圖1   壁厚分析

1 鑄件概況

鑄件外形尺寸為176.99 mm×171.11 mm×90.88 mm，平均壁厚為2.87 mm，壁厚分析如圖1所示。鑄件材料為AlSi8Cu3，其抗拉強(qiáng)度σb≥195 MPa，延伸率δ≥2%。AlSi8Cu3合金作為高性能的鋁合金材料，在汽車(chē)工業(yè)中發(fā)揮重要的作用，其獨(dú)特性能使之成為制造汽車(chē)關(guān)鍵零部件的合理選擇。AlSi8Cu3合金的高強(qiáng)度、良好的鑄造性能和耐腐蝕性，使其能滿(mǎn)足嚴(yán)苛的鑄造要求。通過(guò)合理的鑄造工藝，AlSi8Cu3合金可以被加工成各種復(fù)雜形狀的零部件，提升汽車(chē)的整體性能和可靠性。

根據(jù)鑄件壓鑄成型公差及技術(shù)要求，確定模具設(shè)計(jì)及留有足夠的后續(xù)機(jī)加工余量，如圖2所示，箭頭所指表面是在壓鑄成型后需機(jī)加工位置，調(diào)整加工余量為0.3 mm，用于后續(xù)加工。

圖2   鑄件加工余量

2 成型分析

2.1 難點(diǎn)分析

鑄件成型難點(diǎn)：①籠式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，錯(cuò)綜復(fù)雜的加強(qiáng)筋影響熔體流向，解決熔體對(duì)沖時(shí)困氣問(wèn)題，要求精準(zhǔn)控制流道流量及合理設(shè)計(jì)溢流槽和排氣槽；②鑄件壁厚差異較大，型腔末端充填困難；③鑄件末端有6處安裝孔位，如圖3所示，需保證鑄件內(nèi)部的致密性，無(wú)氣孔、縮孔等缺陷，這樣才能滿(mǎn)足主機(jī)支架的安裝強(qiáng)度要求。

圖3   成型難點(diǎn)分析

2.2 成型設(shè)備匹配

鑄件質(zhì)量為285.9 g，成型投影面積為16 935 mm²，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，型腔末端充填困難，模具需設(shè)計(jì)多滑塊抽芯。鑄件的強(qiáng)度要求高，需要較高的鎖模力以及壓力，結(jié)合壓鑄機(jī)參數(shù)（見(jiàn)表1所示），選定DCC280T冷室壓鑄機(jī)為成型設(shè)備，配備直徑φ60 mm的沖頭。

表1   壓鑄機(jī)參數(shù)

2.3 成型方案設(shè)計(jì)

根據(jù)技術(shù)要求分析，分型設(shè)置如圖4（a）所示，深色面為主分型面PL1，其中包含碰穿面PL2，PL2面打開(kāi)方向?yàn)殚_(kāi)模方向，與開(kāi)模方向垂直的區(qū)域設(shè)置SC1、SC2、SC3三個(gè)側(cè)向抽芯，其中SC1滑塊如圖4（b）所示，SC2滑塊如圖4（c）所示，SC3滑塊如圖4（d）所示。

圖4   分型設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖5所示，主流道Z負(fù)責(zé)控制整個(gè)澆注系統(tǒng)的流量，其橫截面尺寸為25 mm×11 mm。遵循主流道橫截面大于分流道設(shè)計(jì)原則，即Z>1+2+3+4，其中分流道為1、2、3、4，分流道澆注系統(tǒng)中設(shè)置1、2、3、4流道分別對(duì)區(qū)域a、b、c、d進(jìn)行充填。流道1為輔助流道：流道截面尺寸為7 mm×6 mm，內(nèi)澆口截面尺寸為1.6 mm×8 mm，負(fù)責(zé)補(bǔ)充流道2因分型面爬坡的壓力損失。流道2為主流道，負(fù)責(zé)區(qū)域b的充填，流道截面尺寸為10 mm×8 mm，內(nèi)澆口截面尺寸為1.2 mm×25 mm。流道3為次主流道，負(fù)責(zé)區(qū)域c的充填，流道截面尺寸為10 mm×8 mm，內(nèi)澆口截面尺寸為1.2 mm×20 mm。流道4為輔助流道，負(fù)責(zé)區(qū)域d的充填，流道截面尺寸為8 mm×6 mm，內(nèi)澆口截面尺寸為1.2 mm×9 mm。

