镁合金压铸件成品设计

∙典型镁合金的模具设计∙AZ31B镁合金薄壁壳形件真空压铸模的设计利用模内直接抽真空的方法可以解决镁合金薄壁壳形件流程长、填充型腔困难的问题，同时可减少镁合金的氧化和内部气孔、提高压铸件致密度、减小变形和达到高的表面质量要求。

分析了薄壁壳形件镁合金真空压铸模设计的要点，指出了模具浇注系统、排溢系统、冷却系统和推出机构等的设计与常规压铸模具设计之间存在的差别，确保真空压铸成型工艺能够顺利实现。

1 引言镁合金薄壁件较好的成形方案是真空压铸，真空压铸成形有2种方法：①利用真空罩密封压铸模成形法；②模腔直接抽真空成形法。

由于模腔直接真空法对装备要求较低，抽气量小且生产周期短，得到较多地应用。

模腔直接抽真空压铸法的关键是真空压铸模的设计与制造。

以笔记本电脑机壳为例，说明薄壁镁合金压铸件真空压铸模设计的要点，以供参考。

2 薄壁壳形件压铸工艺参数选择图1所示压铸件材料为镁合金AZ31B，其化学成分为：2.50％一3, 50% Al、0.61％一1. 40% Zn、0.20％-1 . 0% Mn、Si À≤0. 10%、Fe ≤ 0,005 %、Cu≤0.05%, Ni0. 005%、总杂质0.30%，密度为1. 8g/mm 3。

压铸件最大轮廓尺寸为246mm x 200nvn，均匀壁厚为1. 26mm，最小壁厚为0. 8mm，筋厚为0. 6mm,压铸件总质量约为75.38。

依据压铸件的结构特点和要求，为增强镁合金液的充填能力、减少氧化、提高压铸件质量，采用模腔直接抽真空压铸法成形。

基本工艺过程为：镁合金液注人压室，压射冲头密封注料口后开始抽真空，达到一定真空度后，关闭总排气槽，此时压射冲头转为快速压射，经保压、冷却、开模取件，完成一次真空压铸成形过程。

成形工艺参数初选为：压射比压400MPa、压射速度0. 8m/s、合金的充填速度约35一40m/ s、充填时间取0.03S ，合金浇注温度660 一70090，模具温度取27090，涂料为聚乙烯煤油，精确工艺参数依据试模情况确定。

一．镁合金概述及其应用前景1.1 镁镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，镁的密度是1.74g/cm3，只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4；镁合金比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77%。

镁具有比强度、比刚度高，导热导电性能好,并具有很好的电磁屏蔽、阻尼性、减振性、切削加工性以及加工成本低和易于回收等优点。

镁合金的比强度高于铝合金和钢，略低于比强度最高的纤维增强塑料；比刚度与铝合金和钢相当,远高于纤维增强塑料；耐磨性能比低碳钢好得多,已超过压铸铝合金A380；减振性能、磁屏蔽性能远优于铝合金。

