铝合金压铸件质量与模具设计的关系研究_刘孟林.pdf

造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 技术与创新135铝合金压铸件质量与模具设计的关系研究刘孟林济南宇视智能科技有限公司，山东 济南 250000摘要：铝合金压铸件是日常生产中常见的零部件之一。在制造过程中，影响铝合金压铸件质量的相关因素主要包括压铸件的前期规划设计、模具的组织构架、加工过程中的精密度控制、材料的选择和应用、压铸件材料的整体收缩率、施工工艺的规划、施工工艺的执行质量等，其中，模具的设计对铝合金压铸件的最终质量影响最大。因此，为保障铝合金压铸件的制作质量，需要进一步探究影响铝合金压铸件的质量因素，明确铝合金压铸件质量与模具设计之间的内在关联。文章分析了影响铝合金压铸件质量的相关因素，并且就铝合金压铸件制造过程中质量保障与模具设计方案之间的内在关联进行了探讨，希望能够为有效提升铝合金压铸件的制造质量提供参考意见。关键词：铝合金压铸件；制造质量；模具设计；模具温度分类号：TG249.2根据铝合金压铸件产品使用场景的不同，零部件的整体应用性能具有较大的差距。从总体上来看，铝合金压铸件在制造过程中，只要满足相应的力学性能要求、规格尺寸要求、制作精密度要求、缩孔要求等方面的数值，就可以被视为合格品。即便零部件最终的质量与图纸设计的规格质量有一定的差距，这些零部件可以被当作次品应用。但如果铝合金压铸件的制造过程完全不符合前期规划要求，制造出的零部件就会被视为废品。为了保障铝合金压铸件在制造过程中的成本控制和制造效率，需要通过精密的模具设计方式尽可能地提高铝合金压铸件的生产质量，推动该行业发展。1 影响铝合金压铸件制造质量的相关因素1.1 压铸件的制造设计根据铝合金压铸件的使用场景不同，对铝合金压铸件的整体质量和使用性能要求也具有较大的差异。因此，设计者在前期的设计环节中，必须提前与客户沟通，充分了解客户对铝合金压铸件使用性能的相关要求，根据压铸件的工作环境和相关的参数要求选择合适的应用材料。在前期的压铸件设计过程，不仅要尽可能地满足铝合金压铸件的应用场景和应用性能要求，还需要在此基础上尽可能地保障结构设计的简洁性，不能设计过度复杂的结构，便于后续的制造。此外，在设计环节中还需要留出必要的拨模斜度，否则，在后续制造过程中，会导致压铸件上出现凹陷、气孔、裂纹以及变形等缺陷。铝合金压铸件的尺寸规格具有极为精确的要求，必须在了解客户应用场景的需求下提前规划和测量，避免后续制造过程中产出大批量不合格产品1。1.2 材料收缩率在铝合金压铸件制造过程中，需要提前确认材料在受热或特殊工作环境下的收缩率。通常情况下，可以选择原材料的平均收缩率作为衡量原材料收缩性能的重要指标。尤其是对一些精密度要求较为严格的铝合金压铸件来说，在模具的前期设计过程中，必须考虑到材料收缩率的选择和控制，在必要的情况下，甚至可以先制作一批用于实验的模具，在多次测量实验模具之后确认所需要的数值结果，然后再根据数值结果着手制造铝合金压铸件模具2。1.3 工艺技术的选择以及执行水平在铝合金压铸件制造过程中，工艺技术的选择以及后续的执行水平与铝合金压铸件前期模具的设计、压铸施工设备的整体运行性能、技术操作人员的专业素质都具有密不可分的关联。目前，在国内现有的压铸设备水平下，还难以实现对压铸技术工艺相关参数的高精度控制，在制造过程中难免会出现一些不稳定因素，影响铝合金压铸件的制造质量。因此，在前期的工艺选择和应用过程中，应当综合压铸件设备性质、材料性能以及模具三方面因素，保障所选工艺能够满足这三方面要求。在工艺技术执行过程中，也必须确作者简介：刘孟林，男，硕士，工程师，研究方向为机械设计、安防产品的机械结构设计。文章编号：2096-3092（2023）01-0135-03 技术与创新 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料136保执行人员对铝合金压铸件的参数进行严格的控制，这样才能够避免制造过程中发生收缩变化、变形、规格尺寸不合格等问题。