圖5   澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)4股流道進(jìn)料及鑄件籠式加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)易引起多股料流在交匯處產(chǎn)生冷料的問(wèn)題，如不能及時(shí)將冷料排出型腔，會(huì)導(dǎo)致鑄件表面產(chǎn)生冷隔紋，內(nèi)部引起縮孔、困氣等，甚至影響其強(qiáng)度導(dǎo)致斷裂，因此在型芯側(cè)設(shè)計(jì)了4個(gè)25 mm×25 mm×12 mm溢流槽和4個(gè)12 mm×0.1 mm排氣槽，如圖6所示。在型腔頂部加強(qiáng)筋內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)了25 mm×25 mm×5 mm溢流槽，其側(cè)壁脫模斜度為30°，底部倒R3 mm圓角，靠溢流槽內(nèi)澆口帶出成型鑄件，為了順利帶出成型鑄件，內(nèi)澆口尺寸設(shè)計(jì)為20 mm×1 mm，用于及時(shí)排出流道2、3交匯的冷料。在型芯對(duì)應(yīng)的型腔板位置也開(kāi)設(shè)相應(yīng)的溢流槽以增加排渣的容量，如圖7所示。

圖6   型芯溢流槽與排氣槽

圖7   型腔溢流槽

冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中壓室采用雙循環(huán)水路，以確保冷卻效果，提高沖頭的耐用性，分流錐采用水井冷卻設(shè)計(jì)，型芯及型腔板各布置2條直徑為φ8 mm的水路，如圖8所示，距離鑄件為25 mm，水路接頭采用1/4PT管牙，所有冷卻水管穿過(guò)模架直接鎖在型芯和型腔板側(cè)面，這樣能有效防止因使用密封圈老化而出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

圖8   冷卻系統(tǒng)

3 模具設(shè)計(jì)

3.1 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖9所示，型腔板鑲件12通過(guò)螺釘固定在定模板3上，型芯鑲件11通過(guò)螺釘固定在動(dòng)模板4上，導(dǎo)柱設(shè)計(jì)在定模板一側(cè)，便于開(kāi)模后機(jī)械手取件，壓室1由雙層水路冷卻，分流錐2采用水井冷卻，水井底部用黃銅密封。模架由定模板3、動(dòng)模板4、墊塊5構(gòu)成，其中動(dòng)、定模板須經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。型腔板鑲件主分型面與定模板平面平齊，型芯鑲件主分型面高出動(dòng)模板平面0.15~0.2 mm，即設(shè)計(jì)合模間隙為0.15~0.2 mm，動(dòng)模板對(duì)應(yīng)溢流槽排氣位置開(kāi)設(shè)深度為0.1 mm。為了防止模板變形，在分流錐2下方設(shè)置支撐柱，在模板中間也設(shè)置支撐柱，需避開(kāi)頂桿孔位置。推板8采用4根復(fù)位桿9導(dǎo)向，墊塊5加工成整體式兼做底板用。動(dòng)模板4個(gè)角設(shè)計(jì)30 mm×30 mm×8 mm撬模槽，在動(dòng)、定模板上各設(shè)置4個(gè)大孔，方便拆裝型芯和型腔板鑲件。模板上吊模孔為M24 mm，其中天側(cè)為避開(kāi)頂部滑塊拉桿須設(shè)置左右2個(gè)吊模孔。

圖9   模具結(jié)構(gòu)

1.壓室 2.分流錐 3.定模板 4.動(dòng)模板 5.墊塊 6.支撐柱 7.推板 8.推桿固定板 9.復(fù)位桿 10.斜導(dǎo)柱 11.型芯鑲件 12.型腔板鑲件 13.彈簧 14.拉桿 15.滑塊 16.滑塊 17.滑塊

3.2 模具成型零件

型芯鑲件11、型腔板鑲件12、滑塊15~17都采用進(jìn)口合金鋼8418制造，8418模具鋼是一種含鉻、鉬、釩的高性能熱作模具鋼，具有較好的抗熱疲勞龜裂、熱沖擊開(kāi)裂、熱磨損、塑性變形的性能，這些性能使其成為壓鑄、熱鍛、熱擠壓模用鋼的最優(yōu)選擇。模具零件粗加工后熱處理前須進(jìn)行去應(yīng)力處理，淬火硬度為46~48 HRC。模具零件加工完成后，對(duì)型芯、型腔板鑲件進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理，噴丸強(qiáng)化處理是專(zhuān)門(mén)針對(duì)壓鑄模零件的表面處理技術(shù)，其主要目的是提高模具零件的耐磨性、抗腐蝕性和熱疲勞性能，以延長(zhǎng)模具的使用壽命。型芯及型腔板鑲件外形尺寸應(yīng)比動(dòng)、定模框小0.05~0.08 mm，四角定位配合公差為0.03~0.05 mm。

3.3 鑄件成型

模具裝配及經(jīng)過(guò)質(zhì)檢合格后，且保證開(kāi)合模各個(gè)動(dòng)作（開(kāi)合模、推出等）順暢后試模，根據(jù)鑄件信息及壓鑄機(jī)參數(shù)，設(shè)定第1次試模參數(shù)，如表2所示，第1次試模樣件，如圖10所示。

表2   試模報(bào)告

圖10   第1次試模樣件

▍原文作者：陳財(cái)幸，鐘秀福

▍作者單位：廈門(mén)市集美職業(yè)技術(shù)學(xué)校