压铸产品

压铸产品（精选7篇）

压铸产品 篇1

1 引言

压铸铝合金产品由于其铸造方法是高速高压, 使得模具没有足够的时间将型腔内的空气排出, 造成产品有气孔。同时由于一些铝合金产品的结构原因, 使得模具局部温度过高, 使产品冷却不同步, 造成产品缩孔。产品加工面的孔洞主要是由气孔和缩孔组成, 因此为了减少产品加工面上的孔洞外露, 人们不断地寻找新方法。

2 成因分析

压铸铝合金产品的表面, 由于与模具表面接触, 以及与空气接触, 产品表面温度下降较快, 因而产品表面的晶粒较细小。所以在产品的表层, 有一层1mm左右相当致密的组织, 孔洞出现较少, 如果超过了这层致密层, 孔洞就会明显增加。因此产品的加工表面一般要求加工余量少于致密层的厚度, 以减少孔洞的外露。

3 一般工艺方法

为了减少加工面的孔洞外露, 一般从如下几方面入手: (1) 该位置是否存在包气或气孔。然后通过修改浇注系统或排溢系统改善气孔情况。 (2) 该位置是否存在缩孔。然后通过增加点冷却, 改善该位置模具的温度, 减少缩孔的大小。 (3) 该位置是否加工余量过大。然后通过减少加工余量, 以达到减少孔洞外露目的。

4 新的工艺方法

一般的工艺方法中总是想方设法地把型腔内的气体排出去, 以减少产品中气孔的出现。在实践过程中, 有时产品的加工余量已经很少了, 浇注系统与排溢系统也很完善了, 但是加工面就是有气孔的小洞露出来。怎么办呢?既然气体存留在里面无法排出, 那么能不能在里面消化它呢?化整为零———将该位置的气泡分化成较细小的小泡, 形成产品后分散存在于不同位置, 可使孔洞不外露或孔洞直径达到可接受范围内。

5 新工艺方法的实施

在需要改善的产品加工面对应的模具上, 做出准1、深0.5mm、间隔2mm的网状窝。当铝合金液流经这些网状窝表面时, 会打破原铝液流动过程中的层次顺序, 使包裹在中间的气泡不断地分拆成细小的气泡。

6 操作实例

如图1所示, 为我公司未使用新工艺方法前生产的某产品。加工后因孔洞外露而报废的占10.5%, 采用新工艺方法后, 加工后因孔洞外露而报废的减少至3%。

7 结语

实践表明, 在使用一般工艺方法无法继续改善加工效果时, 利用该新工艺可以有效减少加工面孔洞的外露, 因此该种方法在本公司已推广了十多套模具, 收到了明显的效果。

摘要：压铸铝合金产品经常需要对一些重要部位或装配部位进行加工, 而加工面允许很小的孔洞甚至不能有孔洞, 为了减少产品的报废, 因此需要设法减少孔洞外露在加工面上。

关键词：压铸铝合金,加工面,孔洞,型腔

压铸产品 篇2

压铸(压力铸造)是一种生产效率快、尺寸精度高、适合大规模生产的铸造方式。压铸产品应用行业广泛,机械化程度较高,工艺过程规范,重复的简单动作较多,对铸件精度要求较高。随着CAMCAE软件的模拟与仿真在铸造行业的应用,铸造条件如温度、流速、压力等的要求越来越精确,促使铸造机器人在铸造行业迅速发展。

1.1国际上压铸生产的自动化程度已经达到较高水平

早在1970年,瑞士就已经成批生产一种带自动浇注装置、自动取件机械手和辅助切边装置的全自动400铝合金压铸机,基本实现了无人操作。美国Unimatoin公司生产的专用铸造机器人,其机械手臂的工作半径可达5m,可以操作2台1200t的压铸机。此款机器人除了压铸外,还可以按照程序设定对模具喷涂料、取铸件和检查等,从而实现铸造自动化。国际上比较成熟的压铸机器人,如应用在铸造行业的FANUC铸造专家型系列机器人等,都基本实现了生产能力以及动作精巧度的极大突破。

1.2国内压铸生产自动化与国际的差距

我国的压铸生产始于20世纪40年代中后期。1956年起,我国开始拥有自己设计制造的压铸机;20世纪90年代以后,我国压铸机的发展非常迅速,压铸机的设计水平、技术参数、性能指标、机械结构、制造品质等都有不同程度的提高,有的已经达到或接近国外先进水平。江苏中联铝业有限公司2011年开始导入重力铸造机器人系统,现已有10多组浇铸机器人系统投入生产。另外,力劲科技集团的压铸自动化单元也提供了很好的压铸产品自动化解决方案。总之,我国压铸配套生产线的自动化程度还非常低,与发达国家尚存在较大差距。一些大的压铸企业,自动化生产线往往从国外成套进口;而一些中小型压铸企业,由于资金问题,无力购买昂贵的自动化设备,很多工序依然依靠人工操作,严重影响其工作效率和生产效益。因此,如何吸取国际先进工艺经验、技术方法,开展与其相关的理论和实验研究,使我国的压铸产品生产自动化水平与国际接轨,最终到达国际领先水平,迫在眉睫。

2基于压铸产品水口冲裁自动化生产线的设计

2.1我国中小型压铸企业生产现状———半自动化压铸生产线

目前,我国国内中小型压铸企业还属于半自动化生产,即使用自动化的压铸机进行产品成型,而其产品的取出、运输、切边、分拣仍为人工操作。一般压铸产品生产线流程如图1所示。

