基于ProE镁合金壳体压铸模设计.pdf

模具工业 2 0 1 0年 第 3 6卷 第 3 期 5 9 基 于 P r o E 镁 合 金 壳 体 压 铸 模 设 计 雷黎 l 于彦东 1 中国海洋大学 材料科学与工程研究院 山东 青岛2 6 6 1 0 0 2 哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 4 0 摘要 分析镁合金壳体的结构特点 介绍压铸模浇注系统设计 使用P b E软件完成铸件三维实体造型 和优化的压铸模结构设计 经实际生产检验 模具在使用中操作方便 安全 工作稳定可靠 铸件质量达 到要求 关键词 镁合金 浇注系统 压铸模 中图分类号 T P 3 1 T G 2 4 9 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 2 1 6 8 2 0 1 0 0 3 0 0 5 9 0 4 Pr o E b a s e d d e s ig n o f d ie c a s t ing die f o r ma gn e s iu m a llo y s h e ll b o dy L EI n YU Y a n do n g 0 1 I n s t it u t e o f Ma t e r ia l S c i e n c e a n d E n g i n e e r in g O c e a n Un iv e r s it y o f C h i n a Qi n g d a o S h a n d o n g 2 6 6 1 0 0 Ch i n a 2 Sc h o o l o f Ma ter ia l s Sc i e n c e a n d E n g i n e e r i n g Ha r b i n Uni v e r s i t y o f Sci e n c e a n d T e c h n o l o g y H a r b i n H e i l o n g i i a n g 1 5 0 O C h in a Ab s t r a c t A d i e c a s g d i e f o r a ma g n e s i u i n a ll o y s h e l l b o d y wa s d e v e lo p e d b a s e d o n a n a l y s i s o f t h e s t r u c t u r e tec hn o lo gy c h a mc ter is tic s o f t h e p r o d u c t Pr e s e n t a tio n wa s f oc u sed o n t h e d e s i g n o f p ou r i n g s Y s tem P r o E b a sed 3 1 s o l i d mo d e l i n g o f the c a s t in g p i e c e a n d o p t imiz e d s t r u c t u r e d e s i g n o f t h e d ie 1 n h e d i e pro v e d s tab l y a n d r e l ia b l y Ke y wo r d s ma g n e s i u m a l l o y p o u r i n g s y s t e m di e c a s t in g d i e 1 引言 镁合金是一种发展前景极为可观的轻质合金 材料 与其他合金材料相比 镁合金具有易切削 易 回收等优点 随着能源紧缺及环境污染的 E l益突 出 尤其是汽车工业对低排放 高效率 轻量化要求 的提高 高性能轻质材料的开发和应用越来越引起 汽车制造业的关注 l 3o 图 1 所示为镁合金壳体三维图 材料为镁合金 A Z 9 1 D 壳体平均壁厚 4 r I i T l 表面积约 9 4 1 0 1 i 1 2 o零件形状复杂 属不规则铸件 借助 P r o E软 件通过拉伸 剪切 倒角等命令建立实体模型 完成 绝大部分的造型 侧孔部分需要侧抽芯 该铸件对 气密性有一定要求 根据铸件的结构特点 采用 1 模 1 腔 2 压铸机选用 收稿日期 2 O O 9 1 0 2 2 作者简介 雷黎 1 9 8 1 一 女 黑龙江大庆人 助理工程师 从 事镁合金压铸过程C A D C A E研究 地址 山东省青岛市松岭路 2 3 8号 中 国 海 洋 大 学 材 料 科 学 与 工 程 研 究 院 电 话 1 5 9 5 4 8 6 6 5 3 3 电子信箱 l e i li 0 4 5 9 y a h o o 0 n m 图 1 铸件三维图 液态金属压铸机及专用熔炉是镁合金压铸最主 要的设备 