摘要：針對壓鑄模具開發周期長、澆注系統設計復雜的問題, 提出了基于Excel VBA的壓鑄模具澆注系統高效開發系統。系統集成了模具經驗設計公式、常用壓鑄材料參數、壓鑄機參數和p-Q2圖、常見給料設計方案、常見澆口設計和流道設計參數。利用該系統對某型號PDA外殼澆注系統進行了設計, 可高效調用系統中已集成的各類參數, 從而完成澆注系統開發, 有效避免傳統經驗法和試錯法在模具設計中的不足。

　　關鍵詞：壓鑄模具; 澆注系統; 澆口設計; 給料系統;

　　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;

　　與其他鑄造工藝成形的鑄件相比, 壓鑄件具有尺寸精度高、表面光潔、力學性能好、后續加工量少、生產效率高、適合批量生產及廢料可回收等優點[1,2], 已廣泛應用于家電、汽車行業、航天工業及3C產品等行業[3~5]。隨著技術要求的提高, 以及產品和競爭的需要, 壓鑄模具設計開發更顯重要[6,7]。

　　傳統壓鑄通常是依據“經驗法則”進行現場試模和修模來進行產品的開發與量產, 該方法耗時長、成本高[8,9]。

　　基于此, 本課題提出一種基于Excel VBA開發的壓鑄模具澆注方案設計系統, 利用該系統進行壓鑄模具澆注系統設計, 可有效減少模具修改及試模次數, 減少模具設計的時間及人力成本, 有助于縮短產品開發周期。

　　1、壓鑄模具澆注系統開發設計

　　結合壓鑄模具設計理論與實踐經驗, 壓鑄模具和澆注系統設計過程見圖1�？梢钥闯�, 設計過程分為壓鑄機和合金信息、鑄件信息、p-Q2圖、澆口設計、澆道設計和給料設計, 以方便操作人員快速調取、存儲和修改壓鑄參數, 快速無誤地調用各種參數。

圖1 澆注系統設計方案

　　2、壓鑄模具澆注系統開發

　　利用Excel VBA將各種壓鑄合金材料和多種型號壓鑄機的性能參數集合成數據庫, 按照給定的鑄件資料進行壓鑄模具澆注方案設計, 最后根據所得的尺寸參數通過3D繪圖軟件繪制出澆道模型, 以便對澆道進行改進。

　　2.1、模具設計方案及合金參數

　　利用開發的Excel VBA對某型PDA外殼澆注系統進行設計�？蛻粢�求的PDA外殼有2款, 大款外殼的體積是小款的2倍, 各部分尺寸比例一致, 小款尺寸見圖2。

　　壓鑄材料為AZ91D鎂合金, 固態密度為1.81g/cm3, 液態密度為1.76g/cm3, 采用1模2件, 左右兩腔鑄件體積約為2∶1, 選用的壓力為60 MPa。

圖2 PDA外殼尺寸

　　2.2、確定鑄件參數

　　型腔1和型腔2中鑄件質量分別為3.48g和1.75g, 鑄件投影面積分別為6 497.49 mm2和4 061.84mm2, 平均壁厚分別為1.2mm和1mm, 預估鎖模力為823.6kN, 壓鑄時間約為0.035s。

　　2.3、壓鑄機選型

　　選用BD-125V4-T型壓鑄機, 壓鑄機鎖模力為1 230kN、沖頭直徑為60 mm、最大射出壓力為88.8MPa, 最大射出速度為8m/s;

　　2.4、利用P-Q2圖確定壓鑄參數

　　根據壓鑄合金參數調用p-Q2圖對壓鑄參數進行調整, 見圖3, 根據合金的流量系數為0.5, 實際沖頭直徑、壓射壓力和壓射速度分別為60mm、34MPa和3.5m/s, 澆口總面積為135mm2, 得到充型時間為0.003 26s, 內澆口充型速度為65.51m/s, 充型壓力為15.4 MPa。

圖3 p-Q2圖

　　2.5、澆口設計及流道設計

　　圖4為帶澆注系統的鑄件, 其中T表示切線給料, G為澆口。澆口與射嘴面積比選擇1∶2, 根據經驗公式確定射嘴R1總面積為270mm2, 型腔1占總體積的2/3, 分配澆口G1面積為90mm2, 澆口型腔徑厚度和寬度分別設定為1mm和90mm。型腔2占總體積的1/3, 分配澆口G2面積為45mm2, 澆口型腔厚度和寬度分別設定為0.8mm和56.25mm。R2處澆道橫截面積為236.5mm2、R3處澆道橫截面積為134.96mm2、R4處澆道橫截面積為67.54mm2。R1型腔寬度為26.21mm, 澆道厚度為11.14mm, R2型腔寬度為24.51mm, 澆道型腔厚度為10.42mm, R3型腔寬度為18.53mm, 澆道型腔厚度為7.58 mm, R4型腔寬度為13.11 mm, 澆道型腔厚度為5.57mm。

圖4 鑄件及澆注系統

　　2.6、給料設計

　　型腔1和型腔2均采用雙切線進料, 切線截面為三角形, 進料末端為三角形區域, 切線左右比例為1∶1。圖5為給料系統設計圖。型腔的澆口厚度Dg, 澆口寬度Wg, 起始端厚度Dt、起始端寬度Wt、末端厚度De、末端寬度We、緩沖區直徑Ds、緩沖區厚度Ts、三角區長度Ld, 厚度Dd, 寬度Wd等數據見表1。最終形成澆注系統3D模型圖見圖6。

圖5 給料系統

圖6 流道設計3D模型圖

表1 給料系統參數

　　3、澆注系統開發周期對比

　　該壓鑄模具澆注系統采用模塊化程序設計, 將壓鑄合金及壓鑄機信息和壓鑄模具設計理論公式等集成于軟件內, 便于開發者快速查詢及調用, 可快速獲得澆注系統設計所需參數。而傳統的方法需要查閱合金手冊與壓鑄機使用說明, 而且人工設計計算需要配合壓鑄模具設計理論公式, 受設計者水平影響很大, 且計算耗時較長。二者開發周期對比見表2。

表2 澆注系統開發時間對比

　　4、結論

　　通過將模具經驗設計公式、常用壓鑄材料參數、壓鑄機參數和p-Q2圖、常見給料設計方案、常見澆口設計和澆道設計參數集成到一起, 提出了壓鑄模具澆注系統開發系統。利用該系統對某型號PDA外殼澆注系統進行了設計, 可高效調用系統中已集成的各類參數, 完成澆注系統開發。

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