镁在自然界分布很广，资源比较丰富，镁的来源最主要的是海水、盐湖卤水中的氯化镁和光卤石以及呈碳酸盐形式的菱镁矿和白云石。

金属镁的生产方法有熔盐电解法和热还原法。

目前世界上用这两种方法生产的镁，分别占80%和20%左右。

熔盐电解法炼镁包括氧化镁的生产及电解制镁两大步；硅热还原法炼镁又有皮江法和马格尼特法两种。

镁具有很好的铸造性能和良好的加工性能。

与其它材料相比，镁的制造成本很低。

尽管每公斤镁锭的价格要比铝贵一些，但它单位体积的成本价格几乎是一样的。

镁的物理化学特性使其比铝更适合压铸大型部件。

镁单位体积的熔化潜热只有铝的2/3，比热只有铝的3/4，并且有非常低的溶铁性。

这些特性使镁压铸件达到和铝几乎相同的生产成本/每公斤。

1.2 镁合金性能(1)、在实用金属中是最轻的金属镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。

它是实用金属中的最轻的金属。

应用范围:镁合金广泛用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。

(2)、高强度、高刚性镁合金的比重虽然比塑料重，但是，单位重量的强度和弹性率比塑料高，所以，在同样的强度零部件的情况下，镁合金的零部件能做得比塑料的薄而且轻。

另外，由于镁合金的比强度也比铝合金和铁高，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。

应用范围:手机电话，笔记本电脑上的液晶屏幕的尺寸年年增大，在它们的枝撑框架和背面的壳体上使用了镁合金。

··汽车发动机油底壳是汽车上重要的安全部件之一，对其各项力学性能尤其是抗拉强度有着明确的要求。

目前，油底壳压铸件大部分采用铝合金材料[1]，而汽车轻量化的趋势使得我们需要寻找一种更轻的材料，镁合金因其自身的特点而在这方面得到应用。

近年来，对于镁合金材料的研究很多，但对于镁合金压铸件本体的研究却鲜见报道。

本试验以汽车油底壳镁合金材料AE44为例，结合其铸造及加工性能，分析AE44镁合金油底壳压铸件本体组织与性能，并对其工艺的改良提出建议。

合金的铸造性能是保证铸件质量的重要因素，铸造性能主要有流动性、收缩性、偏析倾向等，直接影响其加工性能。

流动性是指液态金属充满铸型的能力，流动性受很多因素的影响，其中最主要的是化学成分和浇注温度的影响。

收缩性是指铸件从浇铸温度至室温的冷却过程中，其体积和线尺寸减小的现象[2]。

偏析倾向是指铸件凝固过程中有产生组织不均匀的趋势，倾向性越强，出现偏析的几率就越大。

1试验材料与设备试验材料为Mg-40%RE 合金、AM50、纯镁，通过这三种材料的配比得到本油底壳所需材料。

油底壳本体在力劲DCC1600M 冷室压铸机上制得。

油底壳长约450mm ，宽端宽约325mm ，窄端宽约170mm ，高约170mm ，壁厚为8~13mm 。

显微组织观察试样及力学拉伸试样由线切割在本体上取得，拉伸试样采用矩形ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠ压铸董泰山，龙思远，廖慧敏，刘勇（重庆大学材料科学与工程学院，重庆400030）摘要：通过材料的替代研究，得到了AE44镁合金油底壳压铸件。

模拟结果显示该合金的充型能力和凝固顺序等铸造性能都满足此油底壳的工艺条件。

利用OM 、SEM 、XRD 对本体组织和物相分析，结果表明：本体组织主要由α-Mg 基体和沿晶界分布的Mg-RE 化合物组成，这些化合物主要为Al 11RE 3、Al 2RE 、Al 2.12RE 0.88。

Al 11RE 3和Al 2.12RE 0.88稀土相的存在，对材料性能的提高起到很大的作用。

汽车屏幕支架类镁合金压铸件的模具设计及压铸工艺分析摘要：随着汽车行业和电子科技的迅猛发展，车载人机交互，人工智能蓬勃发展，汽车车载显示屏越做越大，从单一的主驾驶位单个屏幕，到副驾位双联屏、三联屏，使用传统单一结构的钣金件来做屏幕背板支架，已经不能满足其性能要求。

通过压铸工艺得到的零件，能实现复杂结构，同时可以经济快速地批量生产，正好能满足大尺寸屏幕支架的需求。

结合汽车轻量化的推进，镁合金压铸件用于汽车屏幕支架成了最佳的选择。

关键词：镁合金压铸件；汽车屏幕支架；压铸模设计；压铸工艺分析；随着新能源汽车的大量推广，续航里程的需求要求汽车车身重量不断减轻，汽车零部件轻量化需求不断扩大。

镁合金是新一代轻量化合金的代表，其相同的体积重量约是铝的15%，约是钢的18%，（镁密度1.4g/cm³、铝的密度g/cm³、钢的密度7.8 g/cm³），成为汽车轻量化的最佳选择。

镁合金压铸件在汽车屏幕支架上的应用，代替传统钢材质的钣金件，不仅在重量上有明显的降低，相较于结构单一的钣金件，更能实现复杂设计的要求，同时增加表面喷漆喷粉后，也能满足美观的要求。

屏幕支架需要安装液晶屏幕，对压铸件的平面度要求极为严格，同时屏幕支架上筋条结构复杂、立柱结构多，这就对模具设计和压铸生产过程的要求更高，因此探究镁合金屏幕支架压铸件的模具设计和压铸工艺十分必要。

1压铸及压铸模具介绍1.1压铸介绍压铸是压力铸造的简称，是一种将熔融合金液倒入压室内，以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的一种铸造方法。

