié)構(gòu)是否合理、技術(shù)是否先進(jìn)、模具制造是否科學(xué)等，故壓鑄模具設(shè)計實質(zhì)上是對壓鑄生產(chǎn)中預(yù)計產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)和可能出現(xiàn)的各種問題的綜合反映。

2.1 成型部分設(shè)計

成型部分是模具壓鑄件尺寸精度與形狀尺寸的部位，是按照壓鑄件設(shè)計圖紙，根據(jù)壓鑄工藝及壓鑄實際情況而設(shè)計的，其型腔和型芯組成的部分必須符合用戶壓鑄件的要求。模具成型表面的質(zhì)量決定著壓鑄件的表面質(zhì)量及壓鑄件脫模阻力的大小。

2.2 澆注和排溢系統(tǒng)設(shè)計

澆注系統(tǒng)是壓鑄機內(nèi)熔融的鎂合金液在高溫高壓高速狀態(tài)下填充壓鑄模型腔的通道，其在引導(dǎo)金屬液填充型腔過程中，對金屬液的流動速度、狀態(tài)、壓力傳遞、排氣效果及壓鑄模的熱平衡起著重要的控制和調(diào)節(jié)作用。排溢系統(tǒng)是金屬液在填充過程中，排除氣體、冷污金屬液及氧化夾雜物的通道和儲存器，用以控制金屬液的填充狀態(tài)、消除壓鑄缺陷。

澆注系統(tǒng)的設(shè)計主要包括：1）根據(jù)壓鑄件尺寸、質(zhì)量及企業(yè)現(xiàn)有壓鑄條件選用適當(dāng)?shù)膰娮?，確保噴嘴形狀與澆注系統(tǒng)相適應(yīng)；2）根據(jù)壓鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量確定金屬液進(jìn)入型腔的位置方向和流動狀態(tài)；3）根據(jù)壓鑄件的結(jié)構(gòu)特點、后續(xù)機械加工方法，確定合理的分型面、澆注系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各部分的主要尺寸；4）分析金屬液流動狀態(tài)，確定溢流槽及排氣道；5）分析金屬液的流動對模具溫度的影響，選擇合適的模具溫度調(diào)節(jié)裝置。

2.3 抽芯機構(gòu)設(shè)計

現(xiàn)階段在大型壓鑄機模具上的抽芯機構(gòu)均設(shè)計為液壓式抽芯機構(gòu)。液壓抽芯機構(gòu)指固定在定?；騽幽２糠值囊簤焊自趬鸿T成型后，通過油路和液壓閥的控制，使與液壓缸活塞桿連接的型芯進(jìn)行抽芯的一種機構(gòu)。我公司引進(jìn)的瑞士布勒鎖模力為3200t的大型壓鑄機定模和動模上分別固定有6個和4個抽芯液壓缸。抽芯機構(gòu)設(shè)計時不宜將抽芯方向設(shè)置在操作側(cè)，以避免發(fā)生意外。抽芯機構(gòu)設(shè)計時應(yīng)設(shè)置楔緊裝置，在合模前使型芯復(fù)位，防止側(cè)滑塊和楔緊塊被毀。

2.4 計算機數(shù)值模擬仿真分析

現(xiàn)階段，數(shù)值模擬仿真分析軟件已經(jīng)成為優(yōu)化汽車零部件壓鑄模具工藝設(shè)計的關(guān)鍵工具。常用的壓鑄模擬分析軟件主要有FLOW-3D、MAGMA及PRO-CAST，最主要的方法是有限差分法、有限元法、邊界元法和直接差分法。在數(shù)值模擬仿真分析中，可預(yù)測分析鎂合金液的流動充型狀況，進(jìn)行澆注系統(tǒng)的初步設(shè)計，在合理的壓鑄工藝參數(shù)下，對充型過程中的速度場、溫度場等進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化澆注系統(tǒng)及工藝參數(shù)，從而預(yù)測出生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的壓鑄缺陷及所在位置，實現(xiàn)工藝優(yōu)化，改善鑄件質(zhì)量，充分發(fā)揮壓力鑄造的技術(shù)優(yōu)勢。據(jù)美國鑄造協(xié)會統(tǒng)計，運用數(shù)值模擬仿真分析可提高產(chǎn)品質(zhì)量10倍，提高25%的材料利用率，降低30%的成本，提高45%的設(shè)備利用率，縮短45%產(chǎn)品設(shè)計和試制周期。

3 結(jié)語

通過對鎂合金性能、鎂合金壓鑄模具設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，表明鎂合金的大量應(yīng)用不僅能夠保護(hù)環(huán)境，降低能源損耗，還可以為企業(yè)獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 馬秋.鎂合金汽車零件壓鑄模具設(shè)計與數(shù)值模擬研究［D］.哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2005.

［2］ 王家弟，盧晨，丁文江.鎂合金壓鑄件及壓鑄模設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)［J］.特種鑄造及有色合金，2002（2）：24-26.