铝合金支座压铸模具设计
摘要：铝合金支座压铸生产中存在工艺性能差、模具寿命低、成品率和生产效率低等问题。基于实际生产中存在的问
题，本设计在对该产品压铸工艺分析的基础上，对压铸模具进行了设计。采用液压抽芯机构来完成四个方向的抽芯动
作，并在其中一个大型芯上开设了溢流槽和冷却水道；深孔型芯部位采用螺旋式不拆模更换型芯的结构。改进设计的
模具在实际生产中，克服了冷隔缺陷，提高了生产效率。
关键词：压铸工艺；铝合金；模具设计；液压抽芯
近年来，铝合金压铸产品以其低密度、高强度等
优点在汽车、电器、通讯等领域得到广泛应用。随着
技术难题的不断解决，新设备的不断出现，压铸成型
将以独特的优点在制造业中得到高速发展。
本设计以铝合金支座为设计对象，针对该产品在
生产中出现的问题，根据铝合金压铸成型的特点，在
分析其结构的基础上，提出该产品压铸模具的设计方
案，并进行模具设计。
1支座压铸件的结构分析
图1给出了铝合金支座的3D产品图。从其结构
分析可知，该压铸件主要特征如下：形状复杂，壁厚
不均匀，最大壁厚6.8
mm，最小壁厚0.75
mm；四个
方向都需要抽芯机构；两侧对称分布一深孔（盲孔），
孔径约4.2
mm，深度约30
mm，拔模斜度为1°。生产
中存在两侧深孔小型芯易断芯、充型不完全等问题。
2压铸工艺参数的确定
确定压铸工艺参数如下：
（1）材料根据客户要求，选择A413铝合金；
（2）压射比压由于产品密封性高，结构复杂且
壁厚不均，选较高的压力为100
MPa；
（3）内浇口速度根据铝合金压铸件性能指标，
取内浇口速度为55
m/s；
（4）填充时间根据平均壁厚，取0.1
s。
机械设计制造及其自动化专业 理工类 该专业学生掌握机械工程、微电子技术、计算机技术、测试技术、机电控制技术等基础理论，从事机电—体化产品和系统设计、制造技术的研究开发、机电控制系统与设备运行、技术、经济管理，培养具有创新精神和较强实践能力的高级工程技术和工程管理人才。该专业含有下列六个方向：机械制造及自动化、机械电子工程、机械设计及自动化、机电传动与控制、汽车运用工程、机电信息工程。1、机械设计制造及其自动化专业（机械制造及自动化方向）培养目标: 机械制造及自动化方向培养具有自然科学、人文社会科学和工程技术基础，具备机械设计制造基础知识与应用能力，能从事机械工程领域内的设计制造，应用和研究，科技开发及技术经济管理等方面工作的高素质工程技术人才。该专业方向的毕业生接受系统的基础理论和专业知识学习，以及较强的工程实践和研究能力训练。具有从事机电产品的生产制造能力，工夹量具和制造装备的设计能力，产品质量及性能的检测与控制能力，制造系统组织管理和计算机应用及新工艺，新技术，新产品的研究与应用开发能力。主要课程：公共必修课、计算机应用课、有关技术基础课及机械原理、机械设计、电工学与电子技术、控制工程、互换性与测量技术、测试技术、微机原理与接口技术、机床电器控制、金属切削原理及刀具、金属切削机床、机械制造工艺学、液压传动、企业管理、先进制造技术系列课、技术经济管理系列课等。选修课有：机械加工工艺过程自动化、数控技术、组合机床设计、CAD/CAM、特种加工等。就业方向：可在制造领域从事产品的设计、制造、研发和生产组织管理，可在科研院所从事产品设计、制造、研发、在大专院校从事教学，在企事业等单位从事技术管理和行政管理。修业年限：四年 授予学位：工学学士2、机械设计制造及其自动化专业（机械电子工程方向） 培养目标：培养从事现代化制造装备（数控机床、数控加工中心）研究、设计、应用工作及机电一体化产品及系统的研究、开发及应用工作的高级工程技术人才。学生应具有机械、电子、电气、计算机及自动控制等方向的基础理论、专业知识及技能，具有综合应用机、电、液等专业知识的能力，具有进行现代制造及生产方面的能力。主要课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、电工与电子技术、微机原理及接口技术、工程材料、材料成型基础、机械制造基础、机械工程控制基础、气液压传动与控制、数控技术、机电一体化系统设计、数控机床调试与维修、可编程控制器原理与应用、CAD/CAM、工业机器人、可编程控制器原理及编程、传感器原理及应用、机电传动与控制、特种加工和管理科学基础等。就业方向：从事机电一体化产品及系统设计、制造、研发与开发工作；从事现代化制造技术方面工作，即数控机床、加工中心的设计、编程、制造、维护、开发等多方面的工作；从事工厂设备、生产线、自动线的研究、开发、管理、维护等工作；在党政机关、事业单位、军队从事技术及行政管理工作。修业年限：四年 授予学位：工学学士3、机械设计制造及其自动化专业（机械设计及自动化方向）培养目标：该专业培养适应21世纪社会主义现代化建设需要的德、智、体全面发展的高素质的机械设计、制造、及其自动化领域内的科技开发应用研究、运行管理和销售等方面的高级技术人才。该专业学生主要学习机械设计制造及其自动化的基础理论和应用技术，学习微电子技术、计算机技术和信息处理技术的基本知识，学习经济分析、市场营销及管理知识，并受到现代化机械工程师的基本训练，使其具有进行机械产品设计、制造及设备控制、生产组织管理、科技开发、应用研究的基本能力。主要课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、电工与电子技术、微机原理及接口技术、工程材料、材料成型基础、机械制造基础、机械工程控制基础、液压传动、工程流体力学、工程机械、机械设计学、机械优化设计、机械创新设计、CAD/CAM和可靠性设计、管理科学基础等。就业方向：可到机电产品、汽车、模具、工程机械等制造企业工作，可到机电液一体化设备使用单位做设备运行管理工作，也可到科研单位、政府部门做管理工作。