壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)中重要的工藝設(shè)備。金屬液在壓鑄模具中冷卻凝固，最終形成壓鑄件。壓鑄件的形狀、尺寸、質(zhì)量，以及壓鑄生產(chǎn)的順暢性都與壓鑄模具密切相關(guān)，因此，正確合理地設(shè)計壓鑄模具至關(guān)重要。

一、壓鑄模具基本結(jié)構(gòu)

常用的壓鑄模具有兩個半模組成，分別稱為定模和動模。也有更復(fù)雜的壓鑄模具，不止兩個半模。壓鑄模具的組成部分如圖1所示。

壓鑄模具組成部分的作用如下：

（1） 直澆道 聯(lián)通壓室或至橫澆道，包括澆口套和分流錐等。

（2） 澆注系統(tǒng) 合金液進(jìn)入型腔的通道，包括內(nèi)澆道、橫澆道及直澆道等。

（3） 型腔 在鑲塊上形成，形成壓鑄件的幾何形狀。

（4） 抽芯機(jī)構(gòu) 完成活動型芯的抽出及插入動作，包括滑道、滑

塊、油缸、斜杠等。

（5） 排溢系統(tǒng) 排出氣體及存儲冷金屬殘渣等。

（6） 溫度控制系統(tǒng) 控制壓鑄模具的溫度，包括冷卻水管和加熱油管等。

（7） 頂出機(jī)構(gòu) 將壓鑄件從型腔中頂出，包括頂桿等。

（8） 動模框 連接及固定動模部件，包括套板、支撐板等。

二、壓鑄模具的設(shè)計

設(shè)計壓鑄模具要注意以下幾個要點(diǎn)：

（1）要盡可能地采用先進(jìn)簡單的結(jié)構(gòu)，保證動作穩(wěn)定可靠及日常維護(hù)、維修。

（2）要考慮澆注系統(tǒng)的可修改性，在調(diào)試過程中可以進(jìn)行必要的修改。

（3）合理選用各種公差、縮尺及加工余量，保證可靠的模件配合及要求的壓鑄件精度。

（4）選用合適的模具材料和可靠的熱處理工藝，確保壓鑄模具的使用壽命。

（5）應(yīng)具有足夠的剛度及強(qiáng)度，能夠承受鎖模壓力和漲型力，壓鑄生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生變形。

（6）盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)化的壓鑄模具零件，改善經(jīng)濟(jì)性及互換性。

在設(shè)計模具的時候，還要根據(jù)鑄件的投影面積計算出壓鑄生產(chǎn)時的總投影面積、壓射比壓，來選擇合適噸位的壓鑄機(jī)，公式如下：

F漲型力=100 P壓射比壓×S投影面積

F鎖模力=F漲型力/K系數(shù)

式中，K系數(shù)一般選取0.85。

壓鑄機(jī)選好以后，根據(jù)壓鑄機(jī)的動、靜行板及壓射偏心位置等尺寸，設(shè)計模具的大小、中心位置、復(fù)位拉桿孔位等與壓鑄機(jī)相連接部分的尺寸。

隨著我國汽車制造業(yè)的發(fā)展，越來越多的汽車零部件采用了鋁合金材質(zhì)，例如汽車發(fā)動機(jī)的缸體、缸蓋、油底殼以及各類連接支架等。隨著壓鑄技術(shù)的日益成熟，各汽車廠商對壓鑄件的內(nèi)部質(zhì)量要求越來越高，尤其以德國大眾的要求最為嚴(yán)格，每一種車型的發(fā)動機(jī)壓鑄件產(chǎn)品都有一套相應(yīng)的技術(shù)要求，產(chǎn)品孔隙度的要求是每一種零部件所必須的要求。

一些零部件結(jié)構(gòu)上非常復(fù)雜，需要在模具上做一些相應(yīng)的結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)批量壓鑄生產(chǎn)，例如零部件上有多種角度的螺紋孔，要保證加工后的產(chǎn)品質(zhì)量，必須在模具的相應(yīng)位置制作型芯，如圖2所示。

圖2中，A為定位孔，B是3個M8的螺紋孔，與定位孔呈10°角，其中右側(cè)的兩個螺紋孔是通孔;C是兩個螺栓過孔，與定位孔呈5°角;D孔是與定位孔呈34°的螺紋孔，長度是38mm。

抽芯機(jī)構(gòu)按驅(qū)動方式可分為機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式抽芯主要通過開合模過程中斜銷、彎銷、齒輪、齒條等實(shí)現(xiàn)抽芯與復(fù)位。液壓抽芯機(jī)構(gòu)的工作原理比較簡單，直接利用液壓缸進(jìn)行抽芯及復(fù)位動作。液壓抽芯機(jī)構(gòu)可以根據(jù)抽芯力的大小及抽芯距離的長短選擇液壓缸的尺寸。圖2產(chǎn)品在模具設(shè)計時首先考慮C、D三個孔要鑄出來，可以分別用液壓抽芯機(jī)構(gòu)采取有角度的滑道的方式在生產(chǎn)中來實(shí)現(xiàn)孔的成形。圖3是D孔的滑道機(jī)構(gòu)示意，用這種辦法可以將液壓缸設(shè)計在模具外面，這樣設(shè)計的好處是模具可以變薄，連續(xù)生產(chǎn)過程中便于維護(hù)。