此种半自动压铸生产线存在部分问题:第一,生产现场条件恶劣,高温、油雾等严重影响工人健康;第二,随着整个社会人工成本剧增,使企业的生产成本不断上升;第三,因为这种生产配套设备自动化水平不高,产品质量不稳定,生产效率较低,所以企业利润直线下降。因此,这种半自动的压铸产品生产方式已不能满足企业生产需要,企业迫切需要完成压铸生产的全自动化产业升级。

2.2实现压铸产品全自动化———设计压铸产品水口冲裁自动化生产线

根据我国大多数中小型压铸企业的具体情况,设计一套压铸产品水口冲裁自动化生产线。将原来复杂的功能要求分解成不同的动作组合———取出机械手、定位机械手、分拣机械手等,使得整个动作流程清晰,操作周期缩短,降低生产成本。压铸产品水口冲裁自动化生产线如图2所示。

压铸产品水口冲裁自动化生产线的主要优点为:第一,充分体现人本主义,改善压铸产品生产线工人的工作状况,把工人从繁重和危险的工作环境中解放出来;第二,在生产过程中剔除人为的不确定性,提高产品质量的稳定性,提高产品生产效率;第三,实现机器代人,减少用工人数,降低生产成本,提高企业生产利润。压铸产品水口冲裁自动化生产线流程如图3所示。

2.3压铸产品水口冲裁自动化生产线的研究内容和设计分析

压铸产品自动化生产线主要涉及制品取出、定位、运输、冲裁、分拣等各个环节,要求定位精准,运输过程平稳,同时进行有效冷却、冲裁制品外形精准以及制品分拣正确迅速等。

主要研究内容包括:取件机械手的设计制造、仿真与优化的研究;机械手精细动作控制研究;制品取出后,顺利放入下一道工序的二次定位研究。如图4所示。

定位机械手的设计制造、仿真与优化研究,定位方式及精准度的研究,滑块式缓冲运输线的设计制造、仿真与优化研究,运输制品定位方法和冷却方式的研究,如图5所示。

分拣机械手的设计制造、仿真与优化研究,机械手动作精准度的研究和残次品的辨别与分拣研究,如图6所示。

2.4压铸产品水口冲裁自动化生产线的试制

通过和宁波某铸件生产公司合作,开发了一套压铸产品水口冲裁自动化生产线。

(1)压铸机。完成产品的压铸机,由客户自行提供。

(2)取件机械手。本装置完成产品的压铸模内取出工作,并准确移送至下一操作位置。本机械手采用两轴伺服配置,取出主臂可提供制品旋转功能;垂直手臂辅助将产品放置在缓冲线上。

主要技术参数:X轴行程1300mm;Z轴行程400mm;Y轴行程120mm;R轴角度90°;驱动方式为X、Z轴伺服,Y轴(引拔)、R轴(旋转)气动;最大载荷5kg;最小取出时间1.5s;工作气压5~7Bar;耗气量10n L/cycle;电源AC380V,50Hz。

(3)定位机械手。本装置接取取件机械手上的产品,并将其定位于缓冲线上。缓冲线采用滑块式输送,每个滑块对产品都采取仿形定位。机械手将适当位置上的产品放置到冲压模具上。本机械手采用单轴伺服配置。

主要技术参数:Y1轴行程500mm;Z1轴行程120mm;缓冲滑块7Piece;驱动方式为Y1轴伺服,Z1轴(上下)气动,滑块气动;最小放件时间1.0s;工作气压5~7Bar;耗气量15n L/cycle;电源AC380V,50Hz;耗电量0.5k VA。

(4)液压机。本机对产品实行冲裁操作。主要技术参数:冲压行程300mm;容模间距450mm×300mm;模板间距100mm×400mm;驱动方式为液压(快速设计);冲压力3Ton;冲压时间3.0s;吹气气压5~7Bar;耗气量30n L/cycle;系统压力6.3MPa;电机功率7.5k W;电源AC380V,50Hz。

(5)分拣机械手。本装置在液压机冲裁完成后,将产品和水口一并夹取并移出液压机,分别将其放置在相应的物流通道上,完成对产品的分类处理。本机械手采用单轴伺服配置。

主要技术参数:Z2轴行程120mm;驱动方式为Y2轴伺服,Z2轴(上下)气动;最小取件时间1.0s;工作气压5~7Bar;耗气量5n L/cycle;电源AC380V,50Hz;耗电量0.5k VA。

2.5压铸产品水口冲裁自动化生产线试制结果

该压铸产品水口冲裁自动化生产线投产以后,将使每条生产线工人由原来的5人减少为1人,大大降低了用工数量,同时将生产效率提高50%左右,且大大提高了产品质量的稳定性。

3结论

研究应用压铸产品水口冲裁自动化技术,用自动化设备代替人工劳动。具体地,用取出机械手、定位机械手、分拣机械手等模拟人的动作完成制品取出、冲裁、分拣等动作,真正实现压铸生产流程的全自动化,从而提高产品质量的稳定性,缩短生产周期,以达到减少人工、提高压铸产品的生产质量和生产效率的目的,最终提高企业的市场核心竞争力。

参考文献

[1]付宏生.压铸成型工艺与模具[M].北京:化学工业出版社,2008.

[2]郭平.自动化生产线安装与调试[M].北京:中国水利水电出版社,2015.