2 1o压铸机按压铸形式分冷压室和热压室 两大类 冷压室压铸机又因压室放置的位置和方向 不同分为卧式 立式 2 种 立式压铸机有切断余料和 顶出机构 这增加了机构的复杂性和装配维修的难 度 卧式压铸机的压室比较简单 另外从工艺上 立 式压铸机熔体充型过程的流程长 能量损失大 卧式 压铸机熔体充型过程的流程短 金属消耗少 能量损 失小 设备操作工序比较简单 1 确定比压 比压是确保压铸件质量的重要参 数 根据合金种类并按铸件特征及要求选择 参考 文献 3 镁合金一般压射比范围3 0 5 0 MP a 由于 模具工业 2 0 1 0 年第 3 6 卷 第3 期 该壳体有气密性要求 选定比压为 1 0 0 MP a 2 计算胀型力 根据铸件结构特征及技术要 求确定比压为 1 0 0 MP a 使用 P r o E软件估算铸件总 投影面积约2 8 7 a n 2 按公式 1 计算压铸件所需压 铸机的胀型力为 A P 1 0 1 式中 F 一压铸机胀型力 k N A 铸件 包括浇 注 溢流 排气系统 在分型面上的投影面积 m a 2 P 比压 MP a 经计算 所需压铸机的胀型力为 2 8 7 0 3 确定锁模力 锁模力的作用是为了克服压 铸过程中的反压力 以锁紧模具的分型面 防止合 金液体飞溅 保证铸件尺寸精度H o 压铸机有效锁模 力为 F K F F 2 式中 F 主胀型力 包括浇铸系统 溢流排气系 统 在分型面上的投影面积的力 k N K 安全系 数 一般取 1 2 5 F s 分胀型力 作用在滑块上的 法向分力所引起的胀型力之和 k N 经计算F 3 5 8 7 5 根据计算结果和零件尺 寸 选用冷室卧式压铸机N X 6 5 0 C 同时选择压室直 径为 7 5 r r ln o 3 浇注系统设计 浇注系统主要由直浇道 横浇道 内浇口 组成 浇口的设计及位置和溢流槽 排气槽的布置与金属 液进入型腔的部位 方向 流动状态 型腔内气体的 排出等密切相关 并能调节充填速度 充填时间 型 腔温度等充型条件 其设计是压铸模设计的重要环 节 口 Jo设计中选择径向浇口 扇形浇道 如图2 所 示 此设计内浇口位于横浇道与铸件的结合处 图 2 浇注系统设计 3 1 内浇口截面积计算 镁合金压铸中 内浇E l压铸速度是重要的参 数 对铸件质量和模具寿命有重要影响 内浇口压 铸速度过大会增加型腔表面由于侵蚀 粘模而受损 伤的几率 内浇口压铸速度过低虽有利于气体的排 出 但会使铸件力学性能和表面质量变坏 内浇口 压铸速度与铸件壁厚有关 铸件平均壁厚 4 I T I T I 由 参考文献 5 表 2 2 0 的推荐尺寸 内浇口充填速度 为 3 4 4 2 m s 型腔的充填时间为 0 0 4 0 0 6 S 内浇口 截面积可按下式计算 C mg 3 式中 内浇 口截面积 ir ln G 通过内浇口 的金属液质量 g p 液态金属的密度 g c m 3 内浇 口处金属液的流速 m s 型腔的充 填 t tu q S 液态镁合金的密度约 1 6 5 g a n 经计算 内浇 口截面积 1 2 0 1 4 6 i i in 2 实际取值 1 7 0 n m 这样取 值的原因在于增大内浇 口尺寸可以加速型腔的填 充 减小合金液流动阻力 同时延长内浇 口 凝 固时 间 有利于补缩 减少冷却收缩变形 6 o 3 2 横浇道设计 横浇道是从直浇道末端到内浇道之间的通道 截面积应从直浇道到内浇道逐渐缩小 避免由于横 浇道中出现截面积扩大而导致负压的出现和涡流的 增加 横浇道应具有一定的厚度和长度 若横浇道 过薄 则热量损失大 若过厚 则冷却速度慢 影响生 产率 保持一定长度主要对金属液起到导向和稳流 的作用 3 3 溢流槽分布与功能 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 溢流槽的布置 应均匀 以平衡模具成型区的温度 使压铸件各处温 度均匀 减少冷却收缩变形 在金属液最先冲击的 部位及金属液不易直接填充的死角部位设置溢流 槽 以排除镁合金液体流动前沿的气体 稳定流态 减少涡流 改善压铸件质量 口 o 由图 3 看出 溢流槽布置在金属液最后填充的 部位 也就是离浇注系统最远的铸件顶端以及铸件 4 个耳部的终端 这样设置的 目的是控制金属液填 充状态 防止局部产生涡流 转移缩孔疏松 涡流裹 气和产生冷隔的部位 调节模具备部分温度 减少铸 件流痕 冷隔和浇不足现象 作为铸件脱模时推杆推 出的位置 防止影响铸件美观 此外把溢流槽设置 在动模内 是为了增大对动模的包紧力 使铸件在开 模具工业 2 0 1 0年 第 3 6卷 第 3 期 6 1 模时随动模带出 3 图 3 溢流槽分布 4 压铸模结构设计 压铸模设计包括模架设计 成型零件设计 抽 芯机构设计和推出机构设计 等 每部分都相互关 联 设计合理是保证模具合格的关键 臼 o 