镁合金齿轮箱压铸工艺设计

徐 宁1,2，朱建风1

（1.福州大学；2.福建信息职业技术学院，福建 福州 350003）

摘 要：近年来，随着我国汽车、电子等行业的迅速发展，对镁合金压铸件的需求也不断的增长.本文主要讲述镁合金齿轮箱产品研发过程中压铸模的设计理念和生产方面的经验.该模具在制造的过程中，应用镁合金压铸工艺，采取主浇道环型结构，内腔采用分型结构，设计了4个滑块，3个方向抽芯.实验结果显示，该模具不仅压铸件成形好，压铸的缺陷也会相对减少，模具的寿命也会增加.

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关键词 ：镁合金；模具设计；压铸工艺；齿轮箱

中图分类号：TC292 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2015）01-0148-02

面对竞争日益激烈的市场竞争，对镁合金压铸的要求也越来越严格，使得设计者们被动的不断地提高着产品的质量，缩短着研发时间.在不存在特殊原因的情况下，镁合金的产品与其他合金的铸件设计有许多的相似之处.但又要做到在设计中既要突出镁合金的特征与优势又要避免容易出现的问题，就需要压铸件与模具相互适应，充分发挥出镁合金的优点，确保获得高质量的产品.

1 镁合金的发展现状

镁合金与目前正在使用的相对较多的材料相比，具有密度小、比强度高、以及良好的压铸工艺性、导热性、减振性、电磁屏蔽性、可回收利用等特点.能够满足不同行业的需求，供求量很大，作为轻质合金材料未来的前景不可限量，已经广泛的应用于社会生产中.许多国家已经利用镁合金做出了重大的研究，将其定义为二十一世纪的重要战略材料.

因为镁合金的许多优点和无法取代的特点，让镁合金的需求量大幅度上升，镁合金压铸件在汽车产业制造中占有比例很大；亚太地区市场约占16‰、北美市场约占50‰、欧洲市场约占25‰、其他地区约占9‰.

而我国的镁合金产业虽然才发展不久，但自在90年代以后，我国的汽车、电子、通讯等领域发展已经得到了很大程度上的提高.在如今这个科技发展迅速的时代，只有不断的研发创新才不会落后.我国作为镁资源生产大国、存储量占世界的22.5‰，年产量截止到2001年底全国50余家镁企业的产量仅达10万吨.通过不断的努力，我国的镁工业从镁产品的进口国变身成为世界最重要的产品出口国.

2 压铸模设计

镁合金齿轮箱结构如图1所示，内部结构较为复杂，要求模具结构设计合理，为保证成型质量，要有合理的浇注系统，较大的浇道面积，较高的填充速度和较短的充填时间.

2.1 压铸机的选择

对于镁合金铸件的生产环境的温度、不论是热室压铸机还是冷室压铸机都和生产出的铸件的壁厚有关.通常情况下，为了保证壁薄的，小于1kg的铸件则需要热室压铸机，大件的基本选用冷室压铸机.该齿轮箱采用700T冷室压铸机进行压铸成型.

2.2 模具设计

由于镁合金有着很好的压铸工艺性能，在生产的过程中，应该相对地把镁合金的优点和不可代替的优势融合进去，并且选用适合镁合金的工艺参数和模具设计标准.与铝合金不同的是，因为熔化的镁合金不易与钢铁融合，所以使模具的使用寿命得到了延长.至于其他的，例如热学约650℃和机械力学比压对模具的冲压与加工铝的时候都有些相同.现在我们可以做到压铸件壁薄至0.6mm的薄壁件.因为镁合金的液体可以再模具腔内迅速凝固、要求充型时间短，压射冲头的速度比铝高出30%.

实践表明，铸件的抗拉强度与第二级压射速度有着直接的关系.主要因素是：短的充型时间和充型期间产生的漩涡.压铸模喷涂的频繁，表面会有喷涂材料的微粒和氧化物，会改变溶液在内浇口的速度，大约在90—100m/s.这样的改变，就会减少内浇口速度造成的破损.

2.3 镁合金压铸模特点

（1）充型时间比铝短30%，（2）内浇口的速度为90—100m/s，（3）斜度小，（4）模具温度在220℃—240℃（需要用模具控制器），（5）镁的流动性好，边角固定好，对模具塑固要求高.

2.4 镁合金压铸模的应用

近些年我国的大型成套设备中，齿轮是最关键的部分之一.通过引进相关的技术和不断的创新，也代表着制造业的发展水平的高精度，以及在这方面所取得成就.从发展趋势上看，是在不断的进步，占据主导地位，并会持续相当长的发展阶段.

由图2结构图所示.镁合金的齿轮箱的压铸由动模套版、顶出机构、动模型芯、定模型芯、抽芯滑板、定模板套、动模固定板和浇道等部分组成.该模具大体还是选取了铝合金压铸模的结构成分，但又做了一定程度的改变，突出了镁合金的特点与优势.做了一些大胆的创新.