压铸模型芯加工技术研究 篇3

压铸模型芯模具生产的制品所表现出来的高效率、低耗能、高一致性、高精度和高复杂程度, 是其它任何加工制造方法所不及的。压铸模型芯模具作为特殊终形与近似终形最有效的、最好的成形方法, 它有较好的经济指标和制造效益, 因此这也使许多的压铸件在工业制造行业得了非常广泛的应用, 从而促使了它的快速发展。

一、当前我国压铸模型芯的发展现状

随着现代制造技术的快速发展和现代建设的需求, 工程设备、家用轿车、电子仪器、家用电器等许多产品都涉及到压铸件, 因此压铸模型芯制造质量的高低直接决定着我国工业发展的快慢程度, 目前世界各国都在不断地开发压铸模型芯模具的新型材料。通常压铸模型芯金属材料主要有:锌合金、镁合金、铜合金和钢铁等四大类, 除此之外如DIEVARADC3H13等高性能材料也正在被广泛地使用。而加工压铸模型芯的机床主要有KURA-KI、OKUMA、FIDIA, 还包括五轴立卧高速五轴钻铣等其它高级数控机床, 从而使其变得更加符合当代生产要求, 造福于人类。随着制造技术的不断发展, 材料的表面处理技术也被重视起来, 通过改进其强硬化热处理新工艺和表面强化处理新技术来改善材料的使用性能, 另外在压铸模型芯加工的机床选择和改善方面也有较明显的进步。

二、压铸模型芯加工技术要求及其影响因素

1. 压铸模型芯加工技术要求

通常所有模具的型芯以及型腔结构往往都是由各种自由的曲面和不规则的形面所组成的, 因此对于具有型芯的产品加工, 适合用数控机床上来进行各种加工。压铸模型芯作为现阶段的比较常见且有极为重要的加工产品, 自然对其加工技术有着较高的要求: (1) 型芯的尺寸精度要高; (2) 要具有较好的互换性能; (3) 要具有比较好的脱模性能; (4) 型芯的材料要耐热疲劳和导热性及其它性能。

2. 影响压铸模型芯加工质量的因素

由于压铸模型芯自身结构的独特和使用环境的特殊, 因此对其加工质量的影响因素主要有: (1) 加工材料的性能没有达到设计要求, 加工时出现问题; (2) 加工方法选择的不够合理, 最终达不到理论设计要求; (3) 加工环境对其质量有非常大方的影响, 高温时会使压铸模型芯材料的性能发生巨大的变化, 使其失去了原有的性能要求; (4) 在加工时机床的设备精度也会对其尺寸精度有着较大的影响。

三、现阶段国内压铸模型芯加工技术存在的问题

压铸模型芯模具工作时与高温的液态金属接触, 这易使压铸模型芯腔长时间受热, 同时也会承受着很高的压力, 而且还会受到压铸模型芯腔内部反复受到加热和冷却以及金属液流的高速冲刷, 进而产生磨损和腐蚀。然而在现阶段许多生产者却轻视了铸模型芯加工技术事项, 其主要表现在: (1) 压铸模型芯材料选择不够合理, 很多的压铸模设计制造研究人员未能针对各种不同的型芯进行不同的分析, 致使在选择加工材料时不能很好的满足使用性能的要求。 (2) 型芯热处理和表面处理不够恰当, 通常压铸模型芯表面的热处理和强硬化处理对其使用性能有较好的强化作用, 但是目前许多厂家为了追求个人利益却忽视了它的加工处理, 缩减了它的使用寿命。 (3) 型芯加工技术方法的选取和分析不够准确, 许多加工设计者对其加工技术总是一概而论, 缺少系统合理的总结分析, 胡乱的进行型芯加工。 (4) 型芯压铸过程所受冲击力计算不够准确, 当前许多的设计计算都只是基于理论条件下的计算, 缺少实际生产经验的参数计算, 最终达不到相应的要求。

四、改善影响加工质量的有效措施

针对这些问题必须要有合理的解决方法才可以使其变得满足加工质量要求, 目前解决这些问题的主要措施有:

(1) 在压铸模型芯加工材料方面进行准确的控制, 要合理的选择合理的、优质的、高性能的工具钢。要做到对于不同的型腔加工必须要用不同的材料。另外在选择材料时要根据型芯使用功能和材料的基本性能两方面来进行分析、比较选取。

(2) 型芯热处理和表面处理是一项非常重要的工序, 因此在进行型芯热处理的时候要准确无误地将硬度控制在46HRC左右, 不可太硬, 太硬容易脆断, 但也不可以太软, 太软难以达到使用要求。

(3) 对于型芯加工技术选取和分析要准确无误。通常在压铸模型芯的加工过程中, 前端角不能太利, 通常倒角为R0.25左右, 型芯的根部也不能有利角。另外在其比较容易折断或是应力集中易断裂的地方要有合理的改善, 可先通过绘图软件模拟后在进行加工处理。 (4) 在进行型芯压铸过程受冲击力计算时, 要充分的将理论和实践经验结合起来考虑, 以保证所得结果是符合实际生产要求的, 这样才可以保证设计的型芯能够得到高质量的型芯, 延长其使用寿命。

结束语

近些年来我国压铸模具行业结构调整取得了很大的成绩, 正在向着合理化的发展方向发展。另外由于压铸型芯特殊性能的要求, 新型压铸材料也得到了广泛的研究与发展, 也取得了显著的进步, 同时也在提高压铸型芯质量和缩压铸型芯设计加工制造周期等方面做出了贡献。更重要的是对它的完善不仅具有理论扩展意义, 逐步促使我国工业技术快速向国际化和标准化方向发展。

参考文献

[1]汪晶;压铸模型芯加工技术[J];模具制造, 2012年11期.

[2]张明;压力铸造过程数值仿真分析及应用研究[D];天津大学, 2012年.