现借助 P r o E软件完成镁合金壳体的压铸模设计 模具模块是 P r o E软件的一个选择性模块 它提供了设计模具 所必须的工具 在使用 P ro E进行模具设计前 先完 成压铸件的实体造型 接着绘制一个适当尺寸的模 块 该模块用来在后面设计步骤中生成模具的动模 和定模 进入模具设计模块中 进行模型检验 收缩 率的设定 产生分型面 生成动模和定模体积块 然 后进行压铸模座板 套板 推板和推杆等零件的造 型 最后使用 P r o E的装配功能对零件进行约束装 配 得到一副完整的压铸模 4 1 收缩率设置 考虑在生产过程 中产 品成型 的收缩现象 在 P r o E软件中需设定收缩率 按 比例创建收缩特征 方法是在 菜单管理器 中单击模具一收缩一按比 例 此时可对不同坐标方向分别设置收缩率 单击 按钮 完成收缩率设置 4 2 分型面设计 创建分型面的作用在于将型腔分割成 2 个或若 干个模具元件 也就是动模 定模等 它由模具组件 特征构成 可 由一个或多个曲面特征组成 8 这是模 具设计的重要环节之一 直接反映铸件在生产时的 成功率和模具制造时的难易程度 在镁合金壳体模具设计过程中 需要创建 1 个 形成动模和定模的主分型面和 2 个侧面直抽芯分 型面 考虑到铸件在模具 中的成型位置 浇注系统 设计及推出方法等多种因素的影响 根据壳体铸件 部分尺寸精度和形状精度分析 将主分型面设计在 图 4所示的 I I 处比较合理 有利于模具加工及压 铸操作 图 4 分型面位置 在 P ro E软件 中以曲面复制方式增加分型面 首先将模具遮蔽 选择创建分型面命令并输入分型 面名称 接着选取铸件所有的内表面和上表面进行 复制 并将该表面扩展到模具边缘 最后采用曲面合 并即完成了主分型面的创建 侧面直抽芯分型面即 选取铸件侧 孔 内表 面进行复制 并扩展到模具边 缘 需要注意的是 利用 P ro E进行分型面创建时 要求分型面上不能有缺 口 否则无法分型 4 3 成型零件设计 压铸模的成型零件主要是指型芯和镶块 结构 形式分为整体式和镶拼式 整体式的型腔直接在模 块上加工成型 镶拼式的型腔和型芯由镶块构成 然 后装入模具的套板 内加以固定 安装形式有不通孔 和通孔 2 种 不通孔套板结构简单 强度较高 镶块 用螺钉和套板直接紧固 节约材料 减轻重量 3 该 模具镶块安装孔形式设计为不通孔式 使用 P ro E软件对产品进行分模 采用分割 抽 取模具体积块命令得到动模和定模 具体操作是在 菜单管理器 中点击模具元件一抽取 弹出 创建模 具元件 对话框 点击选全部 单击 确定 即完成体 积块的分割 创建的动 定模三维实体造型如图5 所 示 一 一 a 定模 b 动模 图 5 动 定模三维造型图 4 4 推出机构设计 压铸过程中铸件在模具型腔内成型后 随即开 模具工业 2 0 1 0 年第3 6 卷第3 期 模取出 取出前 有一个从模具的成型部分脱出的 过程 铸件在脱出过程中起作用的是推出机构 合 理设计推出机构是保证铸件顺利脱模的前提 推出 机构一般设在动模内 考虑到推出机构应便于制造 和维修 本设计采用推杆推出 设计了6 种尺寸的 推杆 分布在铸件中心部位 铸件 4 个耳部和耳部 溢流槽处 推出机构推出铸件后 借助复位杆准确 恢复到原来的位置 并用挡钉作最后定位 限制推 板的上极限位置 使推出机构在合模状态下处于准确 可靠的位置 这些零件可调用P I E标准模架库生成 1 导柱2 铸件3 导套4 垫块 9 动模镶块1 0 滑块 4 5 模具装配 在实际环境中 零件装配是将生产出来的零件 通过一定的设计关系将零件组装在一起 设计中的 压铸模装配借助 P m E软件的 s e 玎 n b 模块 采用 中心定位的方式完成 9 Jo装配的顺序是先装配定模 和动模部分 再依次装配其他零件 图6 所示为整副 模具的装配图 在模具实际生产过程中 为了便于 工件检测和加工需要 需将模具三维模型转换为二 维工程图 1 3 l2 l 图 6 模具结构 5 动模座板6 推板7 推杆固定板8 动模套板 1 1 定模镶块1 2 定模板1 3 浇口套 5 结束语 镁合金壳体在模具设计和工艺参数确定的过 程中经历了多次的模拟和调整 经过装配即可得到 镁合金压铸模 模具通过详细的设计校核 确认无 误后 可进行实际生产加工 经生产检验证明 设计 的模具结构合理 布局紧凑 模具在使用过程中操 作方便 工作可靠 生产出的铸件质量优良 尺寸及 性能达到设计要求 同时使用 P r o E软件进行压铸 模设计 缩短时间 提高效率 经济效益显著 参考文献 l 彭晓光 李玉兰 刘江 轻合金在汽车上的应用 J 机 械工程材料 1 9 9 9 2 3 2 1 4 2 陈振华 镁合金 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 4 3 潘宪曾 压铸模设计手册