鋁合金輪轂壓鑄模具設(shè)計,鋁合金輪轂低壓鑄造工藝
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本文目錄:
- 1、壓鑄模具設(shè)計的模具要點有那些?
- 2、壓鑄模具有哪些具體性的特點呢?
- 3、鋁合金輪轂模具是什么模具
- 4、鎂合金壓鑄模和鋁合金壓鑄模設(shè)計區(qū)別在哪里?
壓鑄模具設(shè)計的模具要點有那些?
壓鑄模 壓鑄模是壓鑄生產(chǎn)三大要素之一,結(jié)構(gòu)正確合理的模具是壓鑄生產(chǎn)能否順利進行的先決條件,并在保證鑄件質(zhì)量方面(下機合格率)起著重要的作用。 由于壓鑄工藝的特點,正確選用各工藝參數(shù)是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的決定因素,而模具又是能夠正確選擇和調(diào)整各工藝參數(shù)的前提,模具設(shè)計實質(zhì)上就是對壓鑄生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種因素預計的綜合反映。如若模具設(shè)計合理,則在實際生產(chǎn)中遇到的問題少,鑄件下機合格率高。反之,模具設(shè)計不合理,例一鑄件設(shè)計時動定模的包裹力基本相同,而澆注系統(tǒng)大多在定模,且放在壓射后沖頭不能送料的灌南壓鑄機上生產(chǎn),無法正常生產(chǎn),鑄件一直粘在定模上。盡管定模型腔的光潔度打得很光,因型腔較深,仍出現(xiàn)粘在定模上的現(xiàn)象。所以在模具設(shè)計時,必須全面分析鑄件的結(jié)構(gòu),熟悉壓鑄機的操作過程,要了解壓鑄機及工藝參數(shù)得以調(diào)整的可能性,掌握在不同情況下的充填特性,并考慮模具加工的方法、鉆眼和固定的形式后,才能設(shè)計出切合實際、滿足生產(chǎn)要求的模具。 剛開始時已講過,金屬液的充型時間極短,金屬液的比壓和流速很高,這對壓鑄模來說工作條件極其惡劣,再加上激冷激熱的交變應力的沖擊作用,都對模具的使用壽命有很大影響。 模具的使用壽命通常是指通過精心的設(shè)計和制造,在正常使用的條件下,結(jié)合良好的維護保養(yǎng)下出現(xiàn)的自然損壞,在不能再修復而報廢前,所壓鑄的模數(shù)(包括壓鑄生產(chǎn)中的廢品數(shù))。 實際生產(chǎn)中,模具失效主要有三種形式:①熱疲勞龜裂損壞失效;②碎裂失效;③溶蝕失效。 致使模具失效的因素很多,既有外因(例澆鑄溫度高低、模具是否經(jīng)預熱、水劑涂料噴涂量的多少、壓鑄機噸位大小是否匹配、壓鑄壓力過高、內(nèi)澆口速度過快、冷卻水開啟未與壓鑄生產(chǎn)同步、鑄件材料的種類及成分Fe的高低、鑄件尺寸形狀、壁厚大小、涂料類型等等)。也有內(nèi)因(例模具本身材質(zhì)的冶金質(zhì)量、坯料的鍛制工藝、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、澆注系統(tǒng)設(shè)計的合理性、模具機(電加工)加工時產(chǎn)生的內(nèi)應力、模具的熱處理工藝、包括各種配合精度和光潔度要求等)。 模具若出現(xiàn)早期失效,則需找出是哪些內(nèi)因或外因,以便今后改進。 ① 模具熱疲勞龜裂失效 壓鑄生產(chǎn)時,模具反復受激冷激熱的作用,成型表面與其內(nèi)部產(chǎn)生變形,相互牽扯而出現(xiàn)反復循環(huán)的熱應力,導致組織結(jié)構(gòu)二損傷和喪失韌性,引發(fā)微裂紋的出現(xiàn),并繼續(xù)擴展,一旦裂紋擴大,還有熔融的金屬液擠入,加上反復的機械應力都使裂紋加速擴展。 為此,一方面壓鑄起始時模具必須充分預熱。另外,在壓鑄生產(chǎn)過程中模具必須保持在一定的工作溫度范圍中,以免出現(xiàn)早期龜裂失效。同時,要確保模具投產(chǎn)前和制造中的內(nèi)因不發(fā)生問題。因?qū)嶋H生產(chǎn)中,多數(shù)的模具失效是熱疲勞龜裂失效。 ② 碎裂失效 在壓射力的作用下,模具會在最薄弱處萌生裂紋,尤其是模具成型面上的劃線痕跡或電加工痕跡未被打磨光,或是成型的清角處均會最先出現(xiàn)細微裂紋,當晶界存在脆性相或晶粒粗大時,即容易斷裂。而脆性斷裂時裂紋的擴展很快,這對模具的碎裂失效是很危險的因素。為此,一方面凡模具面上的劃痕、電加工痕跡等必須打磨光,即使它在澆注系統(tǒng)部位,也必須打光。另外要求所使用的模具材料的強度高、塑性好、沖擊韌性和斷裂韌性均好。③熔融失效 前面已講過,常用的壓鑄合金有鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金,也有純鋁壓鑄的,Zn、Al、Mg是較活潑的金屬元素,它們與模具材料有較好的親和力,特別是Al易咬模。當模具硬度較高時,則抗蝕性較好,而成型表面若有軟點,則對抗蝕性不利。但在實際生產(chǎn)中,溶蝕僅是模具的局部地方,例內(nèi)澆口直接沖刷的部位(型芯、型腔)易出現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象,以及硬度偏軟處易出現(xiàn)鋁合金的粘模。 壓鑄生產(chǎn)中常遇模具存在的問題注意點: 1、 澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng) 例(1)對于冷室臥式壓鑄機上模具直澆道的要求: ① 壓室內(nèi)徑尺寸應根據(jù)所需的比壓與壓室充滿度來選定,同時,澆口套的內(nèi)徑偏差應比壓室內(nèi)徑的偏差適當放大幾絲,從而可避免因澆口套與壓室內(nèi)徑不同軸而造成沖頭卡死或磨損嚴重的問題,且澆口套的壁厚不能太薄。澆口套的長度一般應小于壓射沖頭的送出引程,以便涂料從壓室中脫出。 ② 壓室與澆口套的內(nèi)孔,在熱處理后應精磨,再沿軸線方向進行研磨,其表面粗糙≤Ra0.2m。 ③ 分流器與形成涂料的凹腔,其凹入深度等于橫澆道深度,其直徑配澆口套內(nèi)徑,沿脫模方向有5斜度。當采用涂導入式直澆道時,因縮短了壓室有效長度的容積,可提高壓室的充滿度。 (2)對于模具橫澆道的要求 ① 冷臥式模具橫澆道的入口處一般應位于壓室上部內(nèi)徑2/3以上部位,以免壓室中金屬液在重力作用下過早進入橫澆道,提前開始凝固。 ② 橫澆道的截面積從直澆道起至內(nèi)澆口應逐漸減小,為出現(xiàn)截面擴大,則金屬液流經(jīng)時會出現(xiàn)負壓,易吸入分型面上的氣體,增加金屬液流動中的渦流裹氣。