金属铸造模具（共9篇）
金属铸造模具 篇1
风机叶片是大型风机的重要部件, 通常用于热电厂、化学工业等部门, 使用时在高温、腐蚀等恶劣环境下要承受很大的交变动载荷, 因此对叶片的外在质量和内在质量要求都比较高。
由于叶片几何形状为空间扭曲面, 一般不能进行机械加工 (除非用五坐标联动数控铣床) 。在确保几何精度和能够去除表面缺陷的前提下、尽量减少加工余量, 无疑金属型铸造是最佳方式。但采用该铸造方法在试制过程中遇到某些铸造质量问题, 主要有气孔、缩松、冷隔、充型不足。对比查验国外所制的样件, 发现也存在缩松、裂纹等相似的铸造缺陷。因此对该类铸件缺陷产生的原因进行分析研究, 并提出有效的改进措施。
1 铸件的几何形状和技术要求特点分析
1.1 几何形状
大型风机的型号较多, 相对应的叶片种类也较多, 其长度从500~2000mm成系列, 但其几何形状特点基本相同, 可概括如下。
1.1.1 平面投影呈柳叶形, 长宽比一般为 (3~7) :1。
1.1.2 叶片的横剖面形状为梭形切面, 拱度比较大 (即叶面、叶背曲率较大) ;纵向厚度由叶根至叶尖光顺减薄;整个叶片边缘很薄, 仅有1~2mm厚;叶根部的叶轴为Ф100~200mm, 叶形为空间扭曲状, 剖面升角一般为-10。~+10。
综上所述可知, 铸件几何形状定义为空间扭曲光顺的细长不等厚件, 并且边缘极薄。叶片的一般形状见图1。
1.2 技术要求
1.2.1 其力学性能、化学成分应满足GB1173或HB962标准中铸造铝合金技术条件的要求。
1.2.2 铸件经表面加工和抛光后, 不允许有任何铸造缺陷。
1.2.3 铸件内部经检测不允许存在缩松、裂纹;针孔度小于2级, 应满足GB9438或HB963标准中铝合金铸件技术条件的要求。
对如此形状的铸件作如此的质量要求, 应当是比较苛刻的。
2 铸造缺陷产生原因的分析和改进措施
根据试制的叶片铸件缺陷, 进行了细致分析研究, 找出了缺陷产生的原因, 提出了有针对性的工艺改进措施。
2.1 冷隔和浇注充型不足
由于采用金属型, 并且叶边缘及叶尖较薄, 一般2~3mm, 有些仅1mm, 又因几何形状属细长件, 流程长, 所以浇注时合金液失温很快, 流动性骤减。相应需采取的措施如下。
2.1.1适当抬高叶根部位, 使分型面倾斜, 将叶尖最薄处处于最低处, 并将内浇道开在此处, 使最薄处的部位静压头最大, 提高该处铸型的蓄热量, 从而增强壁薄处的充型能力。
2.1.2 将分型面设在叶面和叶背交界处, 即叶边缘, 并开置排气槽, 提高浇注时型腔排气量, 在边缘不形成背压, 减少合金液的充型阻力。
2.1.3 适当增加叶片薄壁处的涂料厚度, 调节铸型的导热梯度。降低合金液的失温速度, 保障合金的液态流动性。
2.2 气孔和夹渣
从气孔和夹渣的形态和分布状况分析, 是由于浇注系统设计不合理, 造成合金液紊流比较严重, 形成卷入性气孔和夹渣。为此需考虑降低浇注系统的静压头高度, 选择阻力系数大的直浇道形状, 调整静压头势能和内浇道动能的平稳转换, 另外采用内浇道开放底注式, 防止内浇道处合金液倒流、对流、翻滚, 尽量达到层流, 平稳充型。
2.3 缩松和裂纹
缩松和裂纹多数都存在于叶片的轴线部位, 多数情况下叶片的各剖面最大厚度都位于轴线附近, 厚度的纵向变化从叶尖至叶根平缓增厚。因采用金属型, 所以铸型各处冷却程度趋于相同, 凝固温度场可按铸件几何体积分布来看待, 即叶片边缘先凝固, 凝固界面逐步推进至剖面最大厚度处。而沿叶轴纵向, 因属于细长杆形, 凝固形式近乎于同时凝固, 而且该铝合金的物理性能属于液一固相体缩较大, 需体积补缩, 又因为要保证叶面外形, 在叶片上不能放置冒口来进行补缩, 故在叶轴线附近很容易产生集中缩松, 严重时产生缩裂。为此采取以下措施。
2.3.1 在考虑浇注位置的情况下, 选择平注、竖直冷却的方法, 即浇注时铸型处于水平位置, 浇注后铸型旋转90。, 在合金尚在液态时形成重力补缩, 冒口放置在铸件热节最大处 (叶根轴处) 。
2.3.2 用刷铸型涂料的厚度来调整凝固温度场, 纵向从叶尖至叶根涂层逐步加厚, 以增加凝固的温度梯度, 从而利于铸件的顺序凝固。
3 叶片的铸造工艺方案
根据上述的缺陷分析和改进措施, 将优化后的铸造工艺方案用于金属型的设计制造中。
3.1 浇注位置
叶片根据其规模大小确定其浇注位置。一般长度在1000mm以内的可以考虑立式浇注, 垂直分型。这样有利于铸件的冒口重力补缩, 开合型也比较方便。合金液的浇注速度可通过改变直浇道的形状进行控制。
长度在1000mm以上的浆叶就应考虑采取水平浇注, 竖直冷却凝固的方式。铸型放平时应使铸型倾斜5。~10。。使桨叶尖处于较低的位置。
3.2 浇注系统
无论是立浇还是平浇, 都应遵循合金流动充型平稳的原则。直浇道应设计成阻流系统大的蛇形浇道。因为大型叶片即使平浇静压头高度也很大, 大多在500mm以上。平浇时, 直浇道应开设在靠近叶尖的部位。内浇道设计成扁平形, 开设位置为分型面最低的前后缘处, 并尽量向叶尖靠近。当叶尖型腔高度小于3mm时, 则内浇道直接开设在该处。
3.3 开设排气槽