镁合金压铸技术的综述 篇4

关键词：镁合金,压铸

镁合金具有比强度、比刚度高, 阻尼减震性能优良, 机械加工方便, 易于回收利用, 符合环保要求等特性, 在汽车、航空及3C领域等行业的应用呈现快速的增长, 是当今实际生产中采用的最轻的金属结构工程材料[1,2]。镁合金熔点低、比热容和相变潜热小, 与铁的亲和力弱[3], 镁合金压铸具有耗能少、充型和凝固速度快、生产周期短、模具使用寿命长等优势。目前, 70%以上采用镁合金压铸成形。

1 镁合金压铸设备的研究

镁合金用压铸机有热室和冷室两大类。一般来说, 通讯产品等许多小薄壁件采用热室压铸机;大、壁厚及复杂零件, 如汽车、摩托车上使用的镁合金件, 通常使用冷室压铸机。镁合金冷室压铸机可采用普通铝合金冷室压铸机, 而镁合金热室压铸机广泛采用专门设计的专用压铸机。

近年来美国、日本和英国等国的公司相继成功开发出镁合金半固态触变射压铸造机。JSW和Husky两家公司已于2003年开发出第二代触变注射成形机, 目前已研制生产出从6000k N到20000k N的半固态铸造用压铸机, 成形件重量可达7kg以上[4]。据最新报告, 国内首台30000k N镁合金压铸机通过国际鉴定大吨位镁合金压铸机即将投入生产, 必将使我国在镁合金材料的应用及压铸业的整体技术水平再上一个台阶。

最近, 力劲集团已推出第一台镁合金专用压铸机, 压射速度是铝合金压铸的1.5-3倍, 型温用循环热煤油等介质可精确制在270±5℃, 并实现了外围设备和原辅材料的专业化生产。在近年, 我国在镁合金压铸设备上取得了一定的成绩。但是, 目前的国产压铸机性能与国外先进设备相比有较大差距, 液压、电器元件可靠性差, 压铸机普遍缺少先进的检测与控制仪表, 制约我国镁合金压铸技术的迅速发展。为此, 合理地选择适用的压铸机, 是一项技术性和经济性都很强的工作。

2 镁合金压铸工艺参数的研究

在压铸生产过程中, 选择合适的工艺参数是获得优质铸件先决条件。压铸时, 影响合金液充填成型的因素很多, 其中主要有压射压力、压射速度、充填时间和压铸模温度等。热室机的压射比压在40MPa左右, 冷室机的比压要高于热室机, 通常的比压为40-70MPa。实验表明, 薄臂镁合金铸件的浇口速度超过80m/s, 比锌合金和铝合金的压铸模浇口速度要大的多。镁合金的浇住温度在热室机压铸时要低一些, 通常在620-640℃, 冷室压铸机的温度要高一些, 一般在650-680℃。镁合金压铸过程中的模具温度一般保持在180-280℃之间。

Roland Fink[5]在对“镁合金压铸工艺的优化”问题进行研究的过程中, 通过对镁合金压铸经济性、冷室压铸和热室压铸过程分析提出, 一般情况下小于1kg的铸件需要采用热室压铸机, 以保证薄壁件的充满, 大件则推荐采用冷室压铸机。镁合金铸造性能如流动性对型温和浇注温度相当敏感。

张永忠[6]通过正交实验表明:压铸态AZ91D镁合金性能影响显著的因素是浇注温度, 其次是压射比压和压铸型温度。吴有伍[7]等人对ZA85压铸合金力学性能及铸造性能进行了研究, 认为影响最大的三个工艺参数分别是:压射比压、浇注温度和模具温度。江运喜等人[8]采用数值技术对半固态AZ91D镁合金的压铸过程进行了研究, 结果表明:压铸速度对型腔中镁合金温度影响很大, 压铸速度为0.5m/s时, 型腔末端大部分区域处于固相线温度以下, 因此压铸速度应不小于1m/s, 并认为模具温度选择为200℃是不合适的。张庭风[9]等对镁合金的压铸工艺进行了系统的全面的研究, 分别研究了压射比压、浇注温度、模具温度、压射速度等压铸工艺参数对镁合金抗拉强度、硬度、延伸率、冲击韧性、流动性等性能影响。

3 镁合金压铸工艺的研究

3.1 镁合金传统压铸

传统的压铸技术使镁合金液以高速的紊流和弥散状态充填状态充填压铸型腔, 使型腔内的气体及由压铸涂料产生的气体无法顺利排出, 这些气体在高压下或者溶解在压铸合金内, 或者形弥散分布在压铸件内的高压微气孔。在高温下, 这些高压下溶解的气体和微气孔析出或膨胀导致铸件变形和表面鼓泡。因此用传统的压铸方法生产的镁合金压铸件, 不能进行热处理强化, 也不能在较高温度下使用。

3.2 镁合金真空压铸

真空压铸的主要优点有;减少铸件内部气孔、改善铸件表面质量和有利于生产过程铸件尺寸的稳定性。其它方面还有:压射时的比压可降低约40%, 有利于延长模具寿命;选用稍小的压铸机;增加压铸件的可热处理性和可焊。

