中国压铸杂志

浅谈结构件高真空压铸模具关键技术及发展

作者:admin 来源:原创 发表时间:2018-07-18
 
 
文:宁波合力模具科技股份有限公司  王春涛 
 
    摘要  主要介绍了车身结构件的成形发展及趋势,以及其生产制造的影响因素。着重介绍了在高真空铝镁合金车身结构件压铸模具的开发设计中的关键因素,如浇注系统设计、模具温度控制设计、真空结构设计等。
 
    关键词 车身结构件;高真空压铸;密封设计;模具温度控制系统
 
    随着环保和节能的需求,汽车轻量化设计已经成为世界汽车发展的潮流。汽车每减重10%,可提高燃油效率约7%。汽车轻量化的发展,离不开材料、成型技术、设备、结构设计等相关领域的发展。其中利用铝镁合金高真空压铸替代传统的钢板冲压、焊接等工艺是汽车轻量化发展的关键技术之一。
     发达国家早在20世纪90年代就开始利用压铸工艺来实现铝、镁合金替代钢板的结构件成形。在成形工艺,新型材料,压铸机设计以匹配结构件生产的特性等方面做了大量的工作。根据 DUCKER WORLDWILD 市场调研,2015年汽车上铝用量增加到190kg。从2012年到2015年将近23kg的增量来自于结构件的发展,见图1。

 
自2011以来,随着国内主机厂的发展及布局,铝镁合金压铸结构件的需求迎来一个高增长的趋势。把传统的钢铁材料换成铝合金或镁合金,要求铝合金或镁合金结构件必需具有如下力学性能:良好的伸长率、良好的抗拉强度和屈服强度,可以进行热处理,以及可以进行焊接处理。目前可利用高真空压铸工艺开发的部分车身结构件见图2。
 

 
1、影响压铸结构件质量的因素
高真空压铸的本质是为了避免压铸件产生缺陷,结合了结构件的特性,一般需要经过的流程见图3。而每道流程都有各自的影响因素需要严格地控制。如铝合金材料的成分是否准确,熔炼的铝液密度是否合格,压铸件是否含有气泡,是否可焊接,热处理后的力学性能是否达标,整形的尺寸是否合格等。
 


 
2、压铸结构件的模具设计开发
2.1 浇注系统的设计
在进行浇道设计及模拟分析之前,需要对铸件有个初步的质量缺陷预判,以获得一个准确的填充方位。在正式进行浇注系统设计的过程中,需要对流道进行不断的优化,某零件浇道优化的对比见图4。
 

 
从图4中可以看出,第1次的填充过程出现2股浇道对冲而卷气的区域,经过内浇口的调整,该区域的卷气现象得到改善。其次,在渣包的设置上也要满足整个流态的需要,在流态尾端将空腔内气体排出。
2.2 模温控制的设计
结构件往往结构复杂,产品尺寸较大。因此在压铸生产过程中控制模具的温度,需要在模具结构上进行合理的设计,见图5,模具在生产过程中达到模温相对平衡,可以提高生产效率并获得合格铸件。
 

 
2.3 密封结构的设计
为了获得低于500Pa的高真空度,以获得更好的铸件力学性能,高真空压铸模具需要设计密封结构。密封圈是普遍使用的一种密封方式。模具的密封设置,在很大程度上给模具的设计、制造以及压铸生产带来了难度。如根据不同铸件的结构,模具需要设置抽芯,因此密封除了动定模这个大分型面之外,在抽芯结构上也需要进行密封结构设计。密封条是易损件,在压铸生产过程中,需要实时进行监控,防止因密封条损坏影响铸件质量。
 

 
料筒的密封也同样关键。目前均有特殊的冲头设计来保证冷室压铸件的料筒密封,见图6。真空阀的类型、控制系统、真空度的监控方式直接影响了压铸生产的稳定性。真空阀目前主要分为机械阀和液压/气动真空阀,见图7。机械阀有着结构简单、控制系统成本低、容易清理等优点,但是其具有排气量不大、容易堵塞、阀成本高等缺点。液压/气动阀有比较大的排气面积(大至400mm2)、不易堵塞等优点,但其控制系统要求高,需要在模具上设计油缸等,因此根据不同的客户及产品需求可以进行相应的调整。
 
 
3、结语
我公司自2012年开始进行高真空压铸模具开发制造以来,不断的深化技术研发,最终获得合格的高真空铝镁合金结构件压铸模具。
 
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