首先，在模具的浇道上做了一定的改变：选取厚度为8～16mm，宽度为18～28mm的增压型环型主浇道，以保证在填充的过程中速度得到了提升.由于齿轮箱的结构复杂，设置的辅助浇道可以减少充填的时间，流动的阻碍减少，甚至减少了喷溅、冷隔、紊流等缺陷.

其次，根据齿轮箱结构复杂这一特点，也做了一些设计.设计成4个抽芯的结构方式;滑块之间的距离为0.03mm以内；销子与模具内孔之间的距离为0.012以内，模具的制作工艺精度高达GBIT6级.此外，选取内腔结合处不用去毛刺的直接加工的分型结构，可以大大的减轻成本负担，还可以保证压铸产品的质量与速度.

3 压铸工艺设计与工艺

压铸是镁合金铸造的最主要的成形工艺.世界上镁合金铸件总数的93﹪是通过压铸工艺成形的.这最主要的原因就是镁的压铸工艺工艺性能很好.

对于镁合金齿轮的成分分析见表1.镁合金具有的一系列特征使得镁合金零件的压铸工艺与铝合金的压铸工艺有着显著的不同.与铝合金比较来说.镁合金有着低比热容和低相变潜热、低动力学粘度、高流动性、凝固时间短等特点.选取填充速快，更节约时间的充填时间的压铸工艺，与镁合金进行综合研究和生产.

3.1 真空压铸

真空压铸是指在压铸的过程将腔内的气体抽出，减少压铸件内的气孔和溶解气体，从而达到提高铸件质量的目的.由于镁合金在凝固的过程易产生枝晶，被枝晶占据的地方会因阻碍液体形成负压，析出有利位置.因为镁合金中的疏松对气孔的形成起着帮助作用，

3.2 充氧压铸

充氧压铸又叫做无气孔压铸.在金属液充型前，在型腔内冲入氧气或者其他气体，来替换腔内的空气.金属液体进入腔内时，会与活性气体产生化学反应，生成金氧化物微粒，这种微粒分散在墙内，分解了存在的空气，使压铸件可以通过热处理强化，使铸件比普通铸件的塑造效果更明显.而普通镁合金是无法进行力学性能测试的.

3.3 挤压铸造

北美压铸协会对挤压铸造的解释是：运用低的充型速度和最小的运动，达到金属液体在高压下凝固的目的.高精度的从而获得铸造工艺.充型压力高是挤压铸造最突出的特点.比重力金属型铸造要高几个级别，而对铸件造成的影响：合金与铸型间的传热系数的增加；减少腔内金属液体中的气体析出，从而提高铸件的密度与质量.

3.4 半固态铸造

虽然有了挤压铸造、常规铸造、充氧铸造等方式可以塑造出高质量、快速度、复杂多样的镁合金铸件，但也很难逃脱在生产过程中遇到的各种问题，所以必须过热保证合金液的流动来克服众多的问题.例如，镁合金的氧化燃烧，这主要是利用半固态有充型平稳、金属液氧化损失较少、无金属喷溅可进行热处理、铸件寿命长等特点.

3.5 填充时间

对于镁合金，填充时间要短，保压的作用就是让压力传递给还没有凝固的液体，通过高压结晶获取高质量的压铸件.除此以外，因为镁合金的特殊性的缘故，在利用镁合金进行压铸制造产品时，在其开发以及生产的过程中，还应该对镁合金的生产中的其他一些工序进行多加注意，其中，在生产过程中，镁合金的熔化、保温以及压铸和对镁合金的后续加工以及对镁合金的处理等过程中都应该采取一定的安全防护措施，这样才能更加保证产品的质量.

3.6 安全操作

镁具有易燃易爆的特性、因此在生产过程中、必须有较强的安全意识.在生产时基本保护用品必须佩带齐全，如、工作服、安全帽、口罩、防护模具等等.为穿戴齐全不可靠近.镁合金生产中涂料不易喷放过多，以免引发危险.设计员者们应时刻注意着，以免造成不必要的伤亡.

4 结语

根据多年的设计铝、锌等多种金属产业以及多年压铸生产积累下来的经验，现在已经自主设计了镁合金齿轮压铸模的一系列工序，并且已经按照成功的设计制造出了模具.经过多方面的实际检验，制造的模具有效使用时间长的特点.制定的镁合金齿轮箱压工艺十分合理，并且在稳定性上也超出世面上的其他产品的平均水平，而且在压铸成型的质量以及表面的质量上也比世面上的许多同类型产品高出许多，而且利用我公司的自主设计的工序成产制造出的产品的成品率也比以往的工序生产制造出产品的成品率提高了不少.

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参考文献：

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〔2〕李远发,洪艳,况志强,饶辉.镁合金DVD盖压铸模具设计[J].特种铸造及有色合金,2011(04).

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