修业年限：四年 授予学位：工学学士4、机械设计制造及其自动化专业（机电传动与控制方向）培养目标：该专业培养具备机械设计制造基础知识与应用能力、能在工业生产第一线从事机械产品的设计、制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才，该专业还培养从事各种工程机械及其他机械设计制造、液压件设计、科技开发、应用研究和运行、实验的高级工程技术人才。该专业的学生能运用有关工程力学、机械学、机械设计、液压传动等方面的基础理论和方法，设计和研究新工程机械，改造现有设备及各种工程机械，并具备液压元件的制造、使用与维修的基本知识。该专业的学生主要学习机械设计与制造及其自动化的基础理论，学习微电子技术、计算机技术和信息处理技术的基本知识，受到现代化机械工程师的基本训练，具有进行机械产品设计、制造及设备控制、生产组织管理的基本能力。主要课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、电工与电子技术、微机原理及接口技术、工程材料、材料成型基础、机械制造基础、机械工程控制基础、流体力学、机电传动与控制、液压传动、液压控制系统、机电一体化原理与控制、气压传动与控制、机械优化设计、CAD/CAM和管理科学基础等。就业方向：可在各行各业从事机械产品设计、制造、研究与开发，也可在企事业、科研单位从事技术管理和教学研究工作。修业年限：四年 授予学位：工学学士5、机械设计制造及其自动化专业（车辆工程方向）培养目标：该专业毕业生经过四年基础理论知识、专业理论学习和专业技能训练，有较强的专业理论知识和实践动手能力，能较好的掌握汽车设计制造与维修及交通运输管理方面知识的实用型高级专门技术人才。主要课程：公共必修课、机械设计基础、机械制造基础、电工电子技术、机械制造基础、汽车CAD、机械工程控制基础、工程振动与测试技术、汽车构造、汽车电器、汽车理论、汽车运输业管理、汽车制造工艺学、汽车设计、汽车维修原理等。实践环节有汽车空调及电子电路系统维护等实训。就业方向：该专业重视理论与实践更好的结合，毕业生具有专业知识较强、技术层次高、动手能力强和基础较扎实的较高素质人才。能从事现代汽车设计、制造等相关企业及汽车销售、维护、售后等行业，也能从事企事业的管理等工作。修业年限：四年 授予学位：工学学士6、机械设计制造及其自动化专业（机电信息工程方向）培养目标：该专业方向培养具有机电信息工程方面基础知识及应用能力的高级工程技术人才。学生主要学习机械设计、制造及其自动化方面的理论基础、计算机应用技术、企业信息化技术等方面的专业知识，并接受企业信息系统开发与应用方面的能力训练，较系统地掌握企业信息系统的技术开发、应用管理等方面的技能，了解企业信息化的技术前沿及发展趋势。培养学生德、智、体、美全面发展，理论联系实际，加强应用实践，通过实验教学、课程设计和毕业设计等实践活动，使学生具备较高的理论水平、创新意识和实践能力，具备在企事业单位从事信息系统技术开发及应用管理等方面的能力。主要课程：机械设计技术基础、机械制造技术基础、专业英语、软件工程基础、先进制造技术、计算机网络技术基础、决策支持系统基础、电子商务基础、CAD/CAM技术基础、现代企业管理、面向对象的编程技术（Java + ASP）、数据库技术基础（SQL Server 2000 + Delphi）、PDM技术及其应用、信息管理系统、ERP系统及应用、客户关系管理、供应链管理、企业业务流程重组（BPR）、现代集成制造系统等。就业方向：企事业单位、政府部门信息系统技术开发及应用管理；IT行业从事信息化管理咨询、系统设计、产品研发、工程实施；企事业、科研单位技术管理和教学研究工作等。修业年限：四年 授予学位：工学学士材料成型及控制工程专业 理工类 该专业下设两个专业方向，即模具设计及制造方向；铸造工程方向。1、材料成型及控制工程专业（模具设计及制造方向）培养目标：该专业培养从事材料成形与控制领域内的设计制造、科技开发和技术经济运行管理方面工作的、具有较高综合素质、创新精神和较强实践能力的高级工程技术人才。该专业毕业生应有坚实的自然科学、人文社会科学和工程技术基础，受到较强工程实践和研究能力的训练，具有较强的计算机应用能力和外语综合应用能力。较系统地掌握本专业的理论知识，了解本专业的科技前沿，具备从事本专业的设计制造、科技开发和生产组织管理的基本能力。较系统地掌握材料成形加工过程的基本原理、方法、工艺和设备的专业知识，特别是各种成形模具的设计和制造方法。主要课程：公共基础课程、力学系列课程、机械工程系列课程、电子电工系列课程、测试与自动控制系列课程、计算机系列课程、材料成形冶金传输原理、金属塑性成形原理、塑料成形工艺及模具设计、冲压工艺及模具设计、压铸工艺及模具设计、锻压工艺及模具设计、模具制造工艺及设备、模具CAD/CAM、模具材料与寿命、现代模具设计制造方法、数控技术、快速成形技术等课程以及经营与管理系列课程等。就业方向：可到各行业（如：机械、冶金、轻工、化工、汽车和家电等）从事设计制造、生产运营管理和新产品开发等工作，也可到科研院所、大专院校及政府机关从事教学、科研和管理工作。修业年限：四年 授予学位：工学学士2、材料成型及控制工程专业（铸造工程方向）培养目标：该专业培养从事材料成形与控制领域内的设计制造、科技开发和技术经济运行管理方面工作的、具有较高综合素质、创新精神和较强实践能力的高级工程技术人才。该专业毕业生应有坚实的自然科学、人文社会科学和工程技术基础，受到较强工程实践和研究能力的训练，具有较强的计算机应用能力和外语综合应用能力。