摘要：文章结合500C型压铸机，介绍了压铸机的工作过程，在此基础上详细分析了压铸机的工作载荷，建立了压铸机整机有限元分析模型，使用大型有限元分析软件ANSYS对整机进行了三维有限元分析，给出压铸机各主要受力部件的应力与变形关系，为压铸机的改进设计提供了重要的依据。

引 言

压力铸造是一种先进的少无切削加工方式，而压铸机是压铸生产中最关键的设备，其设计制造相当复杂。目前，国内在压铸装备研究方面是一个薄弱环节，特别是在独立开发新型压铸机研究工作方面几乎是完全空白，因此，国内压铸机企业多半是引进国外的成型产品，自主设计能力不足，严重影响了我国相关行业的进一步发展。

1、压铸机工作载荷分析

压铸机设计计算中的难点就是各主要受力部件的应力计算。本文采用有限元法，以500C型压铸机为例，对压铸机进行整机应力分析。采用压铸机制造压铸件的工艺过程，分为合模(锁模)、压铸注射及开模(取出工件)等主要工艺步骤，在不同阶段，压铸机的合模机构的载荷和受力不同。由于本文主要考虑压铸机主要结构件及合模系统有限元分析模型的载荷，故以受载最为严重的压铸注射状态来分析，而有限元分析模型是根据500C的型谱参数来建立的 。

1.1 动、静模板分型面上的最大载荷动、静模板在压铸工艺过程中，先后承受合型力(锁模力)以及压铸时的胀型力的作用 ，如图1所示。

1.1.1 锁模力Ps

对于所研究的500C型压铸机，其设计名义额定锁模力为5000kN 。根据设计要求，应有15%左右的设计余量，故取为5800kN。

由图1可知，锁模力Ps的大小，由调节合模系统总变形量δ来确定，其载荷P 分布作用于动、静模的接触面上。

1.1.2 胀型力Pz

压铸注射工艺过程一般分为注射缸金属聚集、充型及增压补缩3个阶段，压射缸的压力(比压)在增压补缩阶达到最大值Pmax，这时型腔中充满金属，胀型力达到最大值。

即Pz= Pmax × A

A = Al+ A2 + A3                               (1)

其中，A为型腔在分型面投影面积；Al为工件投影面积；A2为横浇口投影面积；A3 为竖浇口投影面积。

为了使压铸时动静模不分离，避免金属外溅和零件出现飞边，要求胀型力Pz必须小于锁模力Ps。

根据设计规范，一般有

Pz≤ 0.85 XPs                               (2)

在设计时，锁模力Ps已经由不同型号压铸机的型谱主参数给定，因此，用户在选用压铸机加工零件时，零件的最大压铸面积必须符合(1)、(2)式的要求。

根据加工零件模腔投影图得知A=370cm2 ，由5OOC型谱参数得知P=135MPa，故可求得胀型力为

Pz= Pmax × A ≈5000kN

1.1.3 动、静模板分型面上的最大栽荷

由图1可知，当压铸注射时，型腔压力增大，动、静模接触面之间的锁合力逐渐减小。根据系统变形谐调关系，动、静模分型面上最大载荷为

Pmax= Pz + Pc

当胀型力Pz过大时，Pc≤0，则动静模分离。由于δm(模边变形量)实际很小，Pmax≈Ps，则有

Pmax≈Ps= Pz + Pc

即Pc= Ps - Pz =800kN

由于Pc均布于动、静模型腔内，当模腔偏心时，Pc对合模机构的轴向形心产生偏载，沿偏距反向线性增大。

1.2 注射缸中最大压射力和冲击载荷

1.2.1 最大压射力及作用位置

压铸过程分为金属聚集、充型及增压补缩阶段，其中增压补缩阶段压力最大，500C压铸机增压时最大压射力Pdmax=520kN。有限元分析模型中，为了计算C型支架受载后的应力与变形，故把Pdmax作用于压铸油缸的右端法兰连接面，同时向左通过活塞冲头作用于压射室铸型金属液 。

1.2.2 液压缸中冲击栽荷

压射室铸型金属液在冲头作用下以一定的流速和压力实现3个阶段的压铸工艺要求，在充型结束时，运动很快停止，形成较大冲击载荷。根据设计要求，移动质量m=93.7kg，移动速度v=3.5m/s，停止时间t=0.002S，由冲量公式mv=Pgt，冲击力Pg计算为Pg= mv/t=164 kN。由于Pg，且冲击力是出现在增压补缩之前，为了安全起见，在有限元模型中仍然把最大压射力和冲击力叠加后作用于压缩缸中。