压铸区别于其它铸造方法的主要特点:①高压:金属液是在压力下填充型腔的，并在更高的压力下结晶凝固，常见的压力为15—100MPa。

②高速:金属液以高速充填型腔，浇口处速度通常在10—50米/秒，有的还可超过80米/秒，因此金属液的充型时间极短，约在0.01—0.2秒内即可填满型腔。

与其他铸造工艺相比，高压压铸工艺生产的产品尺寸更加精确，铸件表面光滑，生产速度更快。

镁合金压铸工艺(总9页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--单位代码0 2学号 47分类号 TH6密级文献综述镁合金的压铸工艺院（系）名称工学院机械系专业名称材料成型及控制工程学生姓名指导教师2015年 5 月 15日镁合金压铸工艺简要概述了镁合金的特点、压铸工艺性能、成型工艺参数提出了镁合金压铸工艺方向。

镁合金的特点镁合金以其具有的质量轻、比强度和比刚度高、减震性好、屏蔽和导热性优良、成形加工好、易于回收等优点而被誉为“21世纪的绿色工程材料”，被广泛应用于航空、航天、汽车和电子等行业。

镁合金是现有可以工业化生产金属材料中最轻的材料。

我国是镁资源储藏大国，原镁储藏量占世界储藏量的1／3。

但镁合金制品出口相对较少。

总体上，我国镁合金的生产和应用仍然处于低端的水平，只有提高我国的镁合金产品的技术附加值，才能使我国从“镁资源大国”转变为“镁生产强国”。

镁合金压铸工艺性能镁合金具有优良的压铸工艺性能，适于压铸生产，主要表现在以下几个方面：1.压铸镁合金与压铸铝合金和压铸锌合金一样，液体粘度低，具有良好的流动性，易于充满复杂型腔，可用来压铸薄壁件而不会出现热裂和浇不足等缺陷。

2.镁合金的熔点和结晶潜热都低于铝合金，充型后凝固速度快，其生产率比铝压铸高出40%~50%，最高可达到压铸铝的两倍。

压铸过程中对压铸型的热冲击比铝合金小，可用于压铸薄壁件而不会出现热裂和欠铸等缺陷，且不易粘型，寿命可比铝合金长2~4倍。

3.压铸镁合金与铁基本上不发生反应，不易粘型，减轻压铸型的热疲劳现象，寿命可比铝合金长2~4倍。

同时不侵蚀钢制坩埚，避免了坩埚对镁合金液的污染。

4.压铸镁合金的收缩率均匀一致且可预测，脱型力比铝合金低20%~25%。

保证了压铸件的可靠性，使镁合金压铸件的尺寸精度比铝压铸件高50%。

5.镁合金铸件的机加工性能优于铝合金铸件，镁合金的切削速度可比铝合金提高50%，加工耗能比铝合金件低50%。

鎂合金壓鑄成型設計要點報告大綱l壓鑄機之選擇l熱室壓鑄機構造l鎂合金壓鑄件成品設計要點l壓鑄方案設計程序l壓鑄條件之決定(充填時間及澆口速度) l澆、流道系統設計l模具分割面設定要因l鎂壓鑄品尺寸公差壓鑄機之選擇(1/2) l選擇壓鑄機A: 成品投影面積(cm2)1.3A: 成品投影面積+流道&溢流井等鑄件投影面積(cm2) P: 鑄造壓力(Kg/cm2)熱室機鎂合金壓鑄壓力約為200~350 Kg/cm2鎖模力(噸) T=1.3AP/1000壓鑄機之選擇(2/2) l熱室壓鑄機之模具安裝關係規範u拉桿直徑(mm)u拉桿間隔(mm)u模具行程(mm)u模具高度(最大~最小) (mm)鎖模力u最大射出力(噸)u柱塞行程(mm)u柱塞直徑(Φmm)u可鑄重量(g)u鑄造壓力(Kg/cm2)u射出噴嘴位置(mm)u押出力(噸)u押出行程(mm)u噴嘴最大凸出量(Φmm)熱室壓鑄機構造l 壁厚須力求平均l 孔徑與深度關係鎂合金壓鑄件成品設計要點(1/4)最小孔徑d (mm)深度為孔徑d 的倍數經濟上合理孔徑技術上可能孔徑不通孔孔徑通孔孔徑l 肋與壁厚關係ðD ≦4~5t 在此比例下應不會產生縮水痕，但非必要還是以力求壁厚平均為佳。

