汽车热冲压模具的数字化铸造技术(塑料挤出模具的设计准则)

今天给各位分享汽车热冲压模具的数字化铸造技术的知识，其中也会对塑料挤出模具的设计准则进行分享，希望能对你有所帮助！

本文导读目录：

1、汽车热冲压模具的数字化铸造技术

2、塑料挤出模具的设计准则

3、专家解读：如何实施冲压模具的寿命管理

汽车热冲压模具的数字化铸造技术

　　由于模具的复杂型面一侧为将来冲压的工作面，所以这个工作面需要有比较好的铸造性能，在铸造方案设计时，将这个面置于底侧。

　　采用底注式浇注方案，浇口设计在铸件的最底端。

　　由于随形冷却水道的直径大约在1012mm，对应的砂芯直径也很细，钢液浇注时，需要保证钢液在上升充型的时候要平稳，故采用开放式浇注系统，减少钢液对砂芯的冲击。

　　浇道横截面的面积比取∑F直∶∑F横∶∑F内1∶1.2∶1.5，直浇道为阻流面，根据以下公式计算阻流面面积以及浇注时间：。

　　式中，V为铸件体积3cm3，A为传热表面积，根据式(4)可得，铸件模数M。

　　根据铸件模数，通过查，选取冒口为标准圆柱形冒口，其中直径高度均为120mm。

　　依据计算得到的浇注系统以及冒口尺寸，铸造方案设计如图3。

　　将设计的铸造方案CAD数据转化为有限元网格数据文件后，用procast铸造模拟软件对铸造方案进行计算。

　　计算结果最后凝固位置位于冒口内，证明了冒口设置的合理性，但是由于各部分砂型采用3D打印的方案制作，所以冒口的设计并不需要完全按照标准形状设计，而可以参照模具的结构进行单独设计。