在铸型边缘型腔高度小于4mm的地方开设0.1~0.2mm深, 宽5~10mm的通气槽。以防止这些地方被合金液封闭, 排气不畅, 形成背压, 阻碍合金液充型, 造成铸件欠铸缺肉。
3.4 调整涂料厚度, 达到顺序凝固
涂刷涂料的原则是横向截面两边涂层厚中间薄, 沿纵向叶尖薄, 叶根厚。横向截面两边涂层稍厚, 目的是延缓两侧合金液的冷却速度, 以利于充型。纵向从叶尖到叶根涂层逐渐变厚, 是为了增大叶片纵向的温度梯度, 有利于顺序凝固。
4 结论
通过对大型风机叶片的铸造缺陷分析, 找出了缺陷产生的原因, 有针对性地提出改进措施。这些措施在500~1000mm不同规格的叶片生产中得到了验证。
摘要：针对铝合金叶片的铸造缺陷, 分析指出浇注位置、浇注系统设计、型腔排气和充型温度场是造成铸造缺陷的主要因素, 据此, 有针对性地提出了铸型倾斜、平浇竖冷、沿分型面开设排气槽、改变涂料层厚度以及调整凝固顺序等改进措施, 其效果在生产中得到验证。
关键词：缺陷分析,大型铝合金叶片,金属型铸造
金属铸造模具 篇2
一、实训班级及人数：高职模具09-1班，共33人。
二、实训时间：2009年下期每周一次
三、实训课题：金属工艺学课程实训
四、实训地点：机电工程系实习工厂
五、指导教师：谭动邓冬九黄卫勇
六、实训内容：
（一）钳工部分
1．示范讲解和现场表演
（1）钳工工作在机械制造和维修中的应用。钳工的安全技术。
（2）划线的作用、所用的工具和量具及操作方法。
（3）锯削和锉削的应用范围及手锯和锉刀的使用方法。
（4）钻孔、扩孔、铰孔的方法、所用刀具及注意事项。
（5）攻螺纹、套螺纹、刮削的方法、所用刀具、工具及注意事项。
（6）装配调试过程及方法。
2．学生独立操作
锯削、锉削、钻孔、攻螺纹、套螺纹及立体划线。
（二）焊接部分
1．示范讲解和现场表演
（1）常见焊接方法及其应用实例。·
（2）手弧焊机的种类、结构和型号。
（3）结构钢焊条的种类、作用、牌号和规格。
（4）手弧焊工艺，接头形式和坡口形式。焊接位置。焊接工艺参数及其选择。
（5）常见焊接缺陷。常用的焊接检验方法。
（6）气焊气割设备的组成及其功用。
（7）气焊焊丝和气焊熔剂的作用及其牌号。
（8）气割基本原理。金属气割条件及气割应用范围。
（9）其他焊接方法(埋弧自动焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、电阻焊和火焰钎焊)的焊接过程。所用设备、材料及应用实例。
（10）焊接结构件生产过程。
（11）手弧焊、气焊及气割的安全技术。
2．学生独立操作
（1）手弧焊：调节电流、引弧、平焊堆焊、对接平焊。
（2）气焊：点火、灭火、调节火焰、平焊、堆焊、对接平焊。
（三）车工部分
l．示范讲解和现场表演
（1）普通车床的种类、型号、用途、主荽结构、车削运动、传动系统、操作方法及安全规程。
（2）车削外圆、内圆、端面、锥面、螺纹、成形面以及切槽、切断、滚花的方法。
（3）试切和通过检查刀具极限位置防止安全事故的方法。
（4）车床上工件的安装方法及车床附件(三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖、心轴、中心架、跟刀架、花盘、花盘一弯板)的大致构造、特点和应用。
（5）刀具的安装和使用方法。
（6）量具的正确使用方法及维护。
（7）车刀的种类、材料、主要几何角度及刃磨方法。
（8）车削用量的概念、冷却液的使用和车削所能达到的尺寸公差等级和表面粗糙度Ra值。
（9）了解其他类型的车床，如六角车床、立式车床等。
2．学生独立操作
车削轴类和盘套零件，要求有端面、外圆、孔和锥面等表面。
七：实习纪律
遵守学院及实习工厂纪律。
严格操作规程。
金属铸造模具 篇3
【关键词】齿科，纯钛，义齿，基托，金属支架
【中图分类号】R781. 33 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0341-01
以纯钛为材料制作义齿具有强度高和耐腐蚀的优点，而且也具有更优秀的生物相容性，逐渐取代了传统的钴铬合金义齿材料[1] ，为了探讨齿科鑄造用纯钛制作总义齿基托及可摘义齿金属支架的临床效果，笔者总结48例义齿修复者资料，现将结果报道如下：
1资料与方法
1.1一般资料 研究对象为2014年2月-2014年10月期间来我院口腔门诊进行义齿修复的健康成年人共计48例，其中包括男性23例和女性25例，年龄范围为24岁-40岁，平均年龄为（30.4±6.9）岁，纳入标准：所有患者均因牙列缺失或者牙列缺失而进行义齿修复，义齿修复者单颌缺失牙数目超过8颗，所有患者均知情并签字。排除标准：排除对义齿修复材料（钛或者钴铬合金）存在过敏反应者，排除同时合并自身免疫性疾病患者，排除同时合并口腔溃疡或者存在颞下颌关节异常者。48例患者根据选择的义齿修复材料不同随机分为两组：选择钛金属材料修复的24例为观察组，选择钴铬合金材料修复的24例为对照组，两组患者一般资料（性别比例和年龄等）经统计学检验，结果显示差异无统计学意义（P<0.05），说明具有可比性。