一般出口處截面比進口處小10-30%。 ③ 橫澆道應有一定的長度和深度。保持一定長度的目的是起穩(wěn)流和導向的作用。若深度不夠,則金屬液降溫快,深度過深,則因冷凝過慢,既影響生產(chǎn)率又增加回爐料用量。 ④ 橫澆道的截面積應大于內(nèi)澆口的截面積,以保證金屬液入型的速度。主橫澆道的截面積應大于各分支橫澆道的截面積。 ⑤ 橫澆道的底部兩側(cè)應做成圓角,以免出現(xiàn)早期裂紋,二側(cè)面可做出5左右的斜度。橫澆道部位的表面粗糙度≤Ra0.4m。 (3)內(nèi)澆口 ① 金屬液入型后不應立即封閉分型面,溢流槽和排氣槽不宜正面沖擊型芯。金屬液入型后的流向盡可能沿鑄入的肋筋和散熱片,由厚壁處想薄壁處填充等。 ② 選擇內(nèi)澆口位置時,盡可能使金屬液流程最短。采用多股內(nèi)澆口時,要防止入型后幾股金屬液匯合、相互沖擊,從而產(chǎn)生渦流包氣和氧化夾雜等缺陷。 ③ 薄壁件的內(nèi)澆口厚件要適當小些,以保證必要的填充速度,內(nèi)澆口的設(shè)置應便于切除,且不使鑄件本體有缺損(吃肉)。 (4)溢流槽 ① 溢流槽要便于從鑄件上去除,并盡量不損傷鑄件本體。 ② 溢流槽上開設(shè)排氣槽時,需注意溢流口的位置,避免過早阻塞排氣槽,使排氣槽不起作用。 ③ 不應在同一個溢流槽上開設(shè)幾個溢流口或開設(shè)一個很寬很厚的溢流口,以免金屬液中的冷液、渣、氣、涂料等從溢流槽中返回型腔,造成鑄件缺陷。 2、 鑄造圓角(包括轉(zhuǎn)角) 鑄件圖上往往注明未注圓角R2等要求,我們在開制模具時切忌忽視這些未注明圓角的作用,決不可做成清角或過小的圓角。鑄造圓角可使金屬液填充順暢,使腔內(nèi)氣體順序排出,并可減少應力集中,延長模具使用壽命。(鑄件也不易在該處出現(xiàn)裂紋或因填充不順而出現(xiàn)各種缺陷)。例標準油盤模上清角處較多,相對來說,目前兄弟油盤模開的最好,重機油盤的也較多。 3、 脫模斜度 在脫模方向嚴禁有人為造成的側(cè)凹(往往是試模時鑄件粘在模內(nèi),用不正確的方法處理時,例鉆、硬鑿等使局部凹入)。 4、 表面粗糙度 成型部位、澆注系統(tǒng)均應按要求認真打光,應順著脫模方向打光。由于金屬液由壓室進入澆注系統(tǒng)并填滿型腔的整個過程僅0.01-0.2秒的時間。為了減少金屬液流動的阻力,盡可能使壓力損失少,都需要流過表面的光潔度高。同時,澆注系統(tǒng)部位的受熱和受沖蝕的條件較惡劣,光潔度越差則模具該處越易損傷。 5、 模具成型部位的硬度 鋁合金:HRC46左右 銅:HRC38左右 加工時,模具應盡量留有修復的余量,做尺寸的上限,避免焊接。 壓鑄模具組裝的技術(shù)要求: 1、 模具分型面與模板平面平行度的要求。 2、 導柱、導套與模板垂直度的要求。 3、 分型面上動、定模鑲塊平面與動定模套板高出0.1-0.05mm。 4、推板、復位桿與分型面平齊,一般推桿凹入0.1mm或根據(jù)用戶要求。 5、模具上所有活動部位活動可靠,無呆滯現(xiàn)象pin無串動。 6、滑塊定位可靠,型芯抽出時與鑄件保持距離,滑塊與塊合模后配合部位2/3以上。 7、澆道粗糙度光滑,無縫。 8、合模時鑲塊分型面局部間隙0.05mm。 9、冷卻水道暢通,進出口標志。 10、成型表面粗糙度Rs=0.04,無微傷。
壓鑄模具有哪些具體性的特點呢?