　　由于此模具呈长条状，且一侧质量大于另一侧，所以设计冒口形状为腰圆形，且腰圆形两侧圆弧并不相等，圆弧半径较大的一侧对应于模具铸件质量比较大的一侧。

　　图4中所示，改进的铸造方案中冒口为腰圆形冒口。

　　由于随形水道的直径比较小，对应的水道芯的直径也会比较小，为了降低浇注时钢液对砂芯的冲击，所以要考虑降低钢液进入铸型时的速度。

　　除了采用全开放的浇注系统外，在内浇道与横浇道上做一定的缓流设计，而由于采用3D打印制作的工艺，并不会因为浇道设计的复杂而增加制造难度。

　　图4所示，改进的铸造方案设计中内浇道与横浇上有缓流设计。

　　腰圆形冒口形状的设计，可以起到标准圆形冒口相应的补缩作用，图5所示为两种冒口设计中计算的最后凝固位置，以看到最后凝固位置都位于冒口中。

　　由于腰圆形冒口与模具形状相对应，可以减少冒口质量从而提高工艺出品率。

　　通过比较计算结果中钢液流经内浇道时的速度，可以发现在内浇道横浇道上做缓流设计可以减少钢液进入铸件的速度。

　　图6所示为不同设计的浇道计算得到的钢液流经内浇道的速度。

　　比较两种设计计算得到缩松缩，可以发现改进后的方案铸件内部缩孔缩松明显少于初始方案设计。

　　选定改进后的铸造方案为实验浇注方案，图8所示为不同时间下的充型图，充型期间比较平稳。

　　33D打印铸型在完成铸造方案的设计以及校核优化后，需要对铸件的阴模进行分型设计。

　　由于各个部分采用3D打印工艺进行制作，所以分型时并不需要像传统砂型铸造分型需要考虑的拔模问题。

　　考虑到最后各个砂型的组合以及3D打印设备制作效率，将铸件阴模分成四个部分：下型部分，砂芯部分，冒口部分，浇注系统部分。

　　采用SLS法(选择性激光烧结法)加工打印各个部分。

　　由于砂芯部分中随形冷却水道芯比较细，打印砂芯不能使用一般的覆膜砂，因此采用强度指标比较高的宝珠砂，可以保证打印成功率以及打印得到砂芯强度。

　　打印过程中，调整打印设备中激光的扫描功率，以及打印设备腔体内环境温度，特别对于砂芯部分，由于结构比较复杂，在加工时需要对打印参数精确控制。

　　将3D打印的预成型产品放入烘箱中烘烤以使其强度满足浇注要求。

　　为了防止在烘烤时发生变形，将砂型周围埋上细小的玻璃珠。

　　图10所示为3D打印设备打印制作以及烘烤完成的砂芯以及砂型。

　　打印制作的砂型的尺寸精度直接影响最后得到的铸件尺寸精度。

　　使用三维扫描仪对打印得到的各部分砂型进行扫描测量，将测量所得的点云数据与三维CAD数据进行精度比对，确定砂型的制作误差。

　　图11为砂芯的精度比对结果，可以看出砂芯的整体制作误差在1.5mm以内，根据误差分布图以及误差云图显示结果，随形水道部分对应的砂芯制作误差在mm以内，且大部分误差在0.30mm以内。

　　由于砂芯部分对应铸件的随形水道部分，而最后随形水道位于铸件内部无法测量其尺寸精度，所以此时测量的砂芯精度可以为最后铸件内部的随形水道尺寸精度提供参考。

塑料挤出模具的设计准则

　　通常来说，球状密封较好，这是由于其相对唇形密封而言具备更出众的弹性恢复能力。

　　相对于唇形密封，球型密封提供了更高的密封力。

　　这是因为球状密封可以在每一边都像唇形密封一样，提供密封力。

　　当然，事情总是公平的，球型密封要求提供比唇形密封更多的力，这些力转变成更高的密封力。

　　当挤出部件被安装好后，并以一定的半径弯曲，此时可能出现一种不利的现象，那就是挤出部件的扭折。

　　一般来说，弯曲的半径越大，弯角旁边安装的挤出部件扭折的可能性越小。

　　为了避免扭折的发生，可以采用两种可行的方法。

　　变大的壁厚，其内径弯曲比外径弯曲的影响更大。

　　现在已经知道的是，材料的硬度对扭折有一定的影响。

专家解读：如何实施冲压模具的寿命管理

　　⑧.模具的制造装配精度对模具寿命的影响也很大，装配精度高，底面平直，平行度好，凸模与凹模垂直度高，间隙均匀，亦可获得相当高的寿命。

　　一般来讲，非金属材料的强度低，所需的成形力小，模具受力小，模具寿命高。

　　因此，金属件成形模比非金属成形模的寿命低。

　　a.尽可能采用冲压工艺性好的原材料，以减少冲压变形力；。

　　b.冲压前应严格检查原材料的牌号、厚度及表面质量等，并将原材料擦拭干净，必要时应清除表面氧化物和锈迹；③根据冲压工序和原材料种类，必要时可安排软化处理和表面处理，以及选择合适的润滑剂和润滑工序。

　　冲压模具的工作温度可分为低温、常温或交变温度等几种状态，温度对钢的耐磨性有相当大的影响。

　　通常在250度以下时主要为氧化磨损，即冲压模具对接件或冲压模具与工件之间相对摩擦，形成氧化膜并反复形成和剥落，磨损量较小；250度到300度之间时转变为粘着磨损，磨损量达到最大值；高于300度又转化为氧化磨损为主，磨损量趋向减小，但温度过高时，冲压模具硬度明显下降，粘着现象加重，甚至形成较大面积烧结和熔融磨损。

