镁合金压铸模具的设计要点分析

朵兴茂　林占宏　张翼

摘 要：镁合金是一种极具优势的轻质金属材料，该材料具有其他材料所不具备的特性，受到了人们的广泛关注。镁合金压铸成型中，模具设计水平会对压铸件的质量产生较大的影响。因此，认真分析镁合金压铸模具的设计要点具有实际意义。

关键词：镁合金;压铸模具;设计要点

压铸模具在压铸生产中是必不可少的工艺设备。批量生产中，铸件的质量和作业循环的速度及模具使用寿命均会受到受压铸模结构设计的影响。在设计中保证横浇道和内浇道幾何形状的科学性，强化填充效果，且创建完善的加热及冷却系统，均可提高镁合金压铸模具设计质量。

1 镁合金的优势

镁合金的密度要明显大于纯镁的密度，其刚度和强度优势明显，在屈服极限和热导率表现优良。镁合金无有害物质可实现循环利用，减少资源消耗，也避免环境污染，有利于实现可持续发展。①铸造特性：镁合金的粘度较低，具有较强的流动性，填充不规则型腔十分方便，采用镁合金能够生产壁厚为1.0-2.0mm的高质量压铸件，压铸时不会对模具产生较强的冲蚀作用，且不易出现粘性问题，模具可长时间使用，并且生产周期要明显短于铝合金件，生产效率高;②阻尼减震性能优良，镁合金的弹性模量较小，可高效吸收能量，并且可承受较大冲击负荷;③完善的加工性能。镁合金加工的过程中可应用最大切削速度，因此生产加工中无需较大能耗。镁合金件切削速度较快，加工过程中消耗的能源也相对较少;④尺寸稳定。镁合金件无需退火也无需消除应力，体现出优良的尺寸稳定性，且在负载的作用下依然具备较为理想的抗蠕变强度。

2 镁合金的缺点

镁是一种活泼易燃金属，在熔炼和铸造过程中极易引起氧化反应。工作人员需利用混合气体来维护生产加工中的技术设备。当前最常见的保护气体为SF6，但是该气体在应用中会破坏臭氧层，故人们也将目标转向二氧化硫。

3 镁合金压铸模具的设计要点

3.1 镁合金压铸模的结构

镁合金压铸模的结构相对复杂，组成部分较多，具体来说，其包括垫块、动模固定板、动模底板、推板、加强支柱、推半固定板、推杆、推杆套、动模框、合模套管、合模导柱、静模框、静衬模、型芯、加热块、冷却快、支撑柱。要想保证镁合金压铸模设计质量，就需综合考量。

3.2成型部分设计

成型部分中的模具压铸件及形状均是以压铸件设计图纸内容要求设计，其尺寸大小及相关参数也是根据压住工艺及压铸实际情况规划计算的。在设计时工作人员应做好详细分析，注重数据准确性，并对型腔及型芯构成严格把控。且监督模具成型表面的质量，加强压铸件脱模阻力设置的合理性。

3.3 浇筑及排溢系统设计

浇筑系统可确保压铸机中镁合金液在高温、高压、高速运转状态下，按既定通道线路快速填充到压铸模型腔中，且在镁合金液填充时，对其流动速度、状态、压力及排气效果合理管控。浇筑系统设计要注意：结合压铸件的尺寸及质量要求，选用喷嘴，使其符合浇筑系统的具体要求;且结合压铸件的尺寸及表面质量要求，控制镁合金液，确保流动速度及填充方向的准确性;加大对压铸件结构、施工加工方法等研究力度，来确定分型面、浇筑系统结构及主要部分尺寸;根据镁合金液流动状态，合理规划设计溢流槽和排气管道，提高浇筑系统效率;分析镁合金液流动中温度变化对模具影响来设置温度调节装置。在镁合金液填充时会产生较多废弃、冷污金属液、氧化夹杂质等污染物，如不及时清理会影响填充效果，所以要设置排溢系统有效排除这些杂质，避免压铸缺陷的产生。

3.4 抽芯机构设计

目前很多压铸机模具的抽芯机构都以液压式抽芯机构为主，这种抽芯机构控制方式较简单，能改进压铸模具质量。液压式抽芯机构会在定模或动模液压缸确定后，利用油路和液压阀实行控制，通过液压缸活塞杆连接的型芯开展抽芯作业。例如，瑞士布勒锁模力3200t大型压铸机，其在定模或动模上就分别固定4-6个抽芯液压缸，以保证抽芯作业质量。不过在抽芯机构设置中，抽芯方向要尽量避开操作侧，设置合理的楔紧装置，型芯工作完成后可快速恢复到原来位置，减少侧滑及楔紧块损坏等问题的产生。

3.5 计算机数值模拟仿真分析

压铸模具工艺设计中，计算机数值模拟仿真软件已成为重要组成部分，目前最常使用数值模拟仿真软件以FLOW-3D、MAGMA及PRO-CAST为主，采用四种分析方式：有限差分法、有限元法、边界元法和直接差分法。计算机数值模拟仿真分析软件对于提高浇筑系统设计质量显著。该软件可完全掌握镁合金液的流动填充情况，合理分析实现浇筑系统初期设计，再结合压铸工艺参数，对填充过程中速度、温度等变化实行仿真模拟，确保工作人员准确了解整个填充情况，并根据最终结果对浇筑系统及相关参数数据实现优化调整，及时解决浇筑系统运行存在问题。相关数据显示，通过计算机数值模拟仿真软件生产成的压铸模具，其质量较普通压铸构建要高出10倍左右，有效提升材料、设备等资源利用率，降低设计和制作成本。

综上所述，通过对镁合金压铸模具设计要点的分析和研究，明确了解到镁合金材料的合理应用，其不仅可以优化压铸构件的各项性能，还可以降低对环境的污染，减少能源的损耗，对于企业的进一步发展有着很好的推动作用。

参考文献：

[1]杜健.镁合金压铸工艺改善研究[J].科技尚品，2017（1）.

[2]邸金南.镁合金支撑架压铸工艺设计与分析[J].科技创新与生产力，2018（5）.

作者简介：

朵兴茂（1980- ），男，藏族，青海民和人，本科，工程师，从事铝镁合金压铸技术及压铸生产管理工作。