雷黎[10]等人运用有限元模拟软件对镁合金AZ91D零件在普通压铸与真空压铸下进行计算机数值模拟, 比较真空压铸与普通压铸对铸件气孔率的影响。结果表明:与压铸相比, 真空压铸能有效减少铸件的气孔率、改善铸件质量。由此看来, 真空压铸在减少铸件内含气量方面无疑是十分有效的, 但是。只有以常规压铸为基础, 真空压铸才会有明显的效果, 并且采用真空压铸时, 还应注意真空气道的设计及其面积的计算, 尤其是计算临界面积。以免错判真空压铸的效果真空压铸对其模具加工精度要求较高, 另外需附加一套真空专用设备, 模具精度要求较高的, 提高了成增加了技术难度和成本。上海交通大学轻合金国家工程中心对镁合金AZ91D的真空压铸进行了研究[6], 结果表明:真空压铸可以明显降低AZ91D压铸含量, 提高合金的致密度, 特别是提高远离浇口处的密度, 使铸件达到了可以进行热处理的水平, 解决了普通压铸件密度随距离浇口位置的增大而减小的问题。

3.3 镁合金充氧压铸

充氧压铸是在金属液充填压铸型前, 将氧气充入型腔取代其中的空气, 当能与氧气发生反应的金属液压入型腔时, 一部分氧气通过排气槽排出, 而残留在型腔中的氧气就与金属液发生反应, 生成氧化物微粒, 呈弥散状分布在铸件中, 从而消除了压铸件中的气孔。与普通压铸相比, 充氧压铸具有消除或减少了压铸件内部气孔, 提高了铸件致密度, 因而使得充氧压铸件强度可提高, 伸长率增加, 并可进行热处理。

熔化状态易与氧气发生反应的铝、镁、锌合金均适合充氧压铸。镁合金采用充氧压铸除具备一般充氧压铸的优点外, 还可以大大缩短镁合金的时效时间。与普通压铸, 经时效时处理后充氧压铸镁合金的冲击韧性增加得十分显著。汪之清[11]通过研究发现:充氧压铸可消除压铸件的气孔, 使压铸件可以热处理或焊接。

3.4 镁合金触变压铸

镁合金半固态压铸是一种非常新的金属成形技术[13~14]。与压铸、挤压铸造以及传统的锻造相比, 触变成形有许多优势。随着镁合金铸件的需求, 镁合金触变压铸成形得以突飞猛进的发展, 大致先后经过两个阶段:触变注射成形和新一代触变注射成形。JSW与日本汽车轮毂厂合作已开发出镁合金/铝合金复合材质的汽车轮, 这种两片式轮毂采用铸锻组合法, 首先采用触变注射成形镁合金轮毂, 切除浇道后, 把轮毂再加热进行温锻, 以提高力学性能, 再与铝制轮缘结合 (用镀铬螺栓) 。整个过程只需一次注射成形, 一次锻造, 再经热处理后, 经极少量的机加工就可完成。第二代触变注射成形机提高了成形安定性、尺寸精度及优良品率, 可更容易地生产薄壁笔记本外壳等[13~14]。

肖泽辉[17]采用双螺杆机械搅拌方式制备半固态浆料, 研究了AZ91D镁合金半固态浆料的流变压铸成形工艺。结果表明:压射压力在40-50MPa, 压射充型速度在10-15m/s内, 固相率在10%-60%的浆料都能流变压铸成薄壁圆形铸件, 半固态流变压铸成形比液态压铸成形的强度、伸长率分别提高, 并可施以热处理, 进一步提高性能, 易于实现“净近成形”。

4 结束语

目前, 镁合金成形方法有许多。根据镁合金的性能特点及产品的结构特点, 在现有的研究基础上研究出最适合镁合金成形的成形方法, 对加大镁合金的应用很有实际意义。

压铸镁合金的充型规律、充型性能与充型临界壁厚、压铸工艺参数的关系的研究, 对促进镁合金研究的发展是不可忽略的。

压铸产品 篇5

近年来,随着压铸工业不断快速发展,国内压铸企业在引进国外先进技术的同时,也在不断地进行技术创新,提高压铸机的工作性能。机器和结构部件的失效大多数是由于发生疲劳造成的[1,2,3],而压铸机为动载工况下的加工机械,其零部件80%以上为疲劳破坏[4],因此,对于压铸机的疲劳分析及寿命估计是至关重要的。

头板是压铸机最重要的零件之一,在工作中受到交变载荷的作用,在开合模运动过程中不断产生冲击,经过一定的循环次数以后容易产生疲劳破坏[5]。

本研究基于Solidworks Simulation软件对头板进行疲劳分析,预测头板的疲劳寿命并改进头板结构,实现头板的优化设计。

1 理论基础

Solidworks Simulation是一款基于有限元(即FEA数值)技术的设计分析软件,它能直接在二维建模界面里完成其设计方案的分析工作,为用户得到高质量分析结果提供简单而高效的方法,同时满足高端用户在简单的FEA软件中实现完全的分析控制的需求[6]。Simulation一般包括前处理,求解和后处理3个部分,即几何模型的建立、定义材料属性、加载、网格的划分、求解和结果分析[7]。它基于应力-寿命(S-N)的方法进行疲劳分析,其中含有一些有限元基本理论:

(1) 单轴应力-寿命:

(2) 单轴应变-寿命曲线:

式中 σf′—疲劳强度系数;εf′—疲劳延展系数;b—疲劳强度指数;c—疲劳延展指数;E—弹性模量。

(3) 单轴应力的应变-寿命:

(4) Von Mises应变:

2 三维模型的建立

本研究建立了160t型号压铸机头板的三维几何模型,如图1所示,并忽略头板上一些对整体受力影响不大的小孔,对其进行简化[8,9]。

3 静态分析

在进行结构疲劳分析前,必须对头板进行静态有限元分析。

(1) 定义头板材料为45钢,其中弹性模量E=205

GPa,泊松比为0.29,屈服强度和张力强度分别为355 MPa和600 MPa,选取材料的疲劳S-N曲线(如图2所示),插值选择双对数,应力比率R=-1;