壓鑄模具是鑄造液態(tài)模鍛的一種方法,一種在專用的壓鑄模鍛機上完成的工藝。它的基本工藝過程是:金屬液先低速或高速鑄造充型進模具的型腔內(nèi),模具有活動的型腔面,它隨著金屬液的冷卻過程加壓鍛造,既消除毛坯的縮孔縮松缺陷,也使毛坯的內(nèi)部組織達到鍛態(tài)的破碎晶粒。毛坯的綜合機械性能得到顯著的提高。壓鑄模鍛工藝還有一個優(yōu)勢特點是,除了能生產(chǎn)傳統(tǒng)的鑄造材料外,它還能用變形合金、鍛壓合金,生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)很復雜的零件。這些合金牌號包括:硬鋁超硬鋁合金、鍛鋁合金,如LY11、LY12、6061、6063、LYC、LD等)。這些材料的抗拉強度,比普通鑄造合金高近一倍,對于鋁合金汽車輪轂、車架等希望用更高強度耐沖擊材料生產(chǎn)的部件,有更積極的意義。
1.傳統(tǒng)的壓鑄工藝,主要成型出各種復雜造型零件;生產(chǎn)效率高;壓鑄件上可以鑲嵌其他材料的零件;不適合小批量生產(chǎn);壓鑄合金種類受限制。2.真空壓鑄,其主要可以減少壓鑄件內(nèi)部氣孔,增大致密度;壓鑄件硬度高,組織細小;可加工材料壁厚比傳統(tǒng)減少25%~50%;可減少澆注與排氣系統(tǒng);可提高生產(chǎn)率10%~20%3。充氧壓鑄,主要消除減少氣孔;壓出的鑄件可在200~300℃高溫下工作;比其他類型壓鑄相比結(jié)構(gòu)簡單,操作方便4.精速密壓鑄,主要是有個低的充填速度;厚的內(nèi)澆口;控制制件順序凝固;壓射機構(gòu)采用雙沖頭5,半固態(tài)壓鑄,起主要是50%固相成分使得合金收縮率小,同時具有較好的流動補縮,鑄件質(zhì)量好;半固態(tài)進型腔不流淌,基本上上可以全壁厚充填;操作簡單方便,便于組織機械化生產(chǎn);可實現(xiàn)零脫模阻力,提高鑄件精度;其在剪切力作用下晶粒細化,力學性能提高。
鋁合金輪轂模具是什么模具
是鋁合金壓鑄模具.
鋁合金車輪擠壓鑄造工藝
上海交通大學 洪慎章 曾振鵬
摘 要 采用擠壓鑄造代替壓力鑄造生產(chǎn)鋁合金車輪,不僅克服了壓鑄件內(nèi)部容易形成氣孔和氧化夾雜的缺陷,而且提高了成品率及材料利用率。介紹了鋁合金車輪擠壓鑄造的模具結(jié)構(gòu)及設(shè)計參數(shù),分析了擠壓鑄造的工藝參數(shù)及選擇依據(jù)。
關(guān)鍵詞:鋁合金車輪 擠壓鑄造 模具結(jié)構(gòu)
目前,國內(nèi)卡丁車(類似碰碰車)都從國外進口,其中鋁合金車輪是一個重要零件。過去,國外采用壓力鑄造生產(chǎn)該鑄件,鑄件質(zhì)量差,且成品率低,勞動強度大。針對該鑄件的結(jié)構(gòu)特點和性能要求,如何提高其產(chǎn)品質(zhì)量、降低原材料消耗、節(jié)約能源、提高勞動生產(chǎn)率及降低鑄件成本,是當前生產(chǎn)中的關(guān)鍵。從研制的情況可知,采用擠壓鑄造代替壓力鑄造是今后制造鋁合金車輪行之有效的工藝。
1 車輪材料、要求及鑄件設(shè)計
圖1所示為鋁合金車輪零件圖。車輪不僅有較高的性能要求,而且形狀十分復雜。
圖1 車輪零件圖
車輪材料的化學成分(質(zhì)量分數(shù))為:1.5%~3.5%的Cu,10.5%~12.0%的Si,<0.3%的Mg,<1.0%的Zn,<0.5%的Mn,<1.3%的Fe,<0.5%的Ni,<0.5%的Sn,其余為Al。力學性能要求:b>276 MPa,s>115 MPa,>4.4%,HB>92。