2 1.5d> 5 d <5d> 5 d <55d 4d 10d 8d鎂合金壓鑄件成品設計要點(2/4)l圓角ð當T1=T2時；若R2=R1+T1則R1=T1 ，若R2=0則R1=1~1.25 T1鎂合金壓鑄件成品設計要點(3/4) l圓角ð當T1=最小壁厚時§當T型相交時，則R1=1~1.25 T1§當T2 > T1時，則R1=2/3( T1+T2) & R2=0~(R1+T2)§當十字或Y型相接時l當Θ=90°時，則R1= T1l當Θ=45°時，則R1= 0.7 T1 & R2= 1.5 T1l當Θ=30°時，則R1= 0.5 T1 & R2= 2.5 T1鎂合金壓鑄件成品設計要點(4/4))l拔模角(依ADAC建議壓鑄方案設計程序(1/2)l選擇壓鑄機l決定壓鑄條件ð決定充填時間ð澆口ð決定澆口速度ð模具分割面ð鑄口ð流道ð湯井ð排氣溝ð冷卻水孔ð押出銷Remark:鎂合金縮水率約為5~7/1000壓鑄方案設計程序(2/2)壓鑄條件之決定(1/2)l決定充填時間ð鑄件平均壁厚薄者宜短ð鑄件厚度不均形狀複雜者宜長ð鑄件表面光滑度好者宜短ð鑄件模具溫度低者宜短ð鑄件重量重者宜長(反之，輕者宜短) Remark:鎂合金壓鑄充填時間依平均厚度(mm)參考值如下表厚度(mm)充填時間(Second)2.00.0363.00.0553.50.07壓鑄條件之決定(2/2) l決定澆口速度ð鑄件平均壁厚薄者宜快ð鑄件厚度不均形狀複雜者宜快ð鑄件表面光滑度好者宜快ð鑄件充填長度長者宜快Remark:鎂合金壓鑄澆口速度40~75 m/s (參考值)澆、流道系統設計(1/10)l一般通則ð澆口應在充填困難地方優先設置ð各澆口大小應依其主要充填區、鑄件體積比例分配設置ð各澆口設置應在最小阻抗位置ð分流道與主流道必須維持平衡及漸縮ð流道轉彎處應設凸出部以吸收雜質(如鑄液之前端固化物)ð流道轉彎及截面積避免突然改變(因尖角易造成亂流及捲入空氣)ð流道轉彎時，截面積應適度減小才不會捲入空氣ð流道轉彎截面積漸縮一般原則如下圖:澆、流道系統設計(2/10)澆、流道系統設計(3/10) l充填模式ð橫越式充填模式(常用於平板充填)ð漩渦式充填模式(常用於中間有孔鑄件充填) l決定充填模式的原則ð各個充填區域儘量能同時充填完畢ð非直接充填區域越小越好ð金屬流動路徑越短越好l 扇形澆口系統設計ð扇形澆口系統適用於澆口長度受限的鑄件ð扇形澆口其特性中央速度高，兩端速度較小ð扇形澆口兩端夾角應小於90°，如開的太大兩側並無熔澆、流道系統設計(4/10)湯射出ð扇形澆口其特性就是由較窄的流道轉變到較寬的澆口ð扇形澆口截面積由進口到出口其截面的寬與深建議比例如下:§流道面積:澆口面積= 1.5: 1§流道厚度:澆口厚度= 3: 1§扇形長度:澆口寬度= 1.34: 1澆、流道系統設計(5/10)l錐形流道系統設計ð錐形流道適用於澆口長度較長的鑄件其流道所佔體積較小ð錐形流道其特性是藉改變流道入口面積與澆口面積比，來控制流動角的大小ð錐形流道藉控制流動角的大小，便可控制充填模式l 澆口設計ð澆口面積計算公式V :壓鑄件體積(含溢流井體積)(cm 3) Vg:澆口速度(m/s) t:充填時間(s) 澆、流道系統設計(6/10)tVg Ag ×=VAg:澆口面積(mm 2)ð舉例說明:鑄件(含溢流井)重400g,平均壁厚1.4mm, V =400/1.8=222.22 cm 3(鎂鑄件比重為1.8) 假設Vg=55m/s, t=0.03 則Ag=222.22/(55*0.03)=134.68 mm 2,另澆口厚度不得超出鑄件厚度的一半，因而在此定為0.55mm ，故澆口寬度=134.68/0.55=245mm ，但澆口形狀計算值應為實際生產時的75~85% ，以利試鑄後之修正澆、流道系統設計(7/10) l澆口與鑄件接合之方式ð側向充填:使熔湯進入模穴時有特定角度澆、流道系統設計(8/10)l澆口與鑄件接合之方式ð端部充填:使熔湯容易往上充填，適用於深槽壓鑄件澆、流道系統設計(9/10) l澆口與鑄件接合之方式ð對合充填:適用於圓筒形壓鑄件澆、流道系統設計(10/10)l澆口與鑄件接合之方式ð墊形充填:適用於平板壓鑄件及整緣容易要求鑄件模具分割面設定要因(1/7)l熔液流動性l尺寸精度l模具構造模具分割面設定要因(2/7)l模具分割面選定原則ð無死角ð製品須卡在可動模ð符合壓鑄品的品質要求ð必須利於對熔液有流動影響的鑄口、流道、澆口與湯井等位置及面積設立ð壓鑄後半成品須無去邊、修飾、機械加工上的問題ð應利於模具製造加工及模具壽命ð應利於鑄造生產性模具分割面設定要因(3/7)l模具分割面的記號ð分割面以此記號表示，此記號表示模具打開方向，此方向側通常應在可動模。