较系统地掌握本专业的理论知识，了解本专业的科技前沿，具备从事本专业的设计制造、科技开发和生产组织管理的基本能力。较系统地掌握材料成形加工过程的基本原理、方法、工艺和设备的专业知识，特别是各种铸造工艺及装备的设计和制造方法。主要课程：公共基础课程、力学系列课程、机械工程系列课程、电子电工系列课程、测试与自动控制系列课程、计算机系列课程、材料成形冶金传输原理、铸造合金熔炼原理、铸造合金及熔炼、材料成形原理、铸造工艺学、铸造机械化、特种铸造、材料成形CAD/CAM、压铸模具设计、铸造过程计算机模拟与仿真、材料分析方法、快速成形技术等课程以及经营与管理系列课程等。就业方向：可到各行业（如：机械、冶金、轻工、化工、汽车和家电等）从事设计制造、生产运营管理和新产品开发等工作，也可到科研院所、大专院校及政府机关从事教学、科研和管理工作。修业年限：四年 授予学位：工学学士 培养目标：培养既有扎实的工程技术基础，又掌握现代管理工程和系统工程的理论方法，能熟练应用工业工程技术及计算机技术对企业的生产进行规划、设计、评价的具有创新能力的复合型高级专业人才。能对人、资源流、能源流、信息流所构成的集成制造系统进行优化设计和优化管理。主要课程：管理学原理、运筹学、系统工程、企业管理、工程经济学、电工与电子技术、系统仿真与优化、机械工程学、数据库与数据结构、设备规划与物流分析、管理信息系统、质量控制与论证、人机工程学、现代市场营销、电子商务系统设计、机械工程CAD/CAM、生产计划与控制、工业工程学等。就业方向：可从事项目设计、生产计划、制造工程、质量控制、信息管理等多方面工作，适合大、中型现代生产企业从事技术与管理工作，同时，也能在交通运输、物流工程、金融系统、服务系统、生产企业、科研院所、军事和政府机关等行业工作。修业年限：四年 授予学位：工学学士 培养目标：该专业培养具有农业机械及其自动化装备的构造原理、性能设计研究、使用管理及相关生物学知识，能在农业机械设计、机械化生产管理及服务部门从事农业机械及相关装备性能设计、农业机械化规划管理、教学与科研、营销与服务等方面工作的高级工程技术人才。主要课程：高等数学、大学物理、工程力学、画法几何与CAD基础、机械原理、机械设计、机械制造基础、电工电子学、计算机应用基础、计算机软件基础、计算机硬件基础、流体转动与控制、现代设计制造基础、电力与拖动基础、现代测试基础、汽车拖拉机学、数控技术与数控机床、农副产品加工机械、农业机械学、农业工程概论、农业装备自动化控制、农业机械化新技术。就业方向：该专业毕业生可在各行各业从事机械产品设计、制造、研究与开发，适合在大、中型现代生产企业从事技术与管理工作。实用于农业机械生产组织的管理，农业机械产品及相关机电产品开发设计，制造和改型，应用研究及设备控制农业机械教学及人才培训。修业年限：四年 授予学位：工学学士 培养目标：该专业培养适应市场经济需要，德、智、体、美全面发展的，掌握工业设计学科基础知识和基本技能，具有新的设计理念、和较强的产品开发创新设计能力，同时又具备从事整体设计策划创意能力、审美能力、动手能力和组织能力的高级专门人才。主要课程：工程结构素描、色彩、图形语义学、设计构成、工业设计概论、表现技法、设计思维及方法、人机工程学、建筑概论、造型材料及工艺、计算机辅助设计、企业策划设计、环境艺术设计等。就业方向:该专业毕业生可到企事业,高等学校和研究所等从事工业产品的研发、造型设计、教学、研究和管理工作,也可以到装饰企业从事环境设计工作。修业年限：四年 授予学位：工学学士 方向特色与就业：车辆工程专业方向面对世界汽车工业发展的新格局和前沿产品开发现状，从多学科的视角，国际化的视野，运用国内外汽车及其零部件理论及技术研究成果，培养德智体美全面发展，具有坚实的汽车设计制造基础知识与应用能力，能在汽车及其零部件产业一线从事设计制造、产品开发、应用研究、教学培训、运行管理和销售服务等方面工作的创新应用型工程技术人才。本专业方向在教育教学中不断更新教育观念，以教育教学模式改革为核心，改革教学方法和教育评价，强调讲授与讨论结合，突出教学与科研结合，加强学校与企业结合，立足于未来发展，着眼于国际竞争，致力于培养学生的创新创业精神和创新创业能力。1、以解放思想、改革创新为动力，培养具有创新精神和实践能力的创新应用型人才；2、针对中国汽车工业在新世纪发展，注重汽车工程的跨学科特点；3、面向区域汽车及其零部件产业发展，注重汽车及其零部件与现代设计方法及制造技术的结合；4、注重学生自学、探究和交流能力的培养；5、教学团队国际交流合作广泛，注重师生国际视野的拓宽。毕业生主要面向工商企业、检测单位、研究院所、高等学校、培训机构和政府部门，从事汽车及其零部件产品的设计制造、研究开发、教学培训、运行管理和销售服务等方面的工作。主要课程与实践性教学环节：主要课程有：汽车构造，汽车理论，汽车设计，汽车制造工艺学，汽车电器与电子技术，汽车排放污染与控制，汽车车身结构与设计，汽车零部件优化设计，专用汽车设计，车身CAD/CAE技术，汽车营销学。重要实践环节有：汽车制造工艺学课程设计，汽车拆装实习 ，汽车驾驶实习，汽车综合性能检测与调试，汽车设计课程设计，汽车制造企业，汽车服务企业认识实习，学生参与车辆工程专业方向老师科研活动，学生参与汽车、交通等课外科技竞赛，毕业实习，毕业设计等。学制与学位：学制：4年 ； 学位：工学学士 方向特色与就业：本专业培养适应21世纪社会主义现代化建设需要的德、智、体全面发展，具有机械工程、自动化控制、企业信息化等专业基础知识，掌握机电信息工程技术，特别是制造业信息化专业知识，具备在政府机关及企事业单位从事机电信息工程、制造业信息化系统规划设计、应用实施、运行管理、技术开发、教育培训等方面能力的高级工程技术人才。