镁合金压铸模具研究

　　本文探讨研究了镁合金压铸模具相关内容。

　　在大多数情况下，镁合金压铸生产的产品与其他合金压铸件相类似。镁合金压铸模具也和铝、锌合金压铸模相似。但是由于镁合金不同于铝合金的一些特性，在设计压铸模时给予充分考虑，才能设计出合理的压铸模具，从而高效、经济地生产镁合金压铸件。

　　一、镁合金的特性

　　①质轻镁的比重只有1.8G/CM3,铝合金的比重为2.7G/CM3，镁合金比铝合金轻30%，比钢轻80%。所以，汽车及手提电子产品中镁合金已成为零件制造成理想材料。

　　②强度镁合金在金属及塑料等工程材料中，具有极佳的强度/重量比。

　　③压铸性在保持良好的结构条件下，镁合金允许铸件壁厚最小达到0.6mm，这是塑料在相同强度下无法达到的。铝合金的压铸性能也要在1.2-1.5mm以上时才能与镁合金相比。镁合金较易压铸成型，适合大批量压铸生产(生产速度可达铝的1.5倍)。此外，镁合金模的磨损也较铝为低。

　　④减震镁有极好的滞弹吸震性能，可吸收震动和噪音，用作设备机壳可减少噪音传递、预防冲击和防止凹陷损坏。

　　⑤刚性镁的刚性为铝的2倍并比大部分塑胶为高。镁有良好的抗应力阻力。

　　⑥高电磁干扰屏障镁合金有良好的阻隔电磁波功能，适合生产电子产品。

　　⑦良好的切削性能镁比铝和锌有更好的切削性，使镁成为更易切削加工的金属材料。

　　⑧镁合金的比热容较小，合金液的冷却速度快。

　　⑨镁合金和模具钢材的亲和力小，不易粘附模具。

　　根据镁合金的以上特性，下面将镁合金和铝合金在设计制作上作一些对比。

　　二、模具设计

　　压铸模具是一种复杂的设备，须完成多项功能。其决定零件的大体几何形状，并对每啤货之间尺寸偏差有重要影响。使用固定或移动的芯子增加了压铸的灵活性，可以压铸出复杂的较精密外形的零件。流道和水口系统的几何形状决定模具的填充性能。模具的热条件决定零件固化用及其微观结构和品质。在大量生产时，模具的导热性能决定周期时间。并且模具具有压铸件顶出系统。

　　三、模具材料

　　模具组成模穴的部分和熔化金属直接接触，必须由能经受热冲击的钢材料制成。最常用的是H13钢或和其具有相似性能的材料。为保证大量啤货以后的表面质量，必须使用含硫量的优质钢材。为改善机械加工性能，供应模具制造商的钢材通常处于具有球形碳颗粒的软化退火状态。在机械加工以后，模穴部分经过淬火及退火，使硬度在46-48HRC范围以内。

　　只有模具的模穴部分和特殊零件才需要使用H13钢，这些部分一般占整个模具重量的20-30%。模具的其它部分使用低碳钢的中碳钢制造。对于几何开关相对简单的较小压铸件，以常使用标准化模块的模具。

　　镁合金和铝合金相比具有更低的热容，其铁含量也很低。因此模具具有更长的寿命。

　　四、零件寿命

　　压铸件的质量取决于很多因素，包括合金的材料性能，生产参数，模具和零件的设计。零件设计者应该和模具设计者紧密合作，让零件设计者知道压铸生产的优势和局限。

　　部件厚度

　　较小的部件厚度容易达到所要求的机械性能，镁合金良好的填充性能，可以使压铸件的厚度少于1mm，常见的壁厚在2-4mm之间。

　　均匀壁厚

　　为避免固化时的局部热点，零件的壁厚应尽可能均匀。由于固化时的收缩，局部热点会造成气孔和气穴的形成。

　　容易的模具填充

　　模具的填充时间一般是10-100ms，零件的设计应有助于平稳填充，镁合金的填速度较高，边缘和拐角处应为圆角。

　　使用加强助

　　应使用加强助加强零件的强度，而不是通过增加零件的厚度。设计中应避免长筋，防止合金在冷却凝固过程中因收缩不一致而产生应力和裂纹。

　　出模斜度通常推荐的出模斜度为2-5°，也可采用度为1-3°的设计。由于镁合金与铁的亲和性较低，加之优良的热收缩特性，有时甚至可以采用零脱模斜度，当设计壁和型芯时，较小的起模斜度能够大幅度减少压铸件质量。