　　冲压工作时，模具因受热而升温，随着温度的上升，模具的强度下降，易产生塑性变形。

　　同时，模具同工件接触的表面与非接触表面温度有差别，在模具中造成温度应力。

　　润滑模具与坯料的相对运动表面，可减少模具与坯料的直接接触，减少磨损，降低成形力。

　　同时，润滑剂还能在一定程度上阻碍坯料向模具传热，降低模具温度，对提高模具寿命都是有利的。

　　冲压设备的精度与刚度,结构特征,安装环境以及冲压速度都有将对模具寿命有很大的影响。

　　①.设备的精度与刚度冲压设备的精度与刚性对冲压模具寿命的影响极为重要。

　　冲压设备的精度高、刚性好，冲模寿命大为提高。

　　模具成形工件的力是由设备提供的，在成形过程中，设备因受力将产生弹性变形。

　　复杂硅钢片冲模材料为Crl2MoV，在普通开式压力机上使用，平均复磨寿命为1-3万次，而新式精密压力机上使用，冲模的复磨寿命可达612万次。

　　尤其是小间隙或无间隙冲模、硬质合金冲模及精密冲模必须选择精度高、刚性好的压力机，否则，将会降低模具寿命，严重者还会损坏模具。

　　②.冲床本身坚固的框架结构和地基隔离带可以分解冲压过程中的冲击力。

　　在冲床地基周围设置高湿度的隔离带,使用地基可以保持冲床的水平度，而水平度影响模具的寿命。

　　大多数冲床只靠导轨来控制滑块的垂直运动，导轨不但控制驱动轮的运动而且承载机构产生的力。

　　滑轨必须定期更换，但如果安装一个导向套，将延长滑块和导轨的寿命。

　　这种带导向套的滑块吸收偏心轮产生的侧向力，并将其分解。

　　在双重导向的冲程中，导轨的作用是引导承受模具反作用力的滑块，因此必须充分利用导轨的全部长度，使滑块在整个行程中被充分导向。

　　这种导向套与导轨的组合导向比单独由导轨导向的导向面积要大1倍多。

　　使用导向套再加上润滑油（而不是脂润滑），可使导轨间隙（0.0015英寸）比无导向套更小（0.008-0.015英寸）。

　　使用小间隙导向可精确的控制滑块运动，尽管这种结构比无导向套初期的成本要高，但它可以使模具的寿命延长30%。

　　⑤.冲压速度冲压速度愈高，模具在单位时间内受的冲击力愈大(冲量大)；时间愈短，冲击能量来不及传递和释放，易集中在局部，造成局部应力超过模具材料的屈服应力或断裂强度。

　　因此，冲压速度越高，模具越易断裂或塑性变形失效。

　　①.做好冲模的日常保养、维护工作,注意保持棋具的清洁和合理的润滑，严格执行冲模“三检查”制度(使用前检查，使用过程中检查与使用后检查)。

　　②.模具的正确安装与调试:严格控制凸模进入凹模深度；控制校正弯曲、冷挤、整形等工序上模的下止点。

　　③.冲模刃磨修理:凸、凹模表面粗糙度值越低，耐疲劳强度越高，粗糙度值每降低1级，寿命可提高1倍。

　　板料在冲裁时，随着凸模进入板料深度的增加，材料向凸、凹模刃口流动，直到凸模刃口和凹模刃口之间产生的裂纹重合时为止。

　　在材料流动时，凸、凹模端面产生很大的摩擦力，摩擦力大小在很大程度上取决于凸、凹模端面粗糙度的高低，因此，研磨凸、凹模端面有利于提高冲模寿命，特别是形状复杂而精度要求高的中小型冲模。

　　因此，研磨凸、凹模时，必须研磨侧面后再研磨端面磨削后。

　　④.模具使用部门可以根据以下情况提出模具寿命评估申请：。

　　a.当模具的使用寿命达到模具寿命的80%时,可以提出申请对模具的状况进行评估,并填写《模具寿命评估表。

　　b.对于模具状况不太好，而模具的使用寿命又不太长时，模具使用单位可以提前提出申请对模具的状况进行评估,并填写《模具寿命评估表，并由模具设计部门组织对提前报废的模具进行分析，找出原因并制定备模改善措施。

　　⑤.评估小组由模具使用单位、模具开发单位、品质保证单位相关责任人组成,并由品质保证单位主持评估小组对符合评估条件的模具进行全面、客观的评估。

　　⑥.当评估出模具状况良好时，可以提出申请延长模具寿命，并重新设定出模具之延长寿命；当评估出模具状况不好时，可以建议降低模具使用寿命或建议模具报废，当评估有争议时，由技术总监裁决。

　　⑧.当档案管理资料中反映出模具的使用寿命达到模具设计寿命或评估寿命时，如使用单位仍未申请模具寿命评估,模具制造部门应及时通知使用单位申请模具寿命评估或建议申请报废。

那么以上的内容就是关于汽车热冲压模具的数字化铸造技术的介绍了，塑料挤出模具的设计准则是小编整理汇总而成，希望能给大家带来帮助。