1.4 模具结构和加工精密度铝合金压铸件的制造是按照模具的规格尺寸进行压铸，由此可见，模具的前期设计、材料的选择都与铝合金压铸件最终的产品质量具有内在关联。如果模具整体的结构设计并不科学，那么无论采用什么制造工艺技术，都难以保障产品的规格和性能满足要求。除此之外，加工过程中的精密度、表面粗糙程度的控制、热处理过程中的质量控制等，都会影响产品的最终质量，甚至还会缩短模具的使用寿命3。2 铝合金压铸件制造质量与模具设计之间的关联性模具是铝合金压铸件在制造过程中采用到的主要辅助工具之一，因此，在模具的前期设计中，需要尽可能地保障模具的整体规格尺寸和材料性质在合格范围内，这样才能够有效地提高铝合金压铸件的制造效率和质量，便于模具后续的大规模使用。为了确保模具在压铸过程中不会出现变形问题，保障铝合金压铸件应用的金属液体材料在模具内始终能够平稳地流动，更需要注重对模具材料的选择。除此之外，考虑到铝合金压铸件属于批量性生产的产品，与之相适配的模具生产规模也相对较大。因此，需要保障模具设计的规范性，为后续铝合金压铸件产品的整体质量提供稳定的基础条件。2.1 型腔数的选择型腔数的选择影响铝合金压铸件产品的加工质量，除此之外，型腔数还与模具加工过程中的难易程度、生产批量的要求、铝合金压铸件的精确度规格要求等多个方面具有一定的关系。尤其是对于一些多型腔的铝合金压铸模具来说，考虑到这种模具在加工制造过程中的难度相对较高，容易在加工过程中出现规格不匹配、数值精确度误差较大的问题，一旦不同的液体流道配置不合理或出现了设计不均匀的问题，不同型腔铸造件的使用性能就会出现较大的差异性。因此，对于一些铝合金压铸件产品精确度要求较高的模型制造来说，需要尽可能地确保在多型腔模具制造过程中做到“一模一腔”4。2.2 对于浇筑系统的设计浇筑系统是为液体金属填充模具和铝合金压铸成形所提供的重要渠道，浇筑系统的设计关系到了液体原材料在模具内部的整个流动速度和铸造过程中的排气性能，对于保障铝合金压铸件制造全过程的热稳定性起到了强大的调节作用5。因此，在浇筑系统设计的过程中，必须提前分析铝合金压铸件的制造特征和工艺技术要求，同时，还必须考虑到内部流通的液体材料的合金类型和特性，从多个维度着手才能设计更加合理且科学的浇筑系统。目前，铝合金压铸件制造行业对于浇筑系统规格的设计并没有统一的原则，大多数都是根据行业经验进行设计，然后再通过多次的试验对模具进行调整。但通常情况下，浇筑系统中浇道的尺寸与内浇口的横截面积具有密切关联，内浇口的横截面积与浇道的横截面积的比例应该控制在1 3 1 4。2.3 模具结构的设计从保障铝合金压铸件模具的整体强度这一方面来看，需要针对模具的结构进行合理的规划和设计，只有坚固耐用的模具结构，才能在重复使用过程中不易损坏，并且减少塑性变形的问题。但是，考虑到许多铝合金压铸件本身的形态复杂多变，随之所设计的模具也具有较为复杂的特征，加大了模具制造过程中的难度，极易导致加工过程中存在规格精确度不足的问题。但如果能够采用零部件相互组合的方式制造模具，就能够使模具结构的规划更加简洁，并且还能够通过不同零部件的制造增加复杂模具的加工精确度，从而获得质量更高的铝合金压铸件产品6。2.4 模具温度的控制铝合金压铸件在制造过程中的外部温度是影响最终产品质量的关键因素之一。如果在制造过程中模具温度控制不合理，不但会影响到整个压铸件外部结构和内部结构的质量，导致铝合金压铸件产品出现内部结构疏松、外部气孔、合金颗粒粗大等多方面的缺陷（见图 1）。同时，还会导致压铸件的规格尺寸精确度受到影响，甚至还会导致压铸件在后期出现塑性变形的问题，极有可能会出现产品表面龟裂、存在毛刺等现象，严重地影响铝合金压铸件的整体应用质量和美观性7。以常见的铝合金材料为例，需要在合金的温度为670 710 时直接浇筑到模型内部。