該車輪內(nèi)外形的尺寸精度較高,都應加放加工余量及余塊。按擠壓鑄造工藝的要求,把形狀復雜的車輪零件圖設(shè)計如圖2所示的鑄件圖。由該圖可見,為便于從鑄件內(nèi)孔脫出及簡化模具加工,把原來的階梯軸孔設(shè)計成圓柱形中心孔,其直徑為?30 mm,內(nèi)壁斜度為3〔1〕。
圖2 車輪鑄件圖
2 模具結(jié)構(gòu)及設(shè)計參數(shù)〔1〕
2.1 擠壓鑄造模具結(jié)構(gòu)
鋁合金車輪擠壓鑄造的模具結(jié)構(gòu)如圖3所示。它主要有凸模、右凹模、頂桿鑲塊和左凹模組成所要求的型腔。左凹模和右凹模分別固定在左凹模定模板和右凹模動模板上,左凹模定模板用螺釘緊固在下模板上,右凹模動模板經(jīng)過側(cè)缸在導柱上實施開啟及閉合。
圖3 車輪擠壓鑄造模具
1.上模板 2.凸模固定板 3.凸 模 4.導 柱 5.右凹模 6.右凹模動模板
7.墊 板 8.下模板 9.頂桿鑲塊 10.左凹模 11.左凹模定模板
采用2000 kN油壓機改裝進行擠壓鑄造,其工作過程是:將定量的合金熔液澆入型槽后,固定在活動橫梁上的凸模以一定速度向下擠入型腔,壓力達一定數(shù)值后保壓;鋁合金凝固后卸壓,凸模通過工作缸的回程向上移動,頂桿鑲塊通過下頂缸從鑄件內(nèi)向下退出,直到全部脫離鑄件之后,再用側(cè)缸開啟右凹模,取出鑄件。
2.2 模具設(shè)計的主要參數(shù)
(1) 間隙 凸模與左、右凹模之間的間隙要適當。過小則因凸模與凹模的裝配誤差而相碰或咬??;過大則合金熔液通過間隙噴出,造成事故;或者在間隙中產(chǎn)生縱向毛剌,減小加壓效果,阻礙卸料。合理的間隙與加壓開始時間、加壓速度、壓力大小、工件尺寸及金屬材料有關(guān)。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗,單邊間隙取0.1 mm。
(2) 脫模斜度 合金熔液在凸模壓力下凝固成鑄件,冷卻后緊包在凸模及頂桿鑲塊上。為了便于凸模及頂桿鑲塊脫出,故在凸模及頂桿鑲塊上設(shè)有3的脫模斜度。由于鑄件外形呈圓狀,且分在左、右兩片凹模,只要右凹模向右移動一定距離,鑄件就易從左凹模取出,故不必設(shè)置脫模斜度。
(3) 排氣 在左、右兩片凹模完全閉合后,合金熔液因緩慢地澆入型腔,型腔中氣體可基本排出。擠壓鑄造時,留在凸模導向部分的少量氣體,通過凸模與凹模之間的間隙排出。
(4) 模具材料 擠壓鑄造是在一定的壓力和一定的溫度下進行的,不存在像壓鑄模那樣受到金屬液的沖刷。工作壓力比壓鑄時高,只要求模具在高溫下有一定的抗壓強度即可。另外,為了防止與合金熔液接觸的模具表面產(chǎn)生熱疲勞裂紋,左右凹模、凸模及頂桿鑲塊均采用3Cr2W8V合金模具鋼制造,熱處理后硬度為HRC48~52,型腔表面進行軟氮化處理。
3 擠壓鑄造的工藝參數(shù)
擠壓鑄造是鑄鍛結(jié)合的工藝,其生產(chǎn)工藝過程是:合金的熔化、模具的準備(清理、預熱、噴涂潤滑劑)、金屬的澆注、液態(tài)金屬的加壓、壓力的保持、壓力的去除及鑄件的取出等。
為保證鑄件質(zhì)量,須合理選擇工藝參數(shù)〔1~2〕。
(1) 比壓 壓力大小對鑄件的物理力學性能、鑄造缺陷、組織、偏析、熔點及相平衡等都有直接影響。所以確定成形必須的單位壓力是很重要的。如果比壓過小,鑄件表面與內(nèi)在質(zhì)量都不能達到技術(shù)指標;比壓過大,對性能的提高不十分明顯,還容易使模具損壞,且要求較大合模力的設(shè)備。擠壓鑄造試驗是在2 000 kN油壓機上進行的。試驗證明,適合于本鋁合金車輪擠壓鑄造的比壓應在50~60 MPa范圍內(nèi)選取。
(2) 加壓開始時間 從車輪擠壓鑄造試驗的結(jié)果來看,其加壓開始時的間隔時間過長,鑄件的強度及伸長率降低?,F(xiàn)用的開始加壓時間是3~5 s,較為合適。