镁合金支撑架压铸工艺设计与分析作者：邸金南来源：《科技创新与生产力》 2018年第5期摘要：针对镁合金的特点及零件结构与使用要求，利用计算机辅助设计对铸件浇注系统进行设计与数值模拟，并进行了压铸实验。

结果表明，设计的铸件浇注系统与工艺参数合理，压铸的铸件组织致密，力学性能满足使用要求。

关键词：镁合金；浇注系统；数值模拟；压铸实验；铸件分析中图分类号：TG146.22；U463.46文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.05.080镁合金因具有密度小、比强度与比刚度高、减震性能好、回收率高以及凝固后不易粘模等特点，被广泛应用于汽车与航空航天等领域。

我国镁矿产资源丰富，储备量居世界首位。

镁合金现已成为主要的金属工程材料[1-2]。

镁合金汽车零件的主要生产方式为压铸，产品设计和模具加工周期长，在试模过程中对于模具的调试较繁琐，都是企业亟待解决问题。

使用计算机模拟仿真技术对铸造工艺参数和生产过程进行可视化预测，为工艺的设计提供理论支持，能够有效避免成本浪费，缩短新产品的研发周期，提升铸造这一传统工业技术的发展潜力[3-4]。

1浇注系统的设计根据支撑架的结构特点，笔者对铸件结构进行了分析。

图1为镁合金支撑架铸件模型立体图。

该铸件为汽车内部的一个结构件，要求铸件组织致密、无明显缺陷、力学性能良好。

在设计镁合金铸件的浇注系统时，首先设计内浇口，其次依据手册确定横浇道的尺寸，最后依据铸件质量和压铸机设备情况确定直浇道的尺寸，这样可以有效缩短设计周期。

1.1内浇口设计在内浇口设计时，主要考虑以下4个方面：一是使金属液顺利充填铸件深腔位置，保证铸件完整；二是充填末端应为溢流槽和集渣包；三是金属在型腔内部形成涡流和卷气，会大幅度影响铸件质量；四是为保证成形轮廓清晰、充型过程能量损耗小，应缩短进液流程[4]。

内浇口开设于支撑架的侧壁根部，便于浇注系统与铸件分离，金属液进入型腔后能够先填充深腔部位。

镁合金压铸产品设计要求1、尺寸公差要求
4、散热齿高度、厚度及拔模斜度等要求
此项指标与铝合金相比,同等尺寸下，高度可以稍高一点、厚度薄一些、拔模斜度稍小一点可行，若按原铝合金设计生产镁没有问题。

5、凸台/凹槽要求
这些没有特殊要求，主要根据产品结构而定，按铝合金设计可以再优化一点。

6、后面机加需留的余量
加工余量根据产品结构和精度要求而定,一般留0.5mm左右即可。

7、其他与铝合金压铸产品不同，设计上需要注意的地方
从制造工艺上来讲,铝合金生产时需用水来冷却,镁合金需加热,贵司产品结构设计考虑功能要求，有点问题我们可以从工艺上进行改良。