1.2修复方法 观察组义齿修复材料选择纯钛金属制作的义齿基托和支架，对照组义齿修复材料选择传统的wironit钴铬合金材料制作的义齿基托和支架，在义齿基托和支架的制作过程中严格按照材料要求的方法进行加工，修复时将制作好的固位体分别在各基牙上试合，要求固位体能正确就也与基牙颈部密合，边缘伸展合适，咬合协调，固位良好的情况下，如有问题加以相应处理后，即可进行磨光、粘固。整个义齿修复过程由同一名医师完成。所有义齿修复者在修复后2个月时进行安全度、舒适度和强度的考察。
1.3评价方法
1.3.1安全度评价方法 义齿修复者根据佩戴后黏膜的变化情况进行安全性判断：无任何粘膜病变者记为0分，有轻微的粘膜充血现象者记为2分，粘膜出现糜烂现象者记为4分。
1.3.2强度评价方法 义齿修复者根据义齿支架的断裂和裂痕情况进行强度判断：无任何裂痕或者支架断裂现象者记为0分，出现微弱的裂痕但支架没有断裂者记为2分，支架断裂或者即将断裂者记为4分。
1.3.3舒适度评价方法 义齿修复者根据佩戴后自身感受和支架的贴合性情况进行舒适度判断：支架无任何变形，患者表示佩戴舒适度优秀者记为0分，患者佩戴后感觉有轻微翘动，但舒适度感觉一般者记为2分，患者感觉舒适度差，不愿意继续佩戴者记为4分。
1.4统计学方法 通过spss21.0软件包进行数据分析，对平均值计量资料的组间比较方法选择t检验。
2结果
观察组患者治疗后安全度评分均值（1.3±0.2）分，佩戴强度评分均值（0.8±0.1）分，舒适度评分均值（1.2±0.8）分，均明显优于对照组义齿修复者数据统计资料，具体数据比较结果如下表1
3讨论
由本研究数据统计结果可以看出：观察组义齿修复者佩戴了用纯钛制作总义齿基托及可摘义齿金属支架后，其佩戴的安全度、舒适度和强度明显优于使用传统钴铬合金义齿材料的对照组，各项数据差异均具有统计学意义（P<0.05），由此可以推断出齿科铸造用纯钛制作总义齿基托及可摘义齿金属支架比传统的钴铬合金具有更优秀的临床效果。
在义齿修复者佩戴总义齿基托及可摘义齿金属支架过程中，观察组和对照组均出现了部分口腔黏膜部分组织红肿、溃疡现象，笔者分析主要原因[2-3]不但与修复材料有关，也可能与修复者初次佩戴有关，所有黏膜肿痛者均在支架、基托修整并适应一段时间后得到了明显的改善并逐渐消失。最后，在佩戴强度方面，由于钛金属比传统修复材料具有更强的弹性和强度，故在修复者佩戴较长时间后仍然会保持原状，很少会出现裂纹、断裂等现象的发生。
参考文献
[1] 吴江，赵湘辉，沈丽娟等.激光扫描测量全口义齿钛基托适合性的可行性研究[J].临床口腔医学杂志，2009，25（6）：343-345.
[2]杨旭，谭建国，李德利等.齿科铸造用纯钛制作义齿支架的临床效果评价[J].北京大学学报（医学版），2010，42（1）：60-62.DOI：10.3969/j.issn.1671-167X.2010.01.014.
圆柱形金属橡胶构件的模具设计 篇4
金属橡胶材料的制备是将一定质量的、拉伸开的、螺旋状态的金属丝有序地排放在冲压或碾压模具中,然后用冷冲压的方法成型。其内部结构是金属丝相互交错勾联形成类似橡胶高分子材料的空间网状结构。在外力作用下,金属橡胶将克服金属丝之间的干摩擦阻尼而产生变形,外力消失后,在自身弹性力的作用下,恢复原状[1,2,3,4]。
金属橡胶毛坯件的制作,是将拉伸好的螺旋卷按一定的规律和要求铺设在特殊的模具上。选择正确的毛坯铺设方式是影响金属橡胶构件性能的关键步骤之一。如果选材和毛坯铺设方式不正确,会造成构件性能达不到预期要求,或产品品质低劣,发生早期失效,从而给金属橡胶的进一步研究和推广应用带来困难。根据构件的形状、使用条件和用途等要求,金属橡胶毛坯件有多种不同的铺设方法。本文采用细针定位的布线方式[4]。细针定位的铺设方式采用插在心轴上的两圈细针定位,保证螺旋卷铺设的确定性和规律性。铺设过程中,心轴以一定的速度转动,空心导杆与心轴的转动相协调,在各细针间往复穿梭移动,把螺旋卷按一定的规律挂在细针上,循环运行实现毛坯件的铺设。将铺设好的毛坯件放入模具中,经冷冲压工艺即可得到所需的金属橡胶构件。
现选取用于航天发动机起落架上的金属橡胶减振器[5]。因减振器中圆柱形金属橡胶构件是比较重要的部件,它代替了以前的橡胶构件,具有耐高温、低温和耐腐蚀等特点,能适应更差的环境。选取的构件尺寸为外圆直径90 mm、内圆直径50 mm、高为40 mm。依据毛坯的具体尺寸和构件的要求做圆柱形金属橡胶构件的模具设计。
1 零件的工艺分析
1) 该零件结构比较简单,是圆柱形通孔,要加工的部分仅仅是内孔。在毛坯内孔的基础上,将其整形扩大( 图1) 。
2) 零件内外形尺寸的公差,可以按IT14 级确定工件尺寸的公差[6]。经表查得各个尺寸公差分别为: 外圆直径ф900-0. 87mm; 内孔直径ф500-0. 62mm; 厚度为 ф400-0. 62mm。
2 确定冲压的工艺方案
该零件的加工只有一道工序,那就是对孔进行径向挤压。因此不存在有其他多种方案,只有采用不同的凹、凸模对毛坯进行冲压。
第一种方案: 直接采用圆柱形凸模,在毛坯上放置有压板,防止反向挤压。
第二种方案: 采用复合模具,就是采用圆锥形的凸模,再加上圆锥形的凸模镶瓣,凸模轴向下压,挤压凸模镶瓣,然后凸模镶瓣径向移动对毛坯进行挤压。由于凸模镶瓣要进行径向移动,则需要将凸模镶瓣采用线切割,分割成六等分。