(3) 加壓速度 擠壓鑄造要求一定的加壓速度,在可能情況下,以加壓速度快一點為好。加壓速度快,則凸模能很快地將壓力施加于金屬上,便于成形、結(jié)晶和塑性變形。但也不宜過快,否則會使部分合金熔液的表面產(chǎn)生飛濺及渦流,使鑄件產(chǎn)生缺陷,以及在凸、凹模之間的間隙中流出過多的合金熔液,形成難以去除的縱向毛刺。因此,必須使凸模緩慢地壓入液態(tài)金屬中。由于使用的油壓機工作進給速度較慢,故利用工作行程的速度進行壓制。
(4) 保壓時間 壓力保持時間主要取決于鑄件厚度,在保證成形和結(jié)晶凝固條件下,保壓時間以短為好。但是保壓時間過短,則鑄件內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔,如果保壓時間過長,則會延長生產(chǎn)周期,增加變形抗力,降低模具使用壽命。考慮本車輪的壁厚情況,擠壓鑄造的保壓時間選用12 s左右。
(5) 模具預熱溫度 模具若不預熱,合金熔液注入型腔后會很快凝固,導致來不及加壓;但預熱溫度也不能過高,否則會延長保壓時間,降低生產(chǎn)率,同時也不利于噴涂潤滑劑。對本車輪擠壓鑄造模具的預熱溫度為200~300℃,通常是用煤油噴燈進行加熱。
(6) 合金澆注溫度 澆注溫度過高或過低都對合金成形有明顯影響。過低,合金極易凝固,所需單位壓力大;過高,易產(chǎn)生縮孔。必須指出,擠壓鑄造合金的澆注溫度要比砂型澆注溫度高。一般希望把澆注溫度控制在比較低的數(shù)值,因為擠壓鑄造時希望消除氣孔、縮孔和疏松。在澆注溫度低時,氣體易于從合金熔液內(nèi)部逸出,極少留在金屬中,易于消除氣孔。此外,也可減少縮孔形成機會,同時由于澆注溫度較低,金屬溢出較少,可減少毛刺。對本車輪擠壓鑄造的澆注溫度選用720~740℃為最合適。
(7) 潤滑劑 潤滑劑的作用是保護模具,提高鑄件表面質(zhì)量和便于從模具內(nèi)取出鑄件。采用機油石墨潤滑劑,即5%的200~300目的石墨粉加入到95%機油中,攪拌均勻即可。用噴槍噴涂在模具型腔表面上,其厚度為0.05~0.1 mm,過厚會影響鑄件表面質(zhì)量。
(8) 冷卻 擠壓鑄造卸壓后,一般應立即脫模,故鑄件的出模溫度較高。為了防止高溫的鑄件空冷時在薄壁與厚壁的交界處產(chǎn)生裂紋,應將出模后的鑄件立即放入砂堆中,待冷卻到150℃以下時再取出空冷。
4 結(jié) 論
在汽車、摩托車及自行車等交通工具零件生產(chǎn)中,世界各國逐漸用鋁合金代替鋼質(zhì)材料的系統(tǒng)工程研究是今后長時間需要解決的問題。鑄造技術(shù)和熱鍛技術(shù)有機結(jié)合,形成先進的擠壓鑄造成形工藝,在技術(shù)上和經(jīng)濟上明顯優(yōu)于壓力鑄造工藝。它特別適合于形狀復雜、帶有多孔或臺階形狀類零件的成形,是一種具有較寬的適用性、較大推廣價值及很有發(fā)展前途的工藝。
鎂合金壓鑄模和鋁合金壓鑄模設(shè)計區(qū)別在哪里?
鎂合金的流動性好于鋁合金,它的比熱低,較鋁合金更快凝固。鎂合金要求壓射時間比鋁合金要短,澆口速度比鋁合金要高。所以,鎂合金模具的澆口在產(chǎn)品外觀尺寸相同的情況下,截面積要比鋁合金壓鑄模具小,另外鎂合金模具的排氣一定要比鋁合金做的更細致,絕對不能飛料,容易發(fā)生安全事故。機器的壓射速度要求也應該比鋁合金要高,現(xiàn)在國產(chǎn)的一流壓鑄機基本可以滿足要求。另外,鎂合金與模具不容易發(fā)生粘合,所以,在設(shè)計模具時可以少考慮粘模的可能,而且拔模斜度也可以比鋁合金要小。產(chǎn)品可以比鋁合金做的更薄。
提問人的追問2012-3-7 1:34:58
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