政府机关及企事业单位从事机电信息工程、制造业信息化系统规划设计、应用实施、运行管理、技术开发、教育培训等。主要课程与实践性教学环节：主要课程有：机械制图、机械制造技术基础、机械原理、机械设计、CAD/CAM技术及应用、机械工程控制基础、测试技术、企业信息管理与信息系统、PDM技术及应用、ERP系统及应用、面向对象编程技术(.NET)、基于CATIA的产品创新设计、优化设计与有限元分析等。学制与学位：学制：4年 ； 学位：工学学士 方向特色与就业：本专业方向的学生主要学习机电液传动与控制专业领域的基础理论知识和应用技术，掌握机械设备、液压元件和机电液传动与控制系统的设计、制造、使用与维修的基本知识，重点接受从事现代机电液工作领域的工程师专业训练，具备进行机电、液压产品的分析、设计、制造、性能测试、试验、设备控制与生产组织管理等的基本工作能力。本专业方向的毕业生能够面向工商企业，从事机电液产品及系统的设计、制造与创新开发等专业技术工作，能从事现代制造技术方面的研发与管理工作。本专业方向的学生还能够到各级机电类、流体传动类教育培训机构从事专业教育工作，到机电类、流体传动类研究院（所）从事科研工作，或到政府有关部门从事专业技术性管理工作。主要专业方向课程与实践性教学环节：主要课程有：机电传动与控制、变频调速系统的设计及应用、机械设备电气控制、液压元件、液压传动系统、液压控制系统、气压传动与控制、液压故障诊断、工程机械基础和管理科学基础等。重要实践环节有：生产实习、毕业实习、毕业设计和流体传动与控制创新设计实验等，还开设液压元件、液压传动系统、机电传动与控制等课程的课程设计；另外，开有流体力学、液压元件、液压传动系统、液压控制系统、机电传动与控制、机械设备电气控制、工程机械基础、计算机仿真、C语言程序与设计、测试技术、微机原理及接口技术、可编程序控制器原理及应用等课程实验。学制与学位：学制：4年 ； 学位：工学学士 特色与就业方向学生主要学习机械电子工程专业领域的基础理论，掌握机电一体化技术、工业自动化技术与计算机控制技术等的基本知识，重点接受现代机电工程师的分析、计算、检测、管理与技术支持等方面的专业技能训练，重视机电产品的系统集成、设计制造、性能测试、系统试验等基本能力的培养。毕业生能够面向工商企业、学校、研究院（所）和政府部门，从事机电一体化产品（如数控机床）及机电一体化系统的设计、制造、开发、技术服务、教育培训、管理与维护等专业技术工作，能从事现代制造技术方面的研究与管理工作。专业课程与实践性教学环节主要专业课程：机电一体化系统设计、电机与控制、机床电气自动控制技术、数控技术、工业机器人、可编程序控制器原理及应用、传感器原理及应用、光电技术与系统、变流技术与交流调速、电液控制工程、工程软件应用等。重要的实践性教学环节有生产实习、毕业实习、毕业设计和机电系统创新性综合实验等，还开设数控技术等的专业课程设计以及机电系统设计；另外，还开展电路、模拟和数字电子技术基础、电机与控制、机床电气自动控制、可编程序控制器原理及应用、数控技术、工业机器人等课程的实验。学制与学位：学制：4年 ； 学位：工学学士 特色与就业方向:本专业学生主要学习材料科学及材料成形与控制的基础理论、技术和有关设备的设计方法，受到模具工程师的基本训练，具有从事精密模具设计制造、生产组织管理或从事本领域研究工作的基本能力。本专业方向毕业生具备材料科学、电学、力学、机械学、模具学、成形控制及模具计算机辅助设计等方面的基础知识与应用能力，能够从事注塑模具、冲压模具、压铸模具及其它类型模具的设计与制造等方面的研发和生产工作，能够胜任材料成形与控制工程领域相关的内的设计制造、科技开发、应用研究、生产及经营管理等工作。主要课程与实践性环节:主要课程有：工程图学、理论力学、材料力学、机械设计基础、电工学、工程材料及成形技术基础、检测与控制工程基础、金属塑性成形原理、材料成形冶金传输原理、塑料成形工艺及模具设计、冲压工艺及模具设计、模具制造工艺及设备、CAD/CAM技术及应用、材料成形过程分析与仿真等。重要实践环节有：金工实习、机械设计基础课程设计、生产实习、塑料成形工艺及模具设计课程设计、冲压工艺及模具设计课程设计、模具计算机辅助设计模拟与制造综合实验、毕业设计（论文）等。学制与学位:学制：4年，学位：工学学士 特色与就业方向:本专业方向学生主要学习材料科学及材料成形与控制的基础理论、技术和有关设备的设计方法，受到铸造工程师的基本训练，具有从事铸造工程相关的材料成形控制及设备设计、生产组织管理或从事本领域研究工作的基本能力。本专业方向毕业生具备材料科学、物理化学、电工学、力学、机械学、铸造成形控制及铸造工艺计算机辅助设计等方面的基础知识与应用能力，能够从事砂型、熔模、消失模、压铸模、快速成形、特种铸造及其它类型铸造工艺与设备研发和生产工作，能够胜任材料成形与控制工程领域相关的内的设计制造、科技开发、应用研究、生产及经营管理等工作。主要课程与实践性环节:主要课程有：工程图学、理论力学、材料力学、机械设计基础、电工学、工程材料及成形技术基础、检测与控制工程基础、材料成形冶金传输原理、铸件形成原理、CAD/CAM技术及应用、铸造合金熔炼原理、铸造工艺学、铸造合金及熔炼、特种铸造、铸造机械化等等。重要实践环节有：认识实习、金工实习、机械设计基础课程设计、铸造工艺课程设计、压铸工艺及模具设计课程设计、生产实习、铸造工程CAD/CAE综合实验、毕业设计（论文）等。学制与学位:学制：4年，学位：工学学士 方向特色与就业：本专业培养具备农业机械及其自动化装备的构造原理、性能设计研究、使用管理及现代生物学等方面的知识，能在农业机械设计、机械化生产管理及服务部门从事农业机械及相关装备性能设计、农业机械化规划与管理、教学与科研、营销与服务等方面工作的高级工程技术人才。