方案一比较简单,但在装工件和卸工件时要对压板进行抽取; 而第二种方案虽然比较简单,但是六等分凸模镶瓣径向移动两两之间必然有空隙,工件有可能由间隙中挤压出来。是否影响工件性能,没办法确定,因此还是选用第一种方案,比起加工凸模镶瓣,加工压板更经济。
3 确定模具总体的结构方案
3. 1 模具类型
根据零件的工艺方案,采用径向挤压模,主要在正挤压和反挤压上对模具有一定的要求,必须对其进行严格设计,凸凹模的挤压运动也是按照正常的安装方式的。根据圆柱形金属橡胶构件的特点,应选取冷挤压模具中的径向挤压模具。其主要有以下特点:
1) 模具的工作部分与上、下底板之间一般都设有足够的支撑面与足够厚度的淬硬垫板,以防止由于受力过大而被冲裂或使工作部分相对移动。
2) 模具的工作部分都采用光滑的圆角过渡,以防止由于应力集中而导致其本身的损坏。
3) 模具工作部分的材料及热处理要求,均比一般普通冲模要求高。
4) 模具的卸料部分,一般采用刚性结构,其顶出件要有足够的刚性及强度。
3. 2 设计选用零件、部件
1) 凹模设计
凹模的结构形式和固定方法: 根据选定的模架的结构形式,模架底座上端为圆形的,因此将凹模也设计成圆形,以此相配套,采用圆形的可以降低应力集中,通过内六方螺栓和销钉将凹模固定在凹模固定板上,其螺栓和销钉与凹模孔壁间距不能太小,否则会影响模具强度和寿命。由于冲压金属橡胶材料构件时,只需要用到10 ~ 40 MPa的压力,因此对于凹模的具体尺寸,则尽可能地满足安装在模架上的便利性。根据标准模架结构尺寸,确定凹模的外圆直径尺寸为160 mm。由于外圆在加工时没有直接的接触,因此没有过于严格的要求,公差等级选用IT14 级即可。而它的内孔直径则是根据毛坯的外径来做参考的,由于内壁是要参与冲压的,因此对内壁的要求就要高些,内壁要求没有划痕,比较光滑,粗糙度要求为0. 8,高度也要和毛坯高度相互对应,凹模如图2 所示。
凹模材料和技术要求: 凹模材料选用T10A。外轮廓棱角采用圆弧过渡,防止应力集中。
2) 凸模设计
a) 凸模的结构形式与固定方法
凸模与毛坯接触的工作部分为圆柱形,考虑到经济要求,设计有台阶的凸模,减少加工部分。考虑到凸模首先要进入到毛坯中,因此在凸模的前端设计有一比较大的锥度,这样凸模才能进入到毛坯的内孔中进行冲压。
凸模的固定采用有锥度的台阶,凸模上的锥度与固定圈里的锥度相配合,然后通过螺栓和销钉将其固定在上模座上。
b) 凸模材料和技术要求
凸模材料采用碳素工具钢T10A,进行高温时效处理。凸模如图3 所示。
3. 3 第二套方案的分析
第二种方案的工作原理主要还是体现在凸模与凹模上,为了减少手工操作,去掉压板,设计一种和凸模或凹模组合在一起,同时又对零件的反挤压起到作用的零件。因结合构件的加工要求,设计一种与凸模配套使用的构件———凸模镶瓣。由于凸模镶瓣要和凸模配套使用,而且还要实现径向运动,因此其结构都设计成了锥形。这样在凸模轴向运动时,由于有锥度的存在,凸模挤压锥孔状的凸模镶瓣,会实现径向运动。凸模镶瓣要进行径向运动,必须要有很大的弹性,况且还要能实现工件的成形要求,这对材料的要求就比较高。考虑到经济性,将整体的凸模镶瓣采用线切割切割成六等分,这样就可以进行径向运动,而且采用的是一般的材料。图4 为凸模镶瓣的结构尺寸。
3. 4 两种方案的比较
第一种方案凹模和凸模的结构是比较简单的,加工起来也比较容易,虽然增加了两个压板,使手工操作增加了,但却增加了经济效益,而且无形中又具有了卸料板的功能。
第二种方案设计了凸模套件,使加工看起来比较方便了,模具也不那么繁琐了,但却有一个未知因素,那就是凸模镶瓣径向运动时,六等分镶瓣因为有空隙的存在,随着凸模镶瓣的继续运动,空隙会越来越大,毛坯件可能会随空隙被挤压出来,可能会产生筋条而影响工件的性能。
针对金属橡胶这种弹性材料,由于挤压的厚度比较小而产生浅显的筋条,考虑到实际条件,无法实现,因此选用第一种方案。
4 模具的三维造型
为了能直观地展现模具每个零件的三维造型、各个构件之间的连接与配合,以及每个零件的布置,对模具的装配进行了三维绘制。在文中运用三维软件Pro/E将各个实体零件装配在一起。
1) 在熟知零件具体尺寸的情况下,将所有零件的三维造型绘制出来。绘图的时候,最重要的还是尺寸的准确性,以及一些重要位置的造型。图5、图6 为凸模和凹模的三维造型。
凸模如图5,凸模重要的造型部分是对锥度绘制以及凸模工作部分的尺寸要求,凸模是采用旋转增料来完成的。凹模如图6,凹模重要的是内孔的尺寸,还有就是螺纹孔和销孔在凹模上具体位置的布置以及孔的个数。最后就是在螺纹的造型上,因为螺纹连接关系到模具能否正常工作,因此不管是螺纹孔的造型还是螺栓螺纹的造型,尺寸不能有丝毫的差错。销孔的对称布置也同样重要,它是定位的重要依据。其他零件尺寸的准确性也有同样的严格要求。
2) 将三维绘制好的零件按照装配图的零件布置装在一起。零件只有装配在一起才能知道是否合适和满足要求。图7 为装配在一起的三维模型,图8 为分解开的三维模型。
随着制造业的快速发展以及人们对物质追求的要求越来越高,三维造型也已经越来越受到重视。三维造型的问世可以将人们的要求体现到极致,可以在实际的产品制造之前,通过三维造型检验产品是否合格而满足要求。