(2) 设置边界条件:

对底板螺栓处进行完全固定约束,对4个台阶孔X和Y方向固定,限制其X和Y方向的自由度,而Z方向的自由度由头板的4个圆孔限制,对3个支撑杆凸台完全固定约束;

(3) 加载条件:

头板受到模具施加的反作用力大小为1 600 kN,模具受力面积为1 344 cm2,4个哥林柱拉杆由于变形而产生锁模力,故对每个台阶孔施加400 kN的作用力;

(4) 网格划分:

模型使用高品质单元创建网格,网格整体单元大小为44.993 mm,单元数为31 724个,节数为49 272个(如图3所示);解码器采用FFEPlus算法,对模型进行静态分析。求解结果如图4(应力图解)和图5所示(合位移图解)。

从图4中可以看出,压铸机最大的等效应力Von Mises[10]为242.7 MPa,发生在支撑杆凸台处,小于材料的屈服强度355 MPa,有一定的安全系数,故模型是安全的。

4 疲劳分析

疲劳寿命是指疲劳失效以前所经历的应力或应变循环次数。疲劳破坏的过程是:零部件在循环载荷作用下,在局部的最高应力处,最弱及应力最大的晶粒上形成微裂纹,然后发展成宏观裂纹,裂纹继续扩展,最终导致疲劳断裂。目前,疲劳分析的方法主要有3种:名义应力法、局部应力应变法和损伤容限设计法[11]。名义应力法以名义应力为设计参数,从材料的S-N曲线出发,考虑各种因素影响,得出零件的S-N曲线,并根据零件的S-N曲线进行疲劳设计,主要用于对弹性变形居主导地位的高周疲劳。局部应力应变法是一种高/低周疲劳都适用的用于估算疲劳寿命的方法。损伤容限设计是以断裂力学理论为基础,以无损伤检测技术和断裂韧性与疲劳裂纹扩展速率的测定技术为手段,以有初始缺陷或裂纹零件的剩余寿命估算为中心,以断裂控制为保证,确保零件在使用期内能够安全使用的一种疲劳设计方法[5]。

SolidWorks Simulation软件对于单个零件疲劳分析是基于名义应力法的,其分析过程首先根据载荷谱确定零件危险部位的应力谱;而后采用材料的S-N曲线,经过计算结构危险部位的应力集中系数,结合材料的疲劳极限图,通过插值将材料的S-N曲线转化为零件的S-N曲线;最后再由载荷谱确定的应力谱根据Miner线性损伤累积规则计算零件的寿命[11,12,13]。

创建疲劳算例,添加事件中循环周期输入150 0000,相关联事件为上述已经分析过的静态分析,比例为1。在疲劳属性窗口中,确定恒定振幅事件交互作用为随意交互作用,计算交替应力的手段设定为对等应力(von Mises),平均应力纠正为无,最后运行疲劳分析,损坏图解和生命总数图解分别如图6、图7所示。

由图7可以看出,头板经过1 500 000次承载循环后,其最大生命周期为1.000×1015,而最小生命周期为1.239×105,发生在支撑杆凸台处。

5 有限元分析

利用Solidworks Simulation软件对压铸机头板进行疲劳分析,头板上支撑杆凸台在频繁的开/合模过程中产生应力集中,最容易发生疲劳破坏。故在设计中应当考虑降低应力集中问题,对其结构优化改进,在头板上侧对称分布两个凸台,与中线距离为186 mm,使用圆角过渡,用来减小应力,重新进行有限元分析,以提高其疲劳寿命。改进后的三维实体模型,如图8所示。

对模型进行静力结构分析和疲劳分析,得出损坏图解(如图9所示)和生命图解(如图10所示)。

由图10可知,头板的最小生命图解为6.679e+007,可以看出通过结构优化后头板寿命显著增加了。

6 结束语

本研究通过有限元软件Solidworks Simulation对压铸机头板进行疲劳分析,得出头板的对等应力以及生命周期等相关数据,得知头板凸台处为薄弱区,对其进行结构改进后,重新进行有限元分析,提高了头板的生命周期。

研究结果表明,该研究为压铸机头板的优化设计及安全评估提供了一定的理论依据,在实际工程应用上具有一定的指导意义。

压铸模具的表面处理新技术 篇6

1 传统改进技术

传统的技术是热工艺处理压铸模具, 即用淬火-回火这种方法使压铸模具表面成型。而传统改进技术是在传统热工艺处理的基础上, 加入先进的表面处理工艺, 以达到是压铸模具表面光滑、精确度高、使用寿命长的目的。此类方法比如在传统的热工艺处理方法——淬火-回火中加入碳氮, 即NQN碳氮结合强化复合工艺, 采用这种工艺不仅能使压铸模具的表面具有更强的硬度, 而且能深入模具内部加强其内部强度, 并且其渗透层次分布均匀、逐层递减, 这种压铸模具不仅具有良好的回火稳定性, 而且还具有较高的抗腐蚀性, 这样在模具表面综合性能提升的同时, 其内部也有较大幅度的性能提升, 使其既具有较长的使用寿命也具有较精确的表面形状, 符合当代工业发展对模具的要求。

2 更改表面性质技术

更改表面性质的技术是指利用物理或者化学的方法将模具表层的物理性质和化学性质定向改变, 使其更符合生产需要。一般来讲更改表面性质技术的方法有两种:表面热、扩、渗技术和表面激光处理技术。

表面热、扩、渗技术:

这种技术主要是在热处理的基础上采用渗入碳, 渗入氮, 渗入硼, 渗入碳氮, 渗入硫碳氮等, 下面着重介绍几种常见的工艺。

1) 渗入碳

在对压铸模进行处理时渗入碳有助于加强模具表面的硬度, 尤其是在冷处理、热处理和塑料模具中效果尤为明显。其工艺操作方法主要采用将碳粉、碳气等通过固体渗透、气体渗透、真空渗透、离子渗透等方式渗入压铸模具内部。其中真空环境渗入碳和离子条件渗入碳是最近二十年才研发出来的新技术, 其效果明显, 渗入结果均匀, 压铸模具硬度分布均匀, 压铸模具硬度适中, 模具表明精确度高、碳浓度变化趋势较为平缓等。

2) 渗入氮

在压铸模具加工时渗入氮也是一种十分常用的表面处理方式, 这种工艺对材料的要求度不高, 工艺较为简单, 对温度要求较低 (一般渗氮技术的处理温度保持在480℃~600℃之间) , 造成的工件变形度较小, 压铸模具在经过渗氮处理后其表面硬度明显加强, 并且压铸模具表面会具有更好的加工打磨性和抗粘连性。

3) 渗入硼

渗入硼也是一种处理压铸表面的常见有效方法, 通过工艺将硼渗入到压铸模型表面有利于提高压铸模型表面的硬度和耐磨性, 并且使压铸模具具有更好的内腐蚀性和抗粘连性, 可是说渗入硼这种工艺是提升压铸模具表面性能最明显的、效果只好的, 但是其工艺条件十分苛刻, 所以渗硼工艺并没有得到大量的普及和使用, 但近些年来随着科学技术的不断进步, 渗硼工艺有了较大的改变和完善, 也使得这种工艺越来越多的被工业铸模工艺所采用。最近较为普遍使用的渗硼方式有两种, 多元素渗硼法和涂剂渗硼法, 这里着重介绍下涂剂渗硼法。这种方法是将混合涂料涂抹在模具表面, 在920℃的高温下持续加热8个小时, 之后冷却, 这种方法产生的模具具有韧性好、使用寿命长、表面构造性优良等特征。

2.2表面激光处理技术

这种技术也是进三十年兴起的模具表面处理技术, 激光处理表面一般来讲会以两种方式得到应用, 一种是增强压铸模具表面的物理性质, 即利用激光的热度使模具表面融化直接成型, 之后再与渗碳、渗氮、镀层等工艺相结合。另一种方法是将激光处理表面技术与一些物理性质较好的金属辅料相结合, 共同作用使压铸模具的物理性质变强, 具体做法为, 利用激光的热度使压铸模具表现融化成一层薄膜, 并与此同时将各种合金材料涂抹到薄层表面, 在激光的作用下使其融入压铸模具表面以达到增强其物理性质的目的。

3 上镀技术

上镀技术故名思意, 是一种为模具涂上镀层的方式, 做一个比方在必改模具本身的物理特型的前提下, 为模具穿上一层防护衣。上镀技术一般包括玻璃镀、冲压镀、塑料镀、橡胶镀等镀模方式, 其效果也不尽形同, 这样看模具的实际使用环境是怎样的, 具体环境具体分析, 找到最合适的镀膜方式。一般来讲镀膜最显著的特点是挣钱模具的耐磨性、耐腐性和抗冷热的能力, 模具的使用多在冷热交替环境之中, 模具的使用量也较为频繁, 最常见的涂镀方式是聚四氟乙烯复合镀, 这种镀层方法就能很好的满足模具日常使用的需要。

4 结论

模具性能的好坏将直接影响到工业生产的效率和出品的质量, 目前随着科学技术的不断进步, 越来越多越好的模具处理方式不断涌现, 企业要明确自身的发展方向和产品生产特点, 选取适合有效的压铸模具处理方式, 一方面要控制投入成本, 另一方面要符合生产需要, 尽可能地提高模具综合性能, 延长其使用寿命。

参考文献

[1]王昌.表面工程技术在模具制造中的应用[J].中国表面工程, 2002 (1) :8-17.

[2]彭文屹.H13钢铝合金压铸模的离子氮化[J].表面技术, 2002, 31 (3) :14-16.

[3]刘燕萍.硬铝合金化学复合镀——聚四氟乙烯性能的研究[J].电镀与精饰, 2001, 23 (3) :11-13.

太原地区建立压铸生产基地的建议 篇7

20世纪90年代,中国有色金属压铸技术及压铸工业发展令人惊叹,已成为一个新型产业群。据资料统计,全国共有有色金属压铸企业300余家,产品产量从1995年的26.6万t上升至2006年的87.0万t,年递增13%,其中铝合金压铸件所占产量比重为3/4,镁合金、锌合金产量比重占1/4。同时,压铸技术及相关产业也发生了巨大变化。

1 压铸技术的发展情况

20世纪60年代,压铸三段式压射工艺(慢压射、快压射、增压工艺)得到普遍应用,20世纪70年代,出现了抛物线压射系统,20世纪80年代,无飞边压射系统得到发展,20世纪90年代,无飞边压射系统进行了突破性的工艺改进,进入21世纪,随着计算机技术的快速发展,过去由人工调控的压力、压射速度等机器操作工序由计算机自动控制。

近年来,为解决压铸件内部存在气孔、缩孔等问题,生产出高精度、高致密度,可以热处理,可以焊接的新型压铸件,我们采用了以真空压铸技术为主的压铸新工艺。

1)真空压铸技术是将压铸模具型腔内的气体抽空,或部分抽空,在压力作用下利用镁溶液充填型腔,以获得致密压铸件。排除型腔内空气主要有两种方法:一是从模具中直接抽气;二是置模具于真空箱内除气,此方法的关键是排气位置设计、排气抽出时间、排气量、真空度的精确选择[1]。