本专业毕业生可在各行各业从事机械产品设计、制造、研究与开发，适合在大、中型现代生产企业从事技术与管理工作。实用于农业机械生产组织的管理，农业机械产品及相关机电产品开发设计，制造和改型，应用研究及设备控制，可到企业、事业、科研单位从事管理工作。主要专业方向课程与实践性教学环节：本专业方向的主要课程有：工程图学，理论力学，材料力学，机械原理，机械设计，机械制造技术基础，机械制造工艺学，机械工程测试技术，工程材料及成形技术基础，电工学，机械工程控制基础，液气压传动与控制，机电一体化技术，农业机械学，汽车拖拉机学，农业机械化管理等。本专业方向的主要实践环节有：机械工程综合实习，农业机械综合实习，生产实习，毕业实习，汽车拖拉机拆装实习，机械制造工艺学参观实习，金工实习，军事训练，机械原理课程设计，机械设计课程设计，单片机原理及应用课程设计，毕业设计。学制与学位：学制：4年 ； 学位：工学学士
镁合金成形技术研究进展
熊守美1 , 苏仕方2
(11 清华 - 东洋镁铝合金成形技术研究开发中心 , 清华大学机械工程系 100084 ; 21 中国机械工程学会铸造分会 ,
辽宁沈阳 110022)
摘要: 镁合金材料及其成形技术的研究和开发对于扩大镁合金在我国的应用具有十分重要的意义。根据第四届中国
国际压铸会议论文资料, 综述了国内外镁合金材料及其成形技术的的国内外发展趋势, 包括材料、成形技术及数值模
拟等, 展望了镁合金的开发与应用前景。
关键词: 镁合金; 材料; 成形技术; 数值模拟
中图分类号: TG24912 ; TG14612 2 文献标识码: A 文章编号: 100124977 (2005) 0120020204
+
Research Progress on Processing Technology
of Magnesium Alloys
XIONG Shou2Mei1 , SU Shi2Fang2
(11Tsinghua2TOYO R &D Center of Magnesium and Aluminum Alloys Processing Technology , Department
of Mechanical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084 , China ; 21Foundry Institution of Chinese
Mechanical Engineering Society , Shenyang 110022 , Liaoning , China)
Abstract : Research and development of magnesium alloys and their processing technology are of great
importance in promoting domestic applications of magnesium alloys in China. Based on the conference
papers of the 4th China International Die casting Congress & Exhibition , this paper reviewed the trend of
research and development of magnesium alloys and their processing technology at home and abroad , in2
cluding materials development , processing technology , and numerical simulation technology , etc. At the
same time , the prospect for magnesium applications was also discussed.
Keywords : magnesium alloy ; materials ; processing technology ; numerical simulation
镁合金正被广泛用于汽车、航空、电子以及消费
原因 , 使它难以作为关键零部件 (如发动机零件) 材
品工业中的各种结构件。尽管这些应用的增长主要受
料在汽车等工业中得到更广泛的应用。同时镁合金密
重量减轻的驱动 , 但是 , 镁合金的其它优点也起着重
排六方的晶体结构决定了其塑性变形能力较差 , 如何
要的作用。其一 , 是它们对压铸工艺的独特适应性 ,
解决这一问题是镁合金应用的关键之一。针对上述问
可以高速生产近终形零件; 其二 , 优良的模具寿命所
题 , 研究人员取得了以下进展。
节约的生产成本 , 可以弥补其原材料价格比铝合金稍
111 压铸镁合金材料开发
贵的不足 , 增强与压铸铝合金的竞争力; 此外 , 极好
针对商用压铸镁合金抗高温蠕变性能较差的现状 , 以
的可加工性能和减振性能也是镁合金具有的重要性
AZ 91 合金为基准合金 , 一汽铸造研究所的研究人
能。中国现在是世界上最大的镁生产及出口国 , 但镁
员〔1〕进行了抗高温蠕变压铸镁合金的开发。论文讨
合金在中国工业 , 尤其是汽车工业中的应用仍很有
论了稀土元素 Ce , Y, Nd 以及 Ca 和 Si 的添加对压
限。因此 , 深入开展镁合金及其成形技术的研究开
铸镁合金在常温拉伸性能以及 150 ℃条件下的蠕变行
发 , 对于扩大镁合金在中国工业中的应用具有十分重