5 结论
根据航天发动机起落架上所用的金属橡胶减振器橡胶构件的性能要求,通过专有的金属橡胶铺设计,将圆柱形金属橡胶毛坯绕制出来。分析研究了圆柱形金属橡胶构件毛坯的制造,结合金属橡胶毛坯的性质以及典型的模具,选取比较合适的类型—冷冲压模具。主要是通过对凹模、凸模的设计来实现金属橡胶构件模具设计。设计中通过两种方案的对比,分析了两种方案的优缺点,最后确定了设计方案。为了直观的、更加清楚的表达设计出的模具的效果,运用Pro/E进行了三维实体绘制,为设计增加了直观效果。
由于国内对于金属橡胶构件的研究和制备还处于起步阶段,这种高新材料在实际工程中应用还比较少。文中仅仅设计的是比较简单的圆柱形金属橡胶构件,有些设计机构并不是适用于所有的情况。由于加工工艺复杂,金属橡胶材料造价比较昂贵,一般应用于一些前沿的领域,像航天发动机以及航空导弹等等。
参考文献
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金属铸造模具 篇5
1 快速成型金属模具无模化制造技术
1.1 添加黏合剂实现铸型无模化制造
添加黏结剂目前主要有3D打印、直接壳型铸造等模式, 工艺生产过程中首先按照CAD模型扫描固化轮廓, 然后再按照轮廓的路线使用黏结剂进行粘接。将沙粒平铺, 再使用喷头向砂床均匀喷洒树脂, 喷洒时应注意喷洒催化剂和固结剂。催化树脂发生化学反应会使得沙粒按照轮廓的路线进行固化堆积成为模型形状。黏合剂铸型的时候注意对铸具的强度控制, 必要时可以采用黏结剂在加热炉中加热或者以烧结的方式来提高无模铸造, 进而提升铸造的成功率。
1.2 选择性激光烧结金属模具铸型无模化制造
选择性激光烧结工艺 (SLS) 被我国工业制造行业引入生产, 并且还在此技术之上研制出激光快速成型AF1。选择性激光烧结工艺在采用激光进行选择性烧结, 使用激光作为热源, 该方法易于控制、方向性较好, 因此在生产过程中利于铸型快速制造。由于选择性激光烧结金属生产过程中利用各种粉末材料进行加工, 加工机器在使用功率、价格各个方面拥有很大优势。选择性激光烧结铸型无模化制造采用CAD系统进行绘制, 满足工艺生产的条件之下可以对方案进行任意改变, 进而实现柔性生产。
2 去除加工原理制造铸型制造技术
工业金属模具生产过程中制造毛坯普遍选择了计算机铸造技术, 因此在开展铸造研究的时候针对模具进行模拟分析, 并且辅助工艺设计和过程控制。数字化技术在模具毛坯制造过程中, 近年来利用数控技术完成铸型制造生产, 利用3D打印技术对模具进行造型。在CAD模型驱动下, 利用数控机床加工出砂型, 获得浇筑铸型不需要传统模具样本。
金属模具生产过程中首先输入三维的CAD模型, 然后对其进行自动规划, 并完成加工仿真, 再进行工厂实际生产得到铸具。去除原理进行快速加工制造在工业生产中得到了快速使用, 目前已经被广泛应用于零件加工、模具制造, 此方法在模具生产过程中速度比较快, 而且精度相对较高。密封加工环境制造中, 若实现无模化铸型快速制造生产, 必须要认真控制废弃物:废气、废渣、粉尘等。
目前国内开展快速制造生产率先加强了数字加工铸型机制造。改造研究过程中进行了砂型可行性加工、刀具材料加工、系统软件开发以及备份工作等均有所优化。目前自行研制的铸型数字化加工机规格为:1000mmx1000mmx400mm、1300mmx1000mmx700mm。其中CAD模型驱动的主轴转速一般为4000~2000r/min, 可以完成水玻璃砂型、覆膜砂型以及树脂砂型等多种铸造砂型加工制造。
3 基于PCM无模化铸型快速制造
PCM无模化铸型适用于汽车覆盖件制模, 其已经在工业生产中被广泛使用。铸型使用模具进行浇筑, 采用PCM铸型需要注意保障系统的低发气量, 砂型固化采用粘接剂和催化剂交联反应来层层固化树脂砂叠而获得三维砂型。模具生产制造的时候, 砂型的强度、精度以及催化剂选择上必须要考虑到配比和选择之间的关系。目前, 根据PCM的工艺特点, 选择适合于PCM的工艺生产方式, 在尺寸生产上应考虑到铸件大小, 利用试制覆盖模具来进行直接制造生产。
PCM工艺制造中利用了无焙烧陶瓷性金属喷涂模具制造技术, 将PCM和喷涂模具制造组合在一起进行融合制造。利用金属喷涂方式来实现快速模具制造, 可以有效解决汽车模具制造生产过程中的覆盖问题。制造过程中利用喷涂工艺制造既可以是等离子喷涂法, 也可利用电弧喷涂法。利用陶瓷/金属RP机模进行制造, 可以采用快速成型制造技术在原RP原型上喷射沉积高熔点合金材料, 但是要注意预防该种生产模式可能造成的制造问题。
4 结语
随着我国机械制造技术不断成熟, 各项制造工艺被广泛应用于实际生产制造, 其中金属模具生产过程中采用无模化铸型快速制造技术可以为机械制造提供效率保障。本文针对金属模具制造生产过程中的相关技术性问题进行分析和探讨, 提出了金属模具无模化铸型快速制造工艺技术, 以期为我国机械制造生产提供借鉴。
参考文献
[1]颜永年, 张人佶, 林峰.快速金属模具制造技术的最新进展及发展趋势[J].航空制造技术, 2012 (05) .
