鎂合金壓鑄模具的設計要點分析

朵興茂　林占宏　張翼

摘 要：鎂合金是一種極具優勢的輕質金屬材料，該材料具有其他材料所不具備的特性，受到了人們的廣泛關注。鎂合金壓鑄成型中，模具設計水平會對壓鑄件的質量產生較大的影響。因此，認真分析鎂合金壓鑄模具的設計要點具有實際意義。

關鍵詞：鎂合金;壓鑄模具;設計要點

壓鑄模具在壓鑄生產中是必不可少的工藝設備。批量生產中，鑄件的質量和作業循環的速度及模具使用壽命均會受到受壓鑄模結構設計的影響。在設計中保證橫澆道和內澆道幾何形狀的科學性，強化填充效果，且創建完善的加熱及冷卻系統，均可提高鎂合金壓鑄模具設計質量。

1 鎂合金的優勢

鎂合金的密度要明顯大于純鎂的密度，其剛度和強度優勢明顯，在屈服極限和熱導率表現優良。鎂合金無有害物質可實現循環利用，減少資源消耗，也避免環境污染，有利于實現可持續發展。①鑄造特性：鎂合金的粘度較低，具有較強的流動性，填充不規則型腔十分方便，采用鎂合金能夠生產壁厚為1.0-2.0mm的高質量壓鑄件，壓鑄時不會對模具產生較強的沖蝕作用，且不易出現粘性問題，模具可長時間使用，并且生產周期要明顯短于鋁合金件，生產效率高;②阻尼減震性能優良，鎂合金的彈性模量較小，可高效吸收能量，并且可承受較大沖擊負荷;③完善的加工性能。鎂合金加工的過程中可應用最大切削速度，因此生產加工中無需較大能耗。鎂合金件切削速度較快，加工過程中消耗的能源也相對較少;④尺寸穩定。鎂合金件無需退火也無需消除應力，體現出優良的尺寸穩定性，且在負載的作用下依然具備較為理想的抗蠕變強度。

2 鎂合金的缺點

鎂是一種活潑易燃金屬，在熔煉和鑄造過程中極易引起氧化反應。工作人員需利用混合氣體來維護生產加工中的技術設備。當前最常見的保護氣體為SF6，但是該氣體在應用中會破壞臭氧層，故人們也將目標轉向二氧化硫。

3 鎂合金壓鑄模具的設計要點

3.1 鎂合金壓鑄模的結構

鎂合金壓鑄模的結構相對復雜，組成部分較多，具體來說，其包括墊塊、動模固定板、動模底板、推板、加強支柱、推半固定板、推桿、推桿套、動模框、合模套管、合模導柱、靜模框、靜襯模、型芯、加熱塊、冷卻快、支撐柱。要想保證鎂合金壓鑄模設計質量，就需綜合考量。

3.2成型部分設計

成型部分中的模具壓鑄件及形狀均是以壓鑄件設計圖紙內容要求設計，其尺寸大小及相關參數也是根據壓住工藝及壓鑄實際情況規劃計算的。在設計時工作人員應做好詳細分析，注重數據準確性，并對型腔及型芯構成嚴格把控。且監督模具成型表面的質量，加強壓鑄件脫模阻力設置的合理性。

3.3 澆筑及排溢系統設計

澆筑系統可確保壓鑄機中鎂合金液在高溫、高壓、高速運轉狀態下，按既定通道線路快速填充到壓鑄模型腔中，且在鎂合金液填充時，對其流動速度、狀態、壓力及排氣效果合理管控。澆筑系統設計要注意：結合壓鑄件的尺寸及質量要求，選用噴嘴，使其符合澆筑系統的具體要求;且結合壓鑄件的尺寸及表面質量要求，控制鎂合金液，確保流動速度及填充方向的準確性;加大對壓鑄件結構、施工加工方法等研究力度，來確定分型面、澆筑系統結構及主要部分尺寸;根據鎂合金液流動狀態，合理規劃設計溢流槽和排氣管道，提高澆筑系統效率;分析鎂合金液流動中溫度變化對模具影響來設置溫度調節裝置。在鎂合金液填充時會產生較多廢棄、冷污金屬液、氧化夾雜質等污染物，如不及時清理會影響填充效果，所以要設置排溢系統有效排除這些雜質，避免壓鑄缺陷的產生。

3.4 抽芯機構設計

目前很多壓鑄機模具的抽芯機構都以液壓式抽芯機構為主，這種抽芯機構控制方式較簡單，能改進壓鑄模具質量。液壓式抽芯機構會在定模或動模液壓缸確定后，利用油路和液壓閥實行控制，通過液壓缸活塞桿連接的型芯開展抽芯作業。例如，瑞士布勒鎖模力3200t大型壓鑄機，其在定模或動模上就分別固定4-6個抽芯液壓缸，以保證抽芯作業質量。不過在抽芯機構設置中，抽芯方向要盡量避開操作側，設置合理的楔緊裝置，型芯工作完成后可快速恢復到原來位置，減少側滑及楔緊塊損壞等問題的產生。

3.5 計算機數值模擬仿真分析

壓鑄模具工藝設計中，計算機數值模擬仿真軟件已成為重要組成部分，目前最常使用數值模擬仿真軟件以FLOW-3D、MAGMA及PRO-CAST為主，采用四種分析方式：有限差分法、有限元法、邊界元法和直接差分法。計算機數值模擬仿真分析軟件對于提高澆筑系統設計質量顯著。該軟件可完全掌握鎂合金液的流動填充情況，合理分析實現澆筑系統初期設計，再結合壓鑄工藝參數，對填充過程中速度、溫度等變化實行仿真模擬，確保工作人員準確了解整個填充情況，并根據最終結果對澆筑系統及相關參數數據實現優化調整，及時解決澆筑系統運行存在問題。相關數據顯示，通過計算機數值模擬仿真軟件生產成的壓鑄模具，其質量較普通壓鑄構建要高出10倍左右，有效提升材料、設備等資源利用率，降低設計和制作成本。

綜上所述，通過對鎂合金壓鑄模具設計要點的分析和研究，明確了解到鎂合金材料的合理應用，其不僅可以優化壓鑄構件的各項性能，還可以降低對環境的污染，減少能源的損耗，對于企業的進一步發展有著很好的推動作用。

參考文獻：

[1]杜健.鎂合金壓鑄工藝改善研究[J].科技尚品，2017（1）.

[2]邸金南.鎂合金支撐架壓鑄工藝設計與分析[J].科技創新與生產力，2018（5）.

作者簡介：

朵興茂（1980- ），男，藏族，青海民和人，本科，工程師，從事鋁鎂合金壓鑄技術及壓鑄生產管理工作。