压铸模具浇注系统设计与开发

　　摘要：针对压铸模具开发周期长、浇注系统设计复杂的问题, 提出了基于Excel VBA的压铸模具浇注系统高效开发系统。系统集成了模具经验设计公式、常用压铸材料参数、压铸机参数和p-Q2图、常见给料设计方案、常见浇口设计和流道设计参数。利用该系统对某型号PDA外壳浇注系统进行了设计, 可高效调用系统中已集成的各类参数, 从而完成浇注系统开发, 有效避免传统经验法和试错法在模具设计中的不足。

　　关键词：压铸模具; 浇注系统; 浇口设计; 给料系统;

　　Abstract：Aiming at the long development cycle of die casting die and the complicated design of the gating system, a high efficient development system for gating system of die cast die based on the Excel VBA was put forward.The system includes mold experience design formula, commonly used die casting material parameters, die casting machine parameters and p-Q2 diagram, common feeding design plan, common gate design and runner design parameters.Gating system of a PDA shell was designed by the developed system, in which the integrated parameters can be invoked efficiently to complete the development of the gating system, and finally avoid effectively the negative effects of traditional experience and trial and error method on the innovation of die design industry.

　　Keyword：Die Casting Die; Gating System; Gate Design; Feeding System;

　　与其他铸造工艺成形的铸件相比, 压铸件具有尺寸精度高、表面光洁、力学性能好、后续加工量少、生产效率高、适合批量生产及废料可回收等优点[1,2], 已广泛应用于家电、汽车行业、航天工业及3C产品等行业[3~5]。随着技术要求的提高, 以及产品和竞争的需要, 压铸模具设计开发更显重要[6,7]。

　　传统压铸通常是依据“经验法则”进行现场试模和修模来进行产品的开发与量产, 该方法耗时长、成本高[8,9]。

　　基于此, 本课题提出一种基于Excel VBA开发的压铸模具浇注方案设计系统, 利用该系统进行压铸模具浇注系统设计, 可有效减少模具修改及试模次数, 减少模具设计的时间及人力成本, 有助于缩短产品开发周期。

　　1、压铸模具浇注系统开发设计

　　结合压铸模具设计理论与实践经验, 压铸模具和浇注系统设计过程见图1。可以看出, 设计过程分为压铸机和合金信息、铸件信息、p-Q2图、浇口设计、浇道设计和给料设计, 以方便操作人员快速调取、存储和修改压铸参数, 快速无误地调用各种参数。

图1 浇注系统设计方案

　　2、压铸模具浇注系统开发

　　利用Excel VBA将各种压铸合金材料和多种型号压铸机的性能参数集合成数据库, 按照给定的铸件资料进行压铸模具浇注方案设计, 最后根据所得的尺寸参数通过3D绘图软件绘制出浇道模型, 以便对浇道进行改进。

　　2.1、模具设计方案及合金参数

　　利用开发的Excel VBA对某型PDA外壳浇注系统进行设计。客户要求的PDA外壳有2款, 大款外壳的体积是小款的2倍, 各部分尺寸比例一致, 小款尺寸见图2。

　　压铸材料为AZ91D镁合金, 固态密度为1.81g/cm3, 液态密度为1.76g/cm3, 采用1模2件, 左右两腔铸件体积约为2∶1, 选用的压力为60 MPa。

图2 PDA外壳尺寸

　　2.2、确定铸件参数

　　型腔1和型腔2中铸件质量分别为3.48g和1.75g, 铸件投影面积分别为6 497.49 mm2和4 061.84mm2, 平均壁厚分别为1.2mm和1mm, 预估锁模力为823.6kN, 压铸时间约为0.035s。

　　2.3、压铸机选型

　　选用BD-125V4-T型压铸机, 压铸机锁模力为1 230kN、冲头直径为60 mm、最大射出压力为88.8MPa, 最大射出速度为8m/s;

　　2.4、利用P-Q2图确定压铸参数

　　根据压铸合金参数调用p-Q2图对压铸参数进行调整, 见图3, 根据合金的流量系数为0.5, 实际冲头直径、压射压力和压射速度分别为60mm、34MPa和3.5m/s, 浇口总面积为135mm2, 得到充型时间为0.003 26s, 内浇口充型速度为65.51m/s, 充型压力为15.4 MPa。

图3 p-Q2图

　　2.5、浇口设计及流道设计

　　图4为带浇注系统的铸件, 其中T表示切线给料, G为浇口。浇口与射嘴面积比选择1∶2, 根据经验公式确定射嘴R1总面积为270mm2, 型腔1占总体积的2/3, 分配浇口G1面积为90mm2, 浇口型腔径厚度和宽度分别设定为1mm和90mm。型腔2占总体积的1/3, 分配浇口G2面积为45mm2, 浇口型腔厚度和宽度分别设定为0.8mm和56.25mm。R2处浇道横截面积为236.5mm2、R3处浇道横截面积为134.96mm2、R4处浇道横截面积为67.54mm2。R1型腔宽度为26.21mm, 浇道厚度为11.14mm, R2型腔宽度为24.51mm, 浇道型腔厚度为10.42mm, R3型腔宽度为18.53mm, 浇道型腔厚度为7.58 mm, R4型腔宽度为13.11 mm, 浇道型腔厚度为5.57mm。

图4 铸件及浇注系统

　　2.6、给料设计

　　型腔1和型腔2均采用双切线进料, 切线截面为三角形, 进料末端为三角形区域, 切线左右比例为1∶1。图5为给料系统设计图。型腔的浇口厚度Dg, 浇口宽度Wg, 起始端厚度Dt、起始端宽度Wt、末端厚度De、末端宽度We、缓冲区直径Ds、缓冲区厚度Ts、三角区长度Ld, 厚度Dd, 宽度Wd等数据见表1。最终形成浇注系统3D模型图见图6。

图5 给料系统

图6 流道设计3D模型图

表1 给料系统参数

　　3、浇注系统开发周期对比

　　该压铸模具浇注系统采用模块化程序设计, 将压铸合金及压铸机信息和压铸模具设计理论公式等集成于软件内, 便于开发者快速查询及调用, 可快速获得浇注系统设计所需参数。而传统的方法需要查阅合金手册与压铸机使用说明, 而且人工设计计算需要配合压铸模具设计理论公式, 受设计者水平影响很大, 且计算耗时较长。二者开发周期对比见表2。

表2 浇注系统开发时间对比

　　4、结论

　　通过将模具经验设计公式、常用压铸材料参数、压铸机参数和p-Q2图、常见给料设计方案、常见浇口设计和浇道设计参数集成到一起, 提出了压铸模具浇注系统开发系统。利用该系统对某型号PDA外壳浇注系统进行了设计, 可高效调用系统中已集成的各类参数, 完成浇注系统开发。

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