摘要：壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)中重要的工藝設(shè)備。金屬液在壓鑄模具中冷卻凝固，最終形成壓鑄件。壓鑄件的形狀、尺寸、質(zhì)量，以及壓鑄生產(chǎn)的順暢性都與壓鑄模具密切相關(guān)。

壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)中重要的工藝設(shè)備。金屬液在壓鑄模具中冷卻凝固，最終形成壓鑄件。壓鑄件的形狀、尺寸、質(zhì)量，以及壓鑄生產(chǎn)的順暢性都與壓鑄模具密切相關(guān)，因此正確合理地設(shè)計壓鑄模具至關(guān)重要。

一、壓鑄模具的基本結(jié)構(gòu)

常用的壓鑄模具由兩個半模組成，分別稱為定模和動模。也有更復(fù)雜的壓鑄模具，不止兩個半模。壓鑄模具的組成如圖1所示。

壓鑄模具組成部分的作用如下：

（1）直澆道 連通壓室或至橫澆道，包括澆口套和分流錐等。

（2）澆注系統(tǒng) 合金液進入型腔的通道，包括內(nèi)澆道、橫澆道及直澆道等。

（3）型腔 在鑲塊上形成壓鑄件的幾何形狀。

（4）抽芯機構(gòu) 完成活動型芯的抽出及插入動作，包括滑道、滑塊、油缸及斜杠等。

（5）排溢系統(tǒng) 排氣體及存儲冷金屬殘渣等。

（6）溫度控制系統(tǒng) 控制壓鑄模具的溫度，包括冷卻水管和加熱油管等。

（7）頂出機構(gòu) 將壓鑄件從型腔中頂出，包括頂桿等。

（8）動模框 連接及固定動模部件，包括套板、支撐板等。

二、壓鑄模具的設(shè)計

設(shè)計壓鑄模具要注意以下幾個要點：

（1）要盡可能地采用先進簡單的結(jié)構(gòu)，保證動作穩(wěn)定可靠、方便日常維護、維修。

（2）要考慮澆注系統(tǒng)的可修改性，在調(diào)試過程中可以進行必要的修改。

（3）合理選用各種公差、縮尺及加工余量，保證可靠的模件配合及要求的壓鑄件精度。

（4）選用合適的模具材料和可靠的熱處理工藝，確保壓鑄模具的使用壽命。

（5）應(yīng)具有足夠的剛度及強度，能夠承受鎖模壓力和漲型力，壓鑄生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生變形。

（6）盡可能使用標準化的壓鑄模具零件，改善經(jīng)濟性及互換性。

在設(shè)計模具時，還要根據(jù)鑄件的投影面積計算出壓鑄生產(chǎn)中的總投影面積、壓射比壓，以選擇合適噸位的壓鑄機，

壓鑄機選好后，根據(jù)壓鑄機的動靜行板及壓射偏心位置等尺寸，設(shè)計模具的大小、中心位置、復(fù)位拉桿孔位等與壓鑄機相連接部分的尺寸。

隨著我國汽車制造業(yè)的發(fā)展，越來越多的汽車零部件采用了鋁合金材質(zhì)，例如汽車發(fā)動機的缸體、缸蓋、油底殼以及各類連接支架等。

隨著壓鑄技術(shù)的日益成熟，各汽車廠商對壓鑄件的內(nèi)部質(zhì)量要求越來越高，尤其以德國大眾的要求最為嚴格，每一種車型的發(fā)動機壓鑄件產(chǎn)品都有一套相應(yīng)的技術(shù)要求，產(chǎn)品孔隙度的要求是每一種零部件所必須的要求。

一些零部件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要在模具上做一些相應(yīng)的結(jié)構(gòu)才能實現(xiàn)批量壓鑄生產(chǎn)，如零部件上有多種角度的螺紋孔，要保證加工后的產(chǎn)品質(zhì)量，必須在模具的相應(yīng)位置制作型芯，A為定位孔，B是3個M8的螺紋孔，與定位孔角度呈10°，其中右側(cè)的兩個螺紋孔是通孔；C是兩個螺栓過孔，與定位孔角度呈5°；D是與定位孔呈34°的螺紋孔，長38mm。

抽芯機構(gòu)按驅(qū)動方式可分為機械式和液壓式兩種。機械式抽芯主要通過開合模過程中斜銷、彎銷、齒輪和齒條等實現(xiàn)抽芯與復(fù)位。液壓抽芯機構(gòu)的工作原理比較簡單，直接利用液壓缸進行抽芯及復(fù)位動作。液壓抽芯機構(gòu)可以根據(jù)抽芯力的大小及抽芯距離的長短選擇液壓缸的尺寸。圖2產(chǎn)品在模具設(shè)計時首先考慮A、C、D三個孔要鑄出來，可以分別用液壓抽芯機構(gòu)采取有角度的滑道的方式在生產(chǎn)中來實現(xiàn)孔的成形。圖3是D孔的滑道機構(gòu)示意，用這種辦法可以將液壓缸設(shè)計在模具外面，這樣設(shè)計的好處是模具可變薄，連續(xù)生產(chǎn)過程中便于維護。

