大型复杂零件铝合金挤压铸造模具设计探析

（四川九洲电器集团有限责任公司，四川 绵阳 621000）

挤压铸造技术的不断发展，为创新工艺水平提供了新的契机。现代工艺在加工方面需求不断增长，而挤压铸造技术立足于加工和锻造，对所生产的产品内部的构造零件进行标准匹配，对其中功能齐全却较为复杂的零件进行了深入优化，能够极大提高产品的使用效率。同时，大型挤压铸造的涌入，提高了原有工艺生产步骤的科学化和工业化水准，而其中，设计工艺流程是最为关键的步骤，本文对此进行研究分析。

1 大型复杂零件的结构特点

由于大型复杂零件铝合金铸造品较多，其内部结构也略有不同，所以在设计结构前期虽然会考虑到最终实现的性能，也要考虑该铸件能否被生产出来。但是总的来说，大型铸件结构体积都较大，这主要是因为内部零件较多，而大型铸件最大的优势是将大量不属于同一部位的零件进行交叉处理，统一在铸件中加工，可缩短时间，也因为这一目标，很多大型铸件显得体积庞大，因此需要对铸件的外形和内部结构以及表面粗糙度进行分析和改造[1]。

大型铸件的内部结构多为筒形本体，连接瓦套、耳轴以及支臂等不同的定量结构，这些结构的重要性表现在可形成一个固定的连界面，维持铸造过程的稳定。其中，自上而下为筒形结构，由于上半部分为圆孔状，在铸造过程中使渗透的零件围拢，在内部遭受挤压，但是瓦套、耳轴以及支臂等结构不均，零件不能遭受同等受力的挤压，从而不断加大铸造挤压的难度。因此，设计模具时，应该利用侧向分型的方式将筒形本体外围的形面和圆孔进行构造，这样的优势在于可以呈现一种侧向分切的截面，能够使零件稳步均匀铸造。使用这种方式构造模具后，也应考虑模具尺寸，其中壁厚和体积是最先考虑的因素，挤压铸造过程中必须保证组织细密，不留一点缝隙，同时在截面上保证其位置不留凹痕，并且当该构造完工后，内部的顶端不受振动影响，而内腔的表面光滑无痕迹，从而促使机械生产时不受淤积堵塞，促使铸件正常转动。另外，铸件的强度也应该满足实际要求，必须坚固直立，抵抗较大的外力。

2 挤压铸造设备及其主要参数

一般来说，设计人员在进行铸件构造时，需要借助solid work 软件对铸件在浇注过程时形成的轴线覆盖的投影面积进行计算，这样做的目的是获取设备运行的最新数据，发现其所运载的实际参数是否符合铸造标准，其中的压强处于什么水平，也是最为关键的问题，它影响着铸件构造设备的稳定性。而铸造设备浇注基本都是采用中心浇注，该方法能从中心向四周扩散，原本的铸造外围已经用侧向分型进行打磨，所以中心圆孔较为立体，而两侧呈现同一水平线，在中心浇注后，能更快开始黏合和挤压，从而加快工作速度[1]。在了解到浇注形成的阴影面积以及最大压强以后，可以通过反复计算核对分析得出，铸造设备所需的合模力。通过合模力的结果又可以选择与之相匹配的铸造挤压设备，较为普遍的是利用多功能液压机，这种大型设备可以承受较大的合模力。

3 挤压铸造模具结构设计

3.1 浇注系统设计

一般在应用中心浇注方法时，由于内部呈现扩张的压力形态，大量的零件会被不同程度地附着在金属内壁，使用金属液进行充型时必须保证所浇注的范围能完整覆盖内部的零件，之前根据外围测量的阴影面积可以大致得出浇注覆盖的可能性，从而为选择金属液的数量以及体积提供了依据。但是仍需要对浇注的系统进行精确设计，这是防止零件打乱的有效措施，铸件底部较厚，可以抵消足够大的压强，当零件在浇注过程中脱落时，也可使金属液随着零件共同在底部压缩，所以浇道需设置在型腔底部；相反，如果将浇道设置在型腔顶端或者铸造仪器其他部分，由于零件结构复杂、壁厚不均，会使金属液停留在上半部分，受到俯冲力反弹，无法使零件全部成型。

3.2 分模方法选择

铸件形状不是简单的单一结构，其成型恢复需要一段时间，所以在模具成型以后不能将铸件从模具中直接抽出，侧表面的轴心距离比较宽长，一旦抽出就会将镶嵌在侧表面壁厚的零件一同外扩，容易使铸件破碎，不利于修复。最好的方式是对凹模进行精准设计，垂直可分型是最为标准化的一种，在进行模具设计时应考虑合模力的低压，由4 块侧模组合形成凹模，能够形成最佳状态。侧模导柱定位侧模开合，在侧模张合的瞬间对抽出的合模力进行计算，通过凹模的张力可以减少开合模动作带来的挤压痕迹，锁模柱可以在侧模闭合以后进行锁紧动作，使侧模不受损坏，侧油缸则是保证侧模开合能够有驱动力的关键，在侧模开合时，侧油缸能减少合模的开合消耗，节省模具打造的时间[2]。

3.3 模具动作过程的实现

挤压铸造模具的凹模包含有4 块由侧模导柱定位的凹模。在侧模处于闭合状态时，侧油缸会发挥开合模动作的作用。模具处于工作状态时，侧模会在侧油缸的作用下实现闭合，处于上模的锁模柱会进入到侧模块相应的孔中。如果料筒中的铝液已经达到了需要量，挤压活塞会在上升过程中将料筒中的铝液挤入型腔，液压机会使铝液在充满型腔以后凝固成型，侧油缸工作过程中形成的侧面挤压力可以为铸件的质量提供保障。在开模取件环节，操作人员首先需升起上模，并在上模与铸件相分离的情况下，拔出上模的锁模柱。在锁模柱拔出以后，操作人员可以借助侧油缸的作用完成侧抽芯操作，并在侧模开启至预定位置的情况下，取走铸件[3]。

4 模具的有限元分析

模型参数是挤压铸造模具运行情况的主要影响因素。出于降低参数分析、计算难度的需要，设计人员可以对一些与挤压铸造设备无关的部位进行简化，简化过程需要让模具与实际生产情况相吻合。在简化操作完成以后，在模具侧模壁厚计算过程中，设计人员需要对模具的强度要求与热容量要求进行充分分析，并要为模具的激冷能力的正常发挥提供保障。这一过程中所选取的侧模壁厚需为铸件壁厚最大值的2倍。模具设计过程也需要为锁模柱安装孔的强度要求提供保障。

5 结语

综上所述，随着工业化水平的提升，产品铸造技术也在有条不紊地推进。在大型金属制品铸造过程中，为了满足其在市场中的实际需求，必须优化产品结构，从而实现最终效果和功能。模具设计是工艺品铸造挤压过程中必不可少的关键性环节，它能够对挤压器械的结构进行规划和塑造，从而对工艺参数进行对比分析，确保大型铝合金仪器能够安全有效地开始工作，而为了提升实际效用，需要缩短工作时间，但是必须确保模具能够创造有限元。因此，需要作出相应的应用分析，本文对此提出了相关探索，值得借鉴和探讨。