除此之外，通过长期的生产实践研究经验发现，铝合金原材料的最佳出模温度应当控制在入模温度的 40%左右，也就是说，当铝合金压铸模的温度在 268 284，产品就达到造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 技术与创新137了出模温度条件，在这一温度范围内，能够制造出质量有所保障的高品质铝合金压铸件产品。在大多数情况下，模具加热过程中不会采用气体或电加热的方式，而是会应用到预热冷却装置，该装置在应用过程中需要以油作为介质对模具进行预热或冷却处理8。2.5 已经成型的零部件尺寸规格在计算压铸件尺寸规格的过程中，必须将铝合金压铸件的材料收缩率也考虑在计算范畴内，否则很可能会导致生产出的产品尺寸规格产生较大的偏差。这就需要通过多次实地测量实验模具之后，再确认铝合金压铸件的尺寸和规格。尤其是对于一些精度要求较高的铝合金压铸件产品，实验过程中的步骤也较为复杂。需要将铝合金模具的内部材料经过热膨胀处理后再次进行测量，这样才能够了解不同温度环境对于后续制造产品尺寸和规格精确度所产生的影响，保障后续铝合金压铸件产品的整体制造精确性9。2.6 模具变形所带来的影响如果在模具制造过程中，模具内部的结构设计不合理或选择的模具制造材料不恰当，都有可能会造成模具在外力作用或外界温度影响下出现开裂、变形等问题，进而导致生产出的铝合金压铸件产品质量不合格。因此，在模具的前期设计过程中，必须确保模具不能变形。通常情况下，在压铸制造过程中，模具内部所承受的压力集中在 70 100 MPa。为了确保模具在制造过程中即便受到外力影响，也不会出现变形或错位的问题，模具内部型腔的设计必须精确，并且保障型腔壁的厚度，避免在受到外力挤压时出现变形问题10。在必要的条件下，如果制造过程中的压力相对较大，可以在型腔内部的垫板下增加支垫，以此来抵抗一部分的外部压力。除此之外，在模具设计的过程中型腔和型芯的安装必须稳定，尤其是型芯，在安装过程中型芯的粗糙度要与模具孔侧面的粗糙度保持一致，粗糙度不能过低，这样才能够保证两端的稳定性，避免模具在应用过程中出现一面型腔壁较厚，另一面型腔壁较薄的问题。与此同时，考虑到模具制造过程中的导柱和导套之间也会存在一定的空隙，如果在使用过程中出现磨损，也会影响到铝合金产品的最终质量。因此，可以在模具型腔周边选择合适的位置设置两个一左一右的定位杆确保二者之间的稳定性11。3 结束语综上所述，铝合金压铸件制造过程中的模具设计合理性直接关系到了产品的最终质量。因此，在模具设计过程中，更应当考虑到型腔数量的设计、浇筑系统的规划、模具可能存在的变形、对于模具温度的控制等多个方面的因素，使模具的应用性能有所保障。参考文献1 樊振中,袁文全,王端志,等.压铸铝合金研究现状与未来发展趋势J.铸造,2020,69(2):159-166.2 肖世龙,黄勇,安振须,等.基于数值模拟的铝合金泵体压铸模具及工艺优化J.特种铸造及有色合金,2016,36(6):605-608.3 李明,张玉,杨文龙,等.6061铝合金自孕育流变压铸薄壁件制备及组织性能J.材料热处理学报,2020,41(6):15-22.4 周倩,任浩,王俊有,等.铝合金变速箱外壳压铸模设计及工艺分析J.铸造,2021,70(3):301-305.5 罗子唯.铝合金真空压铸充型流动行为研究D.重庆:重庆大学,2021.6 安肇勇,黄志垣,陆淳佳.离合器铝合金壳体压铸成形的缺陷分析及对策J.特种铸造及有色合金,2020,40(5):529-533.7 梁民航,胡艺腾,潘家敬,等.铝合金压力铸造过程的优化仿真J.青岛科技大学学报(自然科学版),2020,41(5):95-101.8 郭广思,王广太,谷昊.“上盖”压铸件工艺设计及数值模拟研究J.沈阳理工大学学报,2017,36(6):1-4,36.9 蔡增.5A06铝合金盒体压铸成形工艺与组织性能研究D.南昌:南昌航空大学,2020.10 万晓萌.一种定模弹簧顶出结构在压铸模中的应用J.热处理技术与装备,2022,43(4):63-66.11 史宝良,刘旭亮,孙震,等.乘用车白车身铝合金压铸结构件及材料应用研究进展J.汽车工艺与材料,2022