2)充氧压铸技术是在压铸前将O2充入型腔取代其中的空气。当金属液进入型腔时,一部分O2从排气槽中排出,使残留的O2和金属液发生反应,生成氧化物散粒,形成型腔中的瞬间真空,从而获得无气孔压铸件。此技术的关键在于充氧量的控制、降低型腔压力和保证生产安全[2]。

3)半固态压铸技术。半固态压铸是在液态金属凝固时进行搅拌,在一定冷却速度下获得约50%甚至更高固相组分的浆料,然后通过压铸使浆料成形的技术。

4)挤压压铸技术。挤压压铸又称“液态金属模压技术”,铸件致密度高,力学性能好,且无浇口冒口,是一项前沿性的新技术[1]。

2 镁合金的应用

目前,镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,具有密度小,强度高,阻尼性、切削加工性和铸造性能好等特点,减震性、电磁屏蔽性也很好,并且易回收利用,广泛应用于汽车、通信、航空、航天等行业。我国镁合金压铸件平均年增长率达到18%,生产主要集中在珠江三角洲、长江三角洲等汽车工业生产发达地区,镁合金压铸企业形成了一定规模[2]。

3 太原地区建设铝镁合金压铸基地的条件

1)铝及铝合金。山西作为有色金属能源大省,储量分布地区多,矿藏丰富,加工能力位于全国前列。据资料统计,2007年原铝生产超过100万t。山西还集中了中国铝业山西分公司、山西省关铝股份有限公司等上市股份制企业,太原市的新东方铝业有限公司也迈入全国大型铝加工企业行列。

2)山西作为全国主要的镁及镁合金能源大省,原镁产量占全国总产量的80%。山西的镁业具有全球竞争力,现有镁企业70多家,总资产约10亿元,从业人员1.3万人,镁锭、镁粉、镁粒等90%出口,运销40多个国家和地区。

3)有色金属压铸生产能力。太原地区有色金属压铸(主要是铝合金)生产主要集中在国防企业,一些中、小企业也有一定压铸和低压铸造能力。近年来,中国台湾富士康集团入驻太原,以其先进的压铸技术、压铸设备、熔炼工艺、熔炼设备在世界镁合金加工中占有领先位置。

4)太原地区原镁生产能力居全国第一,已达到年产10万t以上,通宝镁业、同翔镁业、恒特镁业、易威镁业等企业年产原镁都在万吨以上。镁的加工能力除富士康集团已形成一定规模,太原同翔镁业镁合金型材加工能达6万t,压铸件1 200 t;风华镁业铸造产品品种达120种。相对太原市原镁产能,镁合金加工还未形成一定产业,镁合金本身价值没有得到充分发挥。

4 打造世界最具竞争力的镁产业基地

1)丰富的资源优势。我国是世界上镁资源最为丰富的国家之一,以皮江法炼镁的原料白云石资源遍布全国,主要集中在山西、宁夏、河南、吉林、青海及贵州等省区。其中,支撑全国原镁产能一半以上的白云石矿地处山西五台,其矿石品质得到冶炼企业的一致认可。此外,太原市焦炉煤气产量丰富,主要用于金属镁冶炼、煤气发电及化工产品等,特别是正在实施天然气代替焦炉煤气计划,将使更多的煤气用于金属镁生产[3]。

2)突出的产业优势。太原是我国最早发展镁产业的城市之一,是山西最大、全国重要的产镁地区。2006年,全国原镁产量前10名企业中,山西省占8家,其中,太原市占5家。随着世界级压铸企业富士康的落户,太原市一跃成为全球最大的3C产品制造基地[3]。

3)一定的研发优势和政策优势。“十五”期间,山西省被国家科技部确定为“国家级镁及镁合金产业化基地”,山西省也将镁及镁合金基地作为“十一五”重点建设的三大基地之一。在研究开发方面,太原市拥有以中北大学、太原理工大学等为代表的镁及镁合金研发机构和研发人才。随着我国振兴老工业基地和中部崛起战略的实施,国家将从政策、资金、重大建设布局等方面给予老工业基地和中部地区大力支持。山西省是全国著名的老工业基地,太原市是山西省能够享受老工业基地改造优惠政策的4个城市之一,太原镁产业主要基地之一阳曲县还可享受西部大开发政策,太原完全可以抓住机遇大力发展镁产业[3]。

4)太原地区模具制造业及机器材料制造业已形成一定规模并具有一定技术优势,模具新材料应用、数字化加工技术为提高压铸模具的制造精度提供了技术人才支撑。富士康太原科技园不断引进国外先进的模具制造加工技术,促进了模具制造业的发展。

5 建设太原地区有色合金压铸基地的方案

1)利用清徐、阳曲两地现有的原料生产基地,扩建生产厂房,整合调入太原地区现有的加工资源进行改造,有计划的引进国内外先进的压铸设备、熔炼配套设施,对原料就地就近组织生产。

2)依托富士康太原工业园和太原市现有的铝镁合金加工强势单位,对太原市现有加工企业进行整合,利用现有设备进行技术改造,增加加工能力。根据订单,分门别类的进行生产,提高各种铝镁及合金产品的附加值。

参考文献

[1]崔红卫,赵鹏.镁合金的应用及发展动态[J].铸造技术,2002(7):7-9.

[3]刘奎立,杜远东.关于镁合金及成形技术研究[J].周口师范学院学报,2003,20(5):88-91.