[2]徐达, 宋玉华, 张人佶等.基于快速成形技术的汽车覆盖件金属模具制造[J].清华大学学报 (自然科学版) , 2010 (05) .
金属铸造模具 篇6
一、发展基础
近几年, 国有金属铸造企业改制以及民营资本进入铸造机械行业步伐加快, 陶庄的金属铸造产业发展迅速。09年金属铸造总产值14.5亿元, 占陶庄镇总产值的4 3.81%, 规模以上企业18家, 并初步形成以铸造金属件为主导的产品。产品以出口为主, 涵盖领域广, 如工程机械、农机、电工、家电、轻工等。
1、发展基础良好。
依托与五金材料工业基础产业、废钢市场资源、省级边界交通的三大优势, 并且民营资本的大量进入, 陶庄的金属铸造产业发展迅速。
2、产品需求强劲。
越来越多的行业对大批量、高精度铸件的强劲需求, 如各种汽车发动机缸体、缸盖铸件, 促进了陶庄金属铸造产业的发展。
3、产业档次不断提升。
随着各产业工艺的提高, 工程机械、农机、电工、家电、轻工等行业都需要大量高水平铸造, 自然对金属铸造的要求也相应提高, 市场对金属铸造的高要求鞭策陶庄金属铸造产业不断提升。
二、存在的问题
陶庄镇金属铸造产业发展取得了较大成效, 但在发展过程中也存在着如下主要问题。
1、一般性加工生产、低附加值竞争, 造成研发和营销建设环节薄弱。
目前, 陶庄金属铸造企业大多生产规模小, 产品档次低, 陶庄镇五金机械产业大部分企业的生产规模较小, 生产产品除特殊合金钢外, 其余都是铸件、配件、冲件等简单的加工类产品, 如垫圈、螺母、机械外壳的铸件 (电机、水泵的外壳) 等金属粗加工产品。产品大都处于五金机械制造业的上游环节, 很少涉及金属精、深加工制品, 产业链有待于向机械制造的终端产品方向延伸。家庭个体工业都是冲件、割圆饼, 未能在市场的带动下形成具有规模性的企业集群效应和辐射效应。企业处在组装加工的贴牌生产环节, 附加值较低, 几乎不掌握境外最终销售渠道, 难以了解市场与产品需求, 造成新产品研发设计导向模糊、设计能力薄弱。因此, 本区企业有待进一步加大对研发和营销环节的投入, 推进企业发展方向向微笑曲线两端移动。
2、资源约束压力大。
部分企业的产能消耗处于行业能耗标准之上。较高的能源消耗, 占用了当地大量的电力资源, 因此, 随着企业规模的扩大、产量的提升, 以及新生产企业的入驻, 陶庄金属铸造产业发展将受到资源约束压力增大的影响。
3、区域竞争压力大。
近年来, 国内沿海地区一些金属资源丰富的城市, 在丰富资源的基础上, 借助于便利的交通, 争先恐后地发展起了金属铸造产业。陶庄金属铸造产业发展将面临激烈的竞争, 如何有效组合生产要素, 构筑高标准发展平台, 充分挖掘区位、资源、产业等比较优势成为持续发展的关键。
三、转型升级路径分析
陶庄金属铸造行业要朝高效率、高精度和自动化等方向发展, 重点发展中高档铸造金属件, 如轿车发动机缸体、缸盖等铸件提高产品附加值, 达到可代替进口的水平。
结合金属铸造产业的发展趋势, 陶庄金属铸造行业发展方向主要有以下两个方面:一是发展精密铸造, 重点发展中高档铸造金属件, 如轿车发动机缸体、缸盖等铸件, 提高产品档次及附加值;二是适度有条件的发展高新技术, 培育具有自主品牌的金属加工制品。
1、培育一批产业龙头企业。
需要扶持一批规模大、技术基础好、管理水平高、产品竞争力强的优势企业, 瞄准国内外同产业先进企业找准差距、选准突破口, 实施赶超。依托龙头企业在国内的知名品牌集聚优势, 坚持金属铸造企业带动配套企业共同发展, 做大做强金属铸造产业。对龙头企业实行因厂制宜, 从税收、财政、金融、用地等方面进行重点扶持。
2、引进高档铸造机械。
铸件落后主要是铸造工艺落后, 铸造工艺落后是由于铸造设备落后, 铸造机械的作用越来越重要。铸造机械重要性的提高, 使其市场需求将进一步扩大。引进高档铸造机械, 提高铸造的工艺水平, 减少误差。
3、实现专业化、标准化生产, 延长产业链。
陶庄的金属铸造主要集中于粗加工、制造环节, 附加值较低。因此, 加快转型升级, 一方面向产业链前端延伸, 企业要注意适时更新生产设备、积极引进先进加工工艺和生产线, 实现生产的专业化和标准化, 提高生产效率。另一方面, 向产业链后端延伸, 企业应积极把经营范围向金属铸造的研发和销售环节延伸, 最终实现集新产品研发、产品生产、产品推广、产品销售以及售后服务于一体的纵向一体化生产, 拓展企业的成长空间和利润空间。
4、注重产品专利、品牌的开发, 提升自主创新能力。
贴牌生产和设备依赖国外进口导致企业在关键设备和核心技术以及产品品牌等方面受制于人。陶庄的金属铸造产品出口率高达90%, 但是没有自主品牌, 多为贴牌生产, 利润空间受限。因此, 要积极引导龙头企业重视专利和自主品牌开发, 加大研发投入, 提升自主创新能力。实施名牌战略, 引导企业以创立自主名牌, 同时打造陶庄金属铸造产业的区域品牌, 带动整个产业向持续、稳定、健康的方向发展。