为 , 显微组织的影响 , 以及对表面处理和腐蚀试验的
要的意义。
影响 , 并进行了实际产品的生产。
在第四届中国国际压铸会议的 50 余篇学术论文
该文综合考虑合金的化学成分、合金元素的固溶
中 , 涉及镁合金及其成形技术的相关论文、学术报告
度、各种金属间化合物 , 在保持 AZ 91 合金基本成分
有 10 余篇 , 本文将从镁合金材料、成形工艺 , 镁合
不变的条件下 , 设计了四组试验合金进行考查。采用
金熔体保护及镁合金成形过程数值模拟等方面总结会
挤压的方法试制了 30 种成分合金试棒 , 对试棒的常
议论文所涉及的相关领域的研究进展。
温力学性能和腐蚀行为进行了测试 , 并初步考查了铸
造性能和蠕变抗力。通过试验 , 开发的新合金性能接
1 镁合金材料研究
近德国大众公司开发的 MRI2153 合金 , 合金工艺性能
耐热性及疲劳性能是阻碍镁合金广泛应用的主要
与 AZ 91 合金相当 , 可以采用与 AZ 91 合金相同的生
收稿日期: 2004211220 收到初稿 , 2004211229 收到修订稿。
作者简介: 熊守美 (1966 - ) , 男 , 湖北麻城人 , 博士 , 博士生导师 , 主要从事压铸工艺和技术方面的研究。E2mail: smxiong @tsinghua1edu1cn
铸造
熊守美等: 镁合金成形技术研究进展
·21 ·
产工艺。在采用沈阳应用化学研究所低成本的电解镁
造四大方面为主。其中压铸仍为最主要的成型工艺 ,
- 稀土中间合金情况下 , 有效地控制了成本。在蠕变
我国镁合金压铸件产量由 1995 年的 1 562 t 提高到
试验中发现 , Mg2Al2Re2Zn 体系中的强化相 Al11Ce3 在
2002 年的 4 950 t , 7 年里产量增长了 2 倍多 , 平均
少量 Ca 存在下稳定性可以进一步提高。Nd 和 Y的添
年增长率达 18 %。利用镁合金压铸件代替传统铸铁、
加不会使 AZ 91 合金的晶粒度改变 , 但可以产生固溶
铸钢件 , 甚至代替铝压铸件 , 正成为制造业特别是汽
强化 , 具有极佳的蠕变性能。
车制造业的发展趋势〔4〕。
112 压铸镁合金的低周疲劳行为研究
211 镁合金压铸
沈阳工业大学的研究人员〔2〕通过试验发现: 压
目前 , 镁合金压铸工艺的研究热点主要集中在两
铸态 AZ 91 疲劳寿命最低; 在高应变幅条件下 , 压铸
大方面: 镁合金压铸零件的开发设计和镁合金压铸工
态 AM50 + Nd 疲劳寿命高于镁合金 AZ 91 , 在较低
艺的完善创新。随着模具设计水平和压铸零件性能的
应变幅条件下 , 压铸态 AM50 + Nd 的寿命要低于经
提高 , 镁合金压铸件的应用领域已经从传统的笔记本
过固溶处理的 AZ 91 的疲劳寿命; 经过固溶处理的
电脑外壳、手机外壳等表面覆盖件发展到了发动机支
AZ 91 镁合金的过渡疲劳寿命明显高于压铸态 , 压铸
架、轮毂、框架件等受力部件以及安全部件。
态 AM50 + Nd 镁合金的过渡寿命要高于压铸态 AZ
相应地 , 为了满足不断提升的零件性能要求 , 随
91。经过固溶处理以后 AZ 91 中的β相消失 , 使材料
着材料科学和其他科学技术的进步 , 在传统压铸工艺
的延展性增加 , 循环硬化程度有所降低。
的基础上衍生出了真空压铸、充氧压铸、超低速压铸
113 镁合金的铸态组织研究
等诸多分支技术。其中真空压铸以其极低的铸件含气
镁铝合金在未经变质处理时 , 铸态下晶粒尺寸可
量、较好的设备兼容性和优异的铸件性能等优点得到
达 3 ×10 ～5 ×10 m , 组织很粗大。合金的组织决
24
24
了高度重视和大力发展。众所周知 , 压铸件的气孔问
定性能 , 性能决定合金的应用 , 以往镁合金的组织控
题是限制其性能提高的主要瓶颈。真空压铸在传统压
制主要是为了提高其塑性变形能力。因为镁合金为密
铸工艺周期上耦合真空系统抽除型腔气体 , 是一种减
排六方 , 这就决定了其塑性变形能力较差。而实践证
少压铸件气孔 , 去除铸模内气体和润滑剂蒸汽的有效
明 , 细小等轴晶可以改善镁合金的塑性变形能力。而
方法。目前研究的热点是如何在型腔内得到更高的真
半固态触变成形也要求初始的铸态组织应为细小的等
空度 , 及相应的模具密封工艺。高真空压力铸造得到
轴晶组织 , 因此如何控制镁合金的组织是镁合金半固
的零件不仅可以大大降低微孔和气孔等铸造缺陷 , 还
态成形的关键之一。
可以进行热处理和压铸焊接〔5〕。
常用的镁合金组织控制工艺主要有液态处理法和
沈阳工业大学的研究人员〔6〕研究了压铸镁合金
固态处理法两大类。液态处理法由于简单、易于实
轮毂缺陷的产生原因 , 通过对浇注系统和零件结构的
现 , 不外加额外设备等 , 在工业应用中具有广阔的空
改进及压铸工艺参数的调整 , 有效地仿真了缺陷的产
间。液态处理法包括添加晶粒细化剂法、过热处理
生 , 明显改善了压铸镁合金轮毂件的质量。
法、熔体搅拌法两大类。固态处理法包括等静角压
清华大学的研究人员〔7〕与一汽合作 , 系统地研
(ECEA) 法、大比率挤压法和铸造粉末法。但对以
究了各种压铸工艺参数对镁合金压铸件质量的影响规
上这些方法的机理还不是很清楚或是方法正处于试验
律 , 成功开发了一汽集团首件镁合金压铸件并投入实
阶段。对镁合金的组织控制机理缺乏了解 , 产生了一
际生产。目前 , 正进行镁合金真空压铸及超低速压铸
些混淆 , 导致工业中对镁合金的组织控制主要依靠经
的实验研究。
验的方法〔3〕。到目前为止 , 对镁合金组织控制的研
212 低压铸造
究 , 主要集中于外来质点对形核的促进作用、抑制晶
低压铸造由于其充型过程的平稳性和良好的排气