在連續(xù)生產(chǎn)過程中，模具的抽芯孔會因為多次的抽插滑動造成抽芯孔變形，在模具壽命的中后期，會經(jīng)常出現(xiàn)抽芯研死的現(xiàn)象，為了解決這一問題，可以在抽芯孔的部位增加一個鑲套，如果出現(xiàn)抽芯孔變形的情況，就可以更換鑲套來解決（見圖4）。這種辦法也可以應(yīng)用在模具的頂桿處，只要能加鑲套的，就可以做成這個結(jié)構(gòu)。

由于一些零部件圖樣的要求，鑄件上一些區(qū)域需要放置規(guī)定大小的異形頂桿。圓圈內(nèi)的4個頂桿成形部分（見圖5）是階梯形式的，直徑為8mm。由于鑄件動模型腔比較深，所以產(chǎn)生的抱緊力就很大，頂桿頂出鑄件時所需要的力就大，頂桿在壓鑄生產(chǎn)過程中容易折斷。由于鑄件成形部分頂桿的直徑由產(chǎn)品圖樣確定，可以根據(jù)產(chǎn)品的特點，設(shè)計階梯粗細的頂桿，以保證頂桿的壽命。

由于有了C、D兩個角度的油缸在模具上，B所示的3個M8的螺紋孔就沒有位置再采用油缸的方式來做預(yù)鑄孔了，兩個M8螺紋通孔深18mm，想保證內(nèi)部質(zhì)量必須做出預(yù)鑄孔，我們采取做對接異形型芯的方式來解決這個問題，對接形式如圖6所示。

型芯不是正常對接的，錯開了一定的距離，在兩型芯對接的部分是正常的出模斜度（一般設(shè)計在1°～1.5°之間，兩個型芯外側(cè)的出模斜度就是正常的出模斜度外加與定位孔所呈的角度）。

由于某些復(fù)雜的產(chǎn)品厚大區(qū)域通過壓鑄工藝參數(shù)無法保證內(nèi)部質(zhì)量，所以在設(shè)計模具時要考慮增加局部擠壓機構(gòu)，這種機構(gòu)的原理是在壓射完成的最短時間內(nèi)，將抽芯插入，使得這一區(qū)域壓實，減少氣孔。擠壓機構(gòu)抽芯的成形部分是沒有出模斜度的，所以只適合短程的結(jié)構(gòu)。

三、壓鑄工藝系統(tǒng)設(shè)計

模具大框設(shè)計好后，就進入了澆注系統(tǒng)的設(shè)計，早先都是看二維或三維圖樣根據(jù)實踐經(jīng)驗來做這一部分的。在生產(chǎn)過程中根據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量來調(diào)整內(nèi)澆道的位置和方向。近十幾年來，隨著鑄造充型凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)的不斷發(fā)展以及鑄造行業(yè)的市場需求，鑄造過程模擬商品化軟件不斷出現(xiàn)，很多主機廠也要求在設(shè)計模具前看到壓鑄模擬過程，在設(shè)計之初將設(shè)計好的三維導(dǎo)入到這個程序里面，設(shè)定壓鑄工藝參數(shù)后，模擬軟件經(jīng)過一定的運算得出接近實際生產(chǎn)效果的模擬畫，

  壓鑄工藝要求模擬達到的效果如下：

（1）合金液應(yīng)同時到達內(nèi)澆道處。

（2）在填充過程中合金液應(yīng)平穩(wěn)填充。

（3）填充過程中不能出現(xiàn)卷氣或紊流現(xiàn)象。

（4）填充完成前，合金液不能將集渣包過道封死。

（5）從填充過程中所產(chǎn)生的冷金屬不能存在鑄件內(nèi)，應(yīng)全部被驅(qū)趕到集渣包里。

根據(jù)填充模擬和粒子追蹤模擬，以及壓鑄工藝的要求，模具澆道和集渣包的位置和大小都要做到相應(yīng)優(yōu)化；根據(jù)凝固模擬和鑄件的壁厚，模具內(nèi)冷卻水和加熱油管，以及點冷卻的位置能夠確定；根據(jù)模具沖蝕模擬可以確定模具的哪些地方需要重點噴涂。

通過模擬分析，在設(shè)計時解決了澆口和集渣包手動優(yōu)化的過程，這樣就節(jié)省了模具制造時憑經(jīng)驗所產(chǎn)生偏差造成的模具修改過程。

為了使鑄件的質(zhì)量得到進一步提高，一些公司利用抽真空技術(shù)使廢品率下降，創(chuàng)造更高的價值。

抽真空技術(shù)要求模具排氣道的面積與沖頭面積之比為1:100。在快壓射開始前的0.4s啟動真空泵，抽真空在設(shè)計模具時可以根據(jù)產(chǎn)品的復(fù)雜程度和模具的大小，來確定使用真空排氣波板或真空閥的數(shù)量。圖11是模具上抽真空的結(jié)構(gòu)。在抽真空技術(shù)應(yīng)用較好的情況下，鑄件的廢品率至少要降到原有廢品率的20%以下。