5、加大技术研发力度。
一是加大对金属铸造技术的研发, 建立行业协会, 发挥其参谋、组织、攻坚、服务四大作用, 加大功能部件研发力度;二是根据世界金属铸造技术发展趋势, 加强精密加工技术、精密铸造的研究和开发;三是鼓励企业与国内外先进金属铸造机械制造企业结成技术联盟或战略联盟, 充分利用外部的科研力量突破技术难题, 达到技术信息共享, 提升陶庄金属铸造的整体技术水平。
摘要：在后危机时代, 金属铸造产业转型升级意义十分重大, 本文以陶庄为例分析了金属铸造产业的发展基础和存在的问题, 并在此基础上分析了转型升级的路径。
关键词：金属铸造,转型升级,路径
参考文献
[1]、傅允生.金融危机背景下的浙江转型升级[J].观察与思考, 2010 (02)
[2]、梁保华.大力推进经济转型升级[J].江南论坛, 2010 (02)
金属铸造模具 篇7
上海发那科机器人有限公司旗下最新智能机器“三兄弟” (小型加工中心、全电动注塑机、线切割机) , 无疑是高性能、高精度、高可靠性智能机器的代表。本届DMP展会, FANUC将携“三兄弟”强势出击, 向观众展现FANUC在模具、塑胶行业中的领先技术。
随着中国逐渐转变为世界制造王国, 传统的低水平代工, 已越来越多地为更高要求的电子信息产业、汽车产业等高精加工所代替。FANUC小型加工中心、电火花线切割机、全电动注塑机系列积极推动对高精加工的产品需求, 其“三兄弟”为中国的客户提供完美的解决方案。
在精密注塑领域, 全电动注塑机以其优异的性能受到市场广泛的关注。本次DMP展会上, 全球销量第一的FANUC ROBOSHOT全电动注塑机拥有先进功能、精密控制、最快速度、最低能耗等优势, 此次展出机型为ROBOSHOTαS100i A, 将向观众演示精密、窄间距连接器的射出成型, 展示高射出功能。而树脂适量供给装置的新功能, 将为该款全电动注塑机在精密光学、精密齿轮、数码电子等行业的应用推波助澜。
在金属加工方面, 由小型加工中心ROBODRILL成为另一大亮点。搭载了FANUC自行开发的附加轴DDR、DDR-T系统, 其采用同步内装伺服电动机, 可进行基于直接驱动的无反向间隙的高速、高精度加工, 分度速度可达200r/min。广泛服务于机械、汽车零部件、IT精密零件、精密模具、模型等各个行业, 加工领域也根据客户的要求不断扩大。
金属铸造模具 篇8
辗环又叫扩孔, 是环形件特有的成形方法之一。工作原理如下图所示。辗压轮与芯辊旋转中心轴平行, 辗环时, 电机通过减速箱驱动辗压轮旋转, 辗压轮通过它与环坯件之间的磨擦力曳入毛坯并连续地施压, 环形坯件之间的磨擦力带动芯辊转动, 同时辗压轮与芯棒之间的中心距逐渐缩小, 直至变形结果。经辗环变形的工件, 截面积和径向厚度都减小, 环形件外径和孔径都相应地增加。因此, 辗环主要是每项向压缩切向延伸的锻造过程。当工件与信号辊接触时, 表示已达到预定尺寸, 信号辊发出停碾的信号, 碾压轮完成碾压任务退回到原始位置。
二、辗环的模具结构
辗环的模具包括辗压轮、芯轴辊、信号辊和托料板等。结构如下图所示:
三、粘结金属现象
一个外锥环环形件在试模阶段一切正常, 生产一段时间后, 发现在托料板靠近圆弧的外端面结了一层象柏油一样的金属, 而且越积越多, 工件的接触面也凹凸不平, 外形尺寸也超出了控制范围, 根本无法再生产。刚开始认为可能是托料板端面不平整, 与工件接触面小所造成, 就把托料板端面加工平整。安装后再试, 开始几件正常, 之后又出现同样的问题。
四、原因分析
托料板在辗压过程中支撑工件, 使工件轴心线与芯辊、辗压轮轴心线保持平行, 具有稳定辗制的作用, 通过观察对比, 粘结的金属主要是托料板和工件的磨损造成。辗压外锥体环件是大端靠托料板, 环坯靠紧托料板, 辗压平稳, 但同时磨擦力也增大, 增加了托料板表面磨损, 而且生产过程中没有及时润滑和冷却, 与高温的坯料接触, 托料板表面已退火, 硬度低或冷却不够, 表面磨损使粗糙度提高而粘结金属。经洛氏硬度计检测, 托料板接触面硬度值仅10HRC, 甚至更低, 无法满足正常生产所需硬度45-20HRC的要求。
五、解决方法
经过原因分析, 采取如下措施:托料板的材料碳素结构钢45和50, 硬度45-20HRC;为提高辗压件的质量, 增加模具的使用寿命, 辗压时要对模具进行润滑;润滑剂具备隔离工件与模具表面, 减少模具磨损, 有助于工件脱模, 保证工件与模具接触时间最短, 对辗环有较好的隔热性能, 避免因热传导使托料板温度升高退火而硬度降低。
六、结束语
改进后再生产, 没有出现类似现象, 而且工件表面光滑、平整。实践证明, 方法可行有效。
金属铸造模具 篇9
关键词：界面传热,界面摩擦,修正Archard磨损模型,热挤压,有限元模拟
0 引言