粒生长的作用和溶质对形核率的影响。在镁合金熔体
性能 , 被广泛应用于轮毂等对铸件缺陷较为敏感的零
中加入少量的孕育剂 (MgCO3、C2Cl6、FeCl3 等) 或
件制造。而传统低压铸造工艺所采用的压缩空气 , 由
溶质原子 (Zr、Ca、Sr、RE 等) , 能细化镁合金的铸
于气体纯度不够及氧的分压过高所造成的氧化和吸气
造组织并改变沉淀物的形貌 , 提高镁合金的力学性
等问题会造成铸件的氧化夹杂、微裂纹、缩孔和缩松
能 , 改善压力加工性能。但是 , 镁合金组织细化的研
等铸造缺陷 , 限制了低压铸造的推广。采用电磁泵充
究和应用远不如铝合金的深入 , 值得进一步研究。
型的低压铸造新工艺技术 , 以电磁泵充型技术为核
心 , 在加压充型和保压时 , 采用非接触式的电磁力直
2 镁合金成形技术研究开发
接作用于液态金属 , 实现了铝液的平稳输送和充型 ,
当前 , 镁合金的成型工艺仍然以 压 力 铸 造
并防止由于紊流所造成的二次污染 , 得到了较高的铸
(HPDC) 、低压铸造 (L PDC) 、挤压铸造和半固态铸
件质量。同时引入计算机控制系统 , 提高了工艺执行
Jan. 2005
·22 ·
FOUNDRY
Vol154 No11
的准确度 , 也使生产效率得到了提升〔8〕。此外 , 由
体保护原理的基础上 , 讨论了各种混合气体保护的缺
于电磁泵低压铸造工艺所采用的开环控制方式对控制
点 , 研究了不同配比、不同的温度和操作条件下
精度具有较高的要求 , 针对工艺参数的测定和电磁设
HFC2134a 气体对液态镁合金的保护效果 , 并且研究
备的开发也展开了一系列研究工作〔9
- 10〕
。
了相关工艺参数和防护工艺。研究结果认为 HFC2
213 半固态铸造
134a 气体相对于 SO2 和 SF6 具有更优良的保护特性 ,
半固态铸造工艺自诞生以来一直受到了广泛的关
可作为镁合金熔体气体保护的一种优先选择。
注 , 处于研究的前沿。由于该项技术对设备依赖性较
4 镁合金压铸过程数值模拟
大 , 目前研究重点主要集中在设备性能的提升和完善
上。新开发的第二代触变成形机 , 最高射出速度达到
在镁合金压铸生产过程中 , 液态或半固态的金属
5 m/ s , 其螺杆、套筒等关键部件采用新型合金 , 耐
在高速、高压下充型 , 并在高压下迅速凝固 , 容易产
高温及热传导性能有所提升 , 锁模机构的刚性和速度
生气孔等铸造缺陷。由于镁合金压铸充型速度比铝合
得到加强 , 降低了能耗 , 得到了更高的铸件质量和生
金更高 , 凝固速度更快 , 因此 , 镁合金压铸对模具的
产效率〔11〕。与此同时 , 针对触变成形法的研究也促
流道系统及热平衡设计提出了更高的要求。充分了解
使了一批新技术的投入使用 , 如热流道系统、长喷嘴
充填过程的流动和换热规律 , 设计合理的铸件、铸型
技术、触变成形锻压工艺等。
结构及浇注系统 , 选择恰当的压铸工艺参数 , 不仅可
214 挤压铸造
以降低铸件废品率 , 提高铸件质量和生产效率 , 而且
挤压铸造在镁铝合金材料领域 , 以其高铸件质
可以延长模具的使用寿命。数值模拟方法为解决上述
量、高力学性能和高致密度得到了密切的关注。挤压
问题提供了有效的手段。通过压铸充型过程流场、温
铸造可以使任何壁厚的零件进行固溶热处理 , 从而得
度场的数值模拟 , 能够较准确地表达压铸充型过程的
到高于常规压铸的力学性能。另一方面 , 挤压铸造可
流动和传热规律 , 实现理想的型腔充填状态及模具热
以利用在凝固过程中加压的方法 , 得到优于低压铸造
平衡状态 , 预测可能产生的卷气、冷隔等缺陷 , 进而
的铸件致密结构。同时 , 挤压铸造和半固态铸造的密
优化压铸工艺 , 对实际压铸生产具有重要的指导意
切联系也使这项技术处于研究的热点。目前挤压铸造
义。因而 , 计算机模拟仿真技术被广泛用于镁合金压
面临的主要问题是对技术和过程控制要求过高 , 要求
铸件的模具设计及工艺分析。
的投资比较高。目前的研究重点主要集中在挤压顶
清华大学的研究人员〔4〕长期从事压铸过程模拟
针、吸热棒的运用 , 挤压位置的选择 , 工艺参数的控
仿真技术的研究工作 , 并成功将模拟仿真技术用于镁
制等方面〔12〕。
合金压铸件的模具设计优化、热平衡分析及模具热应
挤压铸造既可以采用专用设备进行生产 , 也可以
力和变形的分析。同时 , 特别对压室中的液态金属流
在常规压铸机上进行。他解决了传统压铸机不能生产
动进行了模拟 , 系统地研究了低速压射速度及压室充
厚大件 , 压铸件普遍存在的缩孔缩松问题 , 可生产各
满度等参数对压室中的气体卷入 , 并在此基础上提出
种不同强度和流动性的合金 , 简化了压铸模具设计的
了低速压射的优化工艺。
思路 , 降低了简单零件的压铸模具成本 , 使得中小批
沈阳工业大学的研究人员〔15
- 16〕
采用 FLOW3D
量零件使用压铸工艺生产变成可能。以挤压铸造技术
对不同镁合金铸件的充型过程及凝固过程进行了模拟
为基础 , 对常规铸造、低压铸造和传统挤压铸造机进
分析 , 为镁合金压铸件模具设计及预测缺陷位置提供
行的改造为挤压铸造技术的推广做出了贡献〔13〕。
了理论指导 , 有效地提高了镁合金压铸件质量及降低
模具设计成本。
3 镁合金熔体保护
5 结束语
镁及镁合金的气体保护熔炼技术是目前生产高纯
度、高品质镁合金的技术关键。20 多年前 , 在熔炼
随着镁合金压铸件的广泛应用 , 提高其压铸性能
镁和镁合金时采用 SF6 做保护气体 , 是当时镁工业界
和抗高温蠕变性能已成为当前重要的研究课题。我国
最大的进步。因为它消除了以前使用 SO2 和熔剂熔