在連續(xù)生產(chǎn)過程中，模具的抽芯孔會因為多次的抽插滑動造成抽芯孔變形，在模具壽命的中后期，會經(jīng)常出現(xiàn)抽芯研死的現(xiàn)象，為了解決這一問題，可以在抽芯孔的部位增加一個鑲套，如果出現(xiàn)抽芯孔變形的情況，就可以更換鑲套來解決（見圖4）。這種辦法也可以應(yīng)用在模具的頂桿處，只要能加鑲套的，就都可以做這個結(jié)構(gòu)。

由于一些零部件圖樣的要求，鑄件上一些區(qū)域需要放置規(guī)定大小的異形頂桿。圓圈內(nèi)的4個頂桿成形部分（見圖5）是階梯形式的，直徑為8mm。由于鑄件動模型腔比較深，所以產(chǎn)生的抱緊力就很大，頂桿頂出鑄件時所需要的力就大，頂桿在壓鑄生產(chǎn)過程中容易折斷。由于鑄件成形部分頂桿的直徑由產(chǎn)品圖樣確定，可以根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，設(shè)計階梯粗細(xì)的頂桿，以保證頂桿的壽命。

由于有了C、D兩個角度的油缸在模具上，B所示的3個M8的螺紋孔就沒有位置再采用油缸的方式來做預(yù)鑄孔了，兩個M8螺紋通孔是18mm深，想保證內(nèi)部質(zhì)量必須做出預(yù)鑄孔，我們采取了做對接異形型芯的方式來解決這個問題，對接的形式如圖6所示。

型芯不是正常對接的，錯開了一定的距離，在兩型芯對接的部分是正常的出模斜度（一般設(shè)計在1°～1.5°之間，兩個型芯的外側(cè)的出模斜度就是正常的出模斜度外加與定位孔所呈的角度。

由于某些復(fù)雜的產(chǎn)品厚大區(qū)域通過壓鑄工藝參數(shù)是無法保證內(nèi)部質(zhì)量，所以在設(shè)計模具時要考慮增加局部擠壓機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)的原理是在壓射完成的最短時間內(nèi)，將抽芯插入，使得這一區(qū)域壓實(shí)，減少氣孔。擠壓機(jī)構(gòu)抽芯的成形部分是沒有出模斜度的，所以只適合短程的結(jié)構(gòu)。

三、壓鑄工藝系統(tǒng)設(shè)計

模具大框設(shè)計好后，就進(jìn)入了澆注系統(tǒng)的設(shè)計，早先都是看二維或三維圖樣根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗來做這一部分的。在生產(chǎn)過程中根據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量來調(diào)整內(nèi)澆道的位置和方向。近十幾年來，隨著鑄造充型凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)的不斷發(fā)展以及鑄造行業(yè)的市場需求，鑄造過程模擬商品化軟件不斷出現(xiàn)。很多主機(jī)廠也要求在設(shè)計模具前看到壓鑄模擬過程，因此很多模具廠家都使用了MAGMAsoft或ANYCASTING這兩種模擬軟件，在設(shè)計之初將設(shè)計好的三維導(dǎo)入到這個程序里面，設(shè)定壓鑄工藝參數(shù)后，模擬軟件經(jīng)過一定的運(yùn)算來得出接近實(shí)際生產(chǎn)效果的模擬動畫如圖7～圖10所示。

壓鑄工藝要求模擬達(dá)到的效果如下：

（1） 合金液應(yīng)或多或少地同時到達(dá)內(nèi)澆道處。

（2） 在填充過程中合金液應(yīng)平穩(wěn)填充。

（3） 填充過程中不能出現(xiàn)卷氣或紊流的效果。

（4） 填充完成前，合金液不能將集渣包過道封死。

（5） 從填充過程中所產(chǎn)生的冷金屬不能存在鑄件內(nèi)，應(yīng)全部被驅(qū)趕到集渣包里。

根據(jù)填充模擬和粒子追蹤模擬，以及壓鑄工藝的要求，模具的澆道和集渣包的位置和大小都要做到相應(yīng)的優(yōu)化;根據(jù)凝固模擬和鑄件的壁厚，模具內(nèi)冷卻水和加熱油管，以及點(diǎn)冷卻的的位置能夠確定;根據(jù)模具沖蝕模擬可以確定模具的哪些地方需要重點(diǎn)噴涂。通過模擬分析，在設(shè)計時就解決了澆口和集渣包手動優(yōu)化的過程，這樣就節(jié)省了模具制造時憑經(jīng)驗所產(chǎn)生偏差造成的模具修改過程。

為了使鑄件的質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高，一些公司利用抽真空技術(shù)使廢品率下降，創(chuàng)造更高的價值。日本的抽真空技術(shù)非常成熟，我國也借鑒了一些他們的經(jīng)驗。抽真空技術(shù)要求模具排氣道的面積是沖頭面積的1:100。在快壓射開始前的0.4s啟動真空泵，抽真空在設(shè)計模具時可以根據(jù)產(chǎn)品的復(fù)雜程度和模具的大小，來確定使用真空排氣波板或真空閥的數(shù)量。圖11是模具上抽真空的結(jié)構(gòu)。

如果抽真空技術(shù)應(yīng)用較好的情況下，鑄件的廢品率至少要降到原有廢品率的20%以下。但由于抽真空設(shè)備價格很高，一些壓鑄廠只是將其用在廢品率較高的產(chǎn)品模具上。