热成形模具较其他成形模具寿命短, 是由于接触表层的温度急剧升高对模具抗磨能力有重要影响[1]。国外许多研究人员对磨损进行了大量研究, 例如基于Archard理论对其修正, 进而考虑温度及时间对模具硬度和磨损影响[2];优化模具设计来减小磨损量[3];考虑热效应对模具硬度影响的修正Archard磨损模型[4,5]。国内也有大量研究人员对模具磨损进行相关研究, 例如基于修正的Archard模型计算挤压模具型腔磨损[6];运用Archard磨损模型分析模具硬度、初始温度和润滑条件在一次成形后对模具磨损的影响规律[7];计算模具失效前总磨损量, 有必要考虑前一次成形磨损状态对下一次成形磨损状态的影响[8];基于修正的Archard理论, 对螺旋锥齿轮热成形模具易磨损位置的磨损量进行计算[9];基于修正的Archard磨损模型, 分析坯料和模具预热温度及成形速度对终锻模磨损的影响[10]。
目前, 有限元软件数值模拟金属成形过程采用的磨损模型为Archard模型, 该模型没有考虑坯料的温度及坯料的硬度随着温度变化对模具磨损的影响, 也没有考虑界面传热及摩擦对模具磨损的影响, 因而在模拟预测模具磨损时存在不足, 鉴于此, 提出了修正的Archard磨损模型, 用来预测热挤压模具磨损。
1 修正的Archard磨损模型
热成形过程中基于Archard磨损模型的磨损量 (W) 在高温下的修正模式如方程 (1) 所示:
式中, W为高温成形中模具的磨损量 (m3) ;K (T) 为无量纲的磨损因子或磨损系数;P为模具与坯料接触表面的法向压力 (MPa) ;L为模具与坯料之间的切向相对滑移距离 (m) ;Hd (T) 为模具材料的硬度 (N/m2) 。
在塑性变形状态下接触压力和剪切应力的关系式[11]如方程 (2) 所示:
结合方程 (2) 与库伦摩擦定律τ=μP, 可以推导出在塑性变形状态下载荷的表达式为:
式中, P为正压力 (MPa) ;α为常数 (α=9) ;τ为接触界面的剪切力 (MPa) ;Hw为坯料的压痕硬度 (N/m2) ;μ为摩擦系数。
金属热成形过程中界面摩擦系数μ随着变形速度v和变形温度T而变化[12], 其变化的规律如方程 (4) 所述:
热成形模具的磨损系数K和硬度Hd随着温度变化的方程[2]如方程 (5) 和方程 (6) 所示:
高温坯料的硬度Hw随温度变化的方程[13,14]如方程 (7) 所示:
式中, Hw (T) 为坯料实时随着温度变化的硬度;Hw0为对应于温度T0的坯料硬度;β为常系数因子, 一般取β=0.002;T为对应于温度T0的温升。
模具磨损是磨损量累加过程, 即模具在不同时间、不同位置的磨损量是不相同的, 模具各处的温度场、速度场及所受到的正压力是随着时间的变化而变化的, 如图1所示。
因此, 可将磨损量表示为连续的修正的Archard模型, 如方程 (8) 所示:
将方程 (8) 磨损量写成离散的表达式, 如方程 (9) 所示:
式中, Wij为模具j时刻i位置的磨损大小;Lij为模具j时刻i位置的相对滑移距离。
一个热成形循环n步后, 模具上i处的磨损深度如方程 (10) 所示:
2 工艺参数对模具磨损的影响
热成形模具材料通常为具有很好韧性和热疲劳性能的H13模具钢, 为了从实际成形分析及有限元数值模拟来研究模具磨损, 挤压模具的二维截面图如图2所示, 通过UG建立冲头、坯料以及凹模的三维模型, 取模型的1/4进行模拟分析, 并采用闭式挤压方式, 模具装配示意图如图3所示。模型边界用刚性体施加对称约束, 冲头、模具和坯料之间建立接触约束, 在DEFORM 3D V6.1有限元软件中工艺参数设计如表1所示。
2.1 坯料温度对模具磨损的影响
模具温度随着坯料温度升高而增大, 模具接触面硬度下降, 加速模具磨损, 总的磨损量随着坯料初始温度的增大而增大。
2.2 预热温度对模具磨损的影响
模具表面温度随着预热温度升高而升高, 微凸体的硬度相应降低, 硬度越低越容易磨损, 随着预热温度增高, 磨损量呈现增大趋势。
2.3 凸模速度对模具磨损的影响
成形速度越快, 金属变形流动速度越快, 模具磨损量增加, 速度增大, 模具与坯料相互作用的时间缩短, 热传导的温升减小, 模具硬度下降减小, 磨损量减小。
2.4 摩擦对模具磨损的影响
摩擦越大, 闪温越大, 摩擦热越大, 微凸体变软, 微凸体间产生粘着, 形成粘着摩擦, 即粘着磨损, 摩擦越严重, 磨损必然越严重。
3 结论
(1) 坯料温度升高, 模具表面温度上升, 表面硬度下降, 磨损增大, 变形温度升高, 最大磨损深度增大。
(2) 模具表面温度随着预热温度升高而增大, 表面硬度降低, 磨损量呈现增大趋势。
(3) 凸模速度对模具最大磨损深度有较大影响, 较小和较大凸模速度都会带来最大磨损深度增加, 最大磨损位置更靠近凹模锥角入口处, 实际加工时要选取合适的凸模速度。