　　五、尺寸稳定性

　　压铸是精密的生产过程，然而很多因素却可以影响压铸件的最终尺寸变化。尺寸变化可分为线性变化，模具间的移动，分模线、铸件和模具翘曲，压铸参数，芯子和出模斜度。必须记住零件的最终变化只是部分取决于模具精度，线性尺寸变化是由下列因素引起：模具温度的正常波动，注射温度，冷却速度，铸件应力释放和模具精度。以上因素除模具精度外，和模具的设计和制造没有关系。为减少最终产品的尺寸变化，必须严格控制生产工序。

　　下表为NADCA提供的可以达到的线性尺寸公差，例如，1000毫米长零件的铸公差为±1.2mm。

　　建议线性尺寸公差

　　六、水口、流道、排气孔

　　注射系统对于压铸件质量是非常重要的，以下是设计水口系统的注意事项：

　　①水口系统必须和压铸机容量相适应，使模穴有必要的填充时间。

　　②水口可以是不同的几何形状，扇形或分枝的。为防止湍流，水口的金属流体应该是平行或分枝的。

　　③设计的水口应使流动距离最短。

　　④相反方向流动的液体金属不应在薄壁区域相遇。

　　⑤由多个水口填充的零件应同时填充。

　　⑥溢流应用来除去氧化物和残留的润滑剂，并加热模具较冷的部分。

　　⑦应用连通至模具表面的排气孔除去模穴内生成的气体。

　　⑧水口和溢流的设计应可以避免在二次加工时形成锯齿纹。

　　七、加热、冷却系统

　　模具在生产过程中维持较稳定的温度范围，有利于产品质量和生产节拍的稳定，同时也由于波动小，温度疲劳降低，延长模具寿命，因此，模具设计时要充分考虑加热、冷却系统，维持模具的热平衡。一些3C产品如手机外壳、手提电脑外壳由于薄壁，要考虑加热系统布置，使金属流动性能提高。

　　八、压铸参数

　　在压铸生产过程中，选择合适的工艺参数是获取优质压铸件，发挥压铸机最大生产率的先决条件，是正确设计压铸模的依据。压铸时，影响合金液充填成型的因素很多，其中主要有压射压力、压射速度、充填时间和模具温度等。这些因素互相影响，互相制约，调整一个因素会引起相应的工艺因素变化，因此，正确选择各工艺参数十分重要。

　　①压射速度：由于压铸件壁厚和复杂程度不同，工艺参数选择的变化范围很大，镁合金同锌、铝合金相比，流动性更好，惯性更小，而且由于镁的凝固潜热小，热容也小，要在金属凝固之前充填整个型腔，因此，镁合金压铸的速度要高于铝合金，镁合金压铸的冲头速度比铝合金快约30%，最大甚至超过9m/s。

　　②建压时间：由于镁的凝固潜热较小，镁合金在充满整个型腔后，要迅速地建压，以补充型腔内金属凝固的收缩，因为在内浇口凝固以后再增压已失去意义，所以镁合金压铸要求建压时间短于铝合金。力劲机目前的建压时间在20ms以内。

　　③模具温度：由于镁锭的凝固潜热较小，金属液以高速度填充型腔，快速凝固，不但能够缩短压铸循环周期，提高生产效率，而且也减少了模具的热疲劳，大大延长了模具的使用寿命。在压铸镁合金时，通常要保持模具的温度稳定。镁合金压铸时模具温度通常保持在220-280℃之间。

　　在镁合金压铸过程中，如果工艺参数设计得当，镁合金将表现出比铝合金更好的压铸工艺性能。

　　九、模具润滑

　　镁合金和铝合金相比更不易蚀模，原因是镁合金中铁的含量非常低。然而，当热金属高速冲击模具的某些部件时，可能产生焊接现象。使用合适的模具润滑剂可以减少这种趋势。最常用的是基于水的润滑剂。由于镁合金的热容只有铝合金的2/3，因此不需要把润滑剂用于冷却媒介，并且使用时间应尽可能的短，一般为铝合金的50%。为减少水的含量，通常使用较高浓度的润滑剂。