的稀土资源丰富 , 稀土镁合金的性能优良 , 开发具有
炼所产生的大多数问题。但到了 1990 年 , SF6 和类
中国特色的压铸稀土镁合金 , 提高其抗高温蠕变性
似物的高温室效应 (是 CO2 的 24 000 倍 , 并能在大
能 , 具有重要意义。
气中长期存在 3 200 年) 迫使镁工业用户必须寻找技
压铸是镁合金最主要的成形工艺 , 为了进一步提
术上可行 , 经济、环保的替代保护气体。寻找 SF6 的
高镁合金零件的的质量及扩大镁合金的应用领域 , 应
替代保护气体是目前镁工业界的一个重要课题。
积极开展一些新的成形工艺方法 (如真空压铸、超低
华北工学院的研究人员〔14〕在论述镁合金熔体气
速压铸、挤压铸造、半固态铸造等成形方法) 的基础
铸造
熊守美等: 镁合金成形技术研究进展
·23 ·
研究工作。镁合金成形技术对工艺过程提出了更高的
四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 ,
要求 , 采用数值模拟技术可以优化成形工艺 (模具设
2004. 35 - 39
〔9〕 许音 , 彭有根 , 杨晶. 直流电磁泵低压铸造系统工艺参数测定
计) , 控制模具热平衡 , 提高产品质量和降低废品率。
〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出
版社 , 2004. 84 - 88
参考文献:
〔10〕 刘云 , 杨晶 , 党惊知. 磁铁结构参数对电磁泵磁场强度的影响
〔1〕 刘海峰 , 佟国栋 , 侯骏 , 等. 含稀土抗蠕变压铸镁合金的开发
〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业
〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业
出版社 , 2004. 103 - 108
出版社 , 2004. 145 - 155
〔11〕 李博文. 新一代触变成形机特点〔A〕. 第四届中国国际压铸会
〔2〕 申健 , 洪成森 , 李锋 , 等. AZ91 与 AM50 + Nd 镁合金的低周
议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 40 - 46
疲劳行为〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京:
〔12〕 夏云 , 里奇·杰卡斯 , 马克·亨特. 挤压铸造及其过程和质量控
机械工业出版社 , 2004. 133 - 138
制技术〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机
〔3〕 李元东 , 郝远 , 陈体军 , 等. 镁合金的铸态组织控制工艺与机
械工业出版社 , 2004. 47 - 54
理〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工
〔13〕 欧阳明. 从普通压铸、挤压、低压铸造机的改造认识挤压压铸
业出版社 , 2004. 156 - 161
技术〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械
〔4〕 唐玉林 , 苏仕方 , 徐爽. 从世界压铸工业及市场发展看我国压
工业出版社 , 2004. 109 - 115
铸工业〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集. 北京: 机械工
〔14〕 靳玉春 , 郭琪敏 , 许小忠 , 等. 液态镁合金气体保护方法研究
业出版社 , 2004 , 1 - 10
发展趋势〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 机械工
〔5〕 Mamoru Murakami , Hiroyuki Omura. High vacuum die cast tech2
业出版社 , 2004. 167 - 172
nology and its application〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集
〔15〕 张艳 , 吴伟 , 等. 镁合金压铸充型过程的优化〔A〕. 第四届中
〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004. 16 - 20
国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业出版社 , 2004.
〔6〕 于宝义 , 王峰 , 刘正 , 等. 压铸镁合金轮毂缺陷分析与解决措
25 - 30
施〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工
〔16〕 洪成淼 , 申健 , 等. 镁合金压铸件缺陷的计算及模拟仿真分析
业出版社 , 2004. 173 - 179
〔A〕. 第四届中国国际压铸会议论文集〔C〕. 北京: 机械工业
〔7〕 熊守美. 镁合金压铸成形技术研究进展〔R〕. 第四届中国国际
出版社 , 2004. 226 - 230
压铸会议学术报告 , 2004
〔8〕 侯击波 , 霍立兴 , 程军. 电磁泵低压铸造控制系统研究〔A〕. 第
(编辑 : 曲学良 , qxl @foundryworld1com)
唉！论文是自己学的！不是被人给的！
知道多少写多少！不知道的赶紧去学！
