压铸模课程设计(薄壁壳体压铸工艺与压铸模具设计).docx

井冈山大学压铸模课程设计说明书井冈山大学压铸模课程设计说明书题 目 薄壁壳体压铸工艺与压铸 型设计院 （部）： 机电工程学院专 业： 材料成型班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期： III目 录摘 要.1前 言1.1选题背景和意义.11.2 压铸相关文献综述.12零件设计52.1 零件分析.52.2初步确定设计方案.53压铸件工艺分析.63.1 压铸合金工艺分析.63.2 压铸件工艺分析.63.3 分型面的选择.64排溢系统与浇注系统设计.84.1 浇注系统的设计.84.2 排溢系计统的设.105 压铸模结构设计.12 5.1 压铸机的选择.12 5.1.1确定模具分型面上铸件的总投影面积.12 5.1.2 确定压射比压.13 5.2 型腔和型芯尺寸的设计.14 5.3 镶块、型芯、模板的设计.14 5.3.1 镶块的设计.14 5.3.2 型芯的设计.15 5.3.3 动、定模板 的设计.165.4 滑块的设计.185.5斜销的设计.195.6压板设计.205.7垫块的设计 .215.8导柱、导套的设计.225.9浇口套的设计 .235.10分流锥的设计.245.11推出机构、复位机构的设计.245.12模具装配图设计.255.13 压铸模的技术要求.266 压铸机校核.276.1 压室容量的核算.276.2 模具厚度核算.276.3 动模行程核算.287 压铸工艺流程.308结 论.319参考文献. .32薄壁壳体压铸工艺与压铸型设计摘 要压铸是制造业的一种工艺，能够成型复杂的高精度的金属制品，多用于汽车制造，机械制造等。本课题是对铝壳体进行模具设计并分析加工工艺。本模具考虑到年产量、工厂的设备及铸件的精度要求，选择一型两腔结构。以制品的最大端面为分型面,使制品顺利脱模。为了出模顺利，须进行侧向抽芯。采用solidworks、AutoCad来实现铝壳体的三维设计及模具成型零件设计，分析制件的成型质量和完成分型面的设计，再采用EMX组件来实现模架的装配，并在产品设计及模具装配过程中，辅助以必要的理论计算，为了使动、定模能够准确地动作, 导向定位机构利用导柱与导套的配合。顶出机构是推杆推出的一次脱出机构。通过计算和查阅相关参数，确定了浇注系统和溢流系统各部分的尺寸及压铸工艺参数，绘制了铸件毛坯图和工艺图。通过计算锁模力选定压铸机型号。根据确定的压铸工艺方案和压铸机类型设计了压铸型，对成形部分尺寸进行了详细的计算，通过查阅相关手册确定了压铸型主要零件的结构尺寸，并对压铸型总厚度、动模座板行程和压室充满度进行了校核，绘制了压铸型全套图纸。关键词：压铸模具；加工工艺分析；solidworks； 1前 言1.1选题背景和意义： 压铸是最先进的金属成型方法之一，是实现少切屑，无切屑的有效途径，应用很广，发展很快。目前压铸合金不再局限于有色金属的锌、铝、鎂和铜，而且也逐渐扩大用来压铸铸铁和铸钢件。    压铸件的尺寸和重量，取决于压铸机的功率。由于压铸机的功率不断增大，铸件形尺寸可以从几毫米到12m；重量可以从几克到数十公斤。国外可压铸直径为2m，重量为50kg的铝铸件。压铸件也不再局限于汽车工业和仪表工业，逐步扩大到其它各个工业部门，如农业机械、机床工业、电子工业、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和日用五金等几十个行业。在压铸技术方面又出现了真空压铸、加氧压铸、精速密压铸以及可溶型芯的应用等新工艺。薄壁压铸件在压铸工艺技术中，普遍都认为是有一定难度的。由于壁薄就带来充型难；出模难；易变形；精度难以保证等等。因此对模具的浇注系统，排气系统，模具结构，压铸工艺参数都必须严格、周密的考虑，用于压铸生产的合金材料有铝合金、纯铝、锌合金、镁合金、铜合金、铅合金、锡合金等。 压铸该箱体薄壁压铸件在浇注系统、模具结构、压铸工艺等方面有一细列技术问题。在本次设计中，解决了该薄壁压铸件浇注系统如何开设，如何保证充填过程中充填阻力最小，排气条件最好；模具结构如何满足该薄壁压铸件结构的需要；压铸工艺又如何适该薄壁压铸件工艺等要求。对于实际生产有重要意义。1.2相关文献综述 (一)压铸概念 压力铸造是液态和半固态金属在活塞的高压作用下以较高的速度充填铸型型腔，并在压力作用下凝固获得铸件的方法。高压和高速充填压铸型是压铸的两大特点。它常用的压射比压是从几千至几万kPa，甚至高达2×105kPa。充填速度约在1050ms，有些时候甚至 可达100ms以上。充填时间很短，一般在0.010.2s范围内。（一）压力铸造的概念及特点(二)压铸机的选择实际生产中并不是每台压铸机都能满足压铸各种产品的需要，而必须根据具体情况进行选用，一般应从下述两方面进行考虑： （1）按不同品种及批量选择 在组织多品种，小批量生产时，一般要选用液压系统简单，适应性强，能快速进行调整的压铸机，在组织少品种大量生产时，要选用配备各种机械化和自动化控制机构的高效率压铸机；对单一品种大量生产的铸件可选用专用压铸机。 （2） 按铸件结构及工艺参数选择 铸件外形寸尺，重量、壁厚等参数对选用压铸机有重要影响。 铸件重量（包括浇注系统和溢流槽）不应超过压铸机压定的额定容量，但也不能过小，以免造成压铸机功串的浪费。一般压铸机的额定容量可查说明书。 压铸机都有一定的最大和最小型距离，所以压型厚度和铸件高度要有一定限度，如果压铸型厚度或铸件高度太大就可能取不出铸件。 （三）压铸工艺在压铸生产中，压铸机、压铸合金和压铸型是三大要素。压铸工艺则是将三大要素作有权的组合并加以运用的过程。使各种工艺参数满足压铸生产的需要。 (四)压力和速度的选择压射比压的选择，应根据不同合金和铸件结构特性确定。对充填速度的选择，一般对于厚壁或内部质量要求较高的铸件，应选择较低的充填速度和高的增压压力；对于薄壁或表面质量要求高的铸件以及复杂的铸件，应选择较高的比历和高的充填速度。 （五）浇注温度浇注温度是指从压定进入型腔时液态金属的平均温度，由于对压室内的液态金属温度测量不方便，一般用保温炉内的温度表示。 浇注温度过高，收缩大，使铸件容易产生裂纹、晶粒粒大、还能造成粘型；浇注源度过低，易产生冷隔、表面花纹和浇不足等缺陷。因此浇注温度应与压力、压铸型温度及充填速度同时考虑。 （六）压铸型的温度铸压型在使用前要预热到一定温度，一般多用煤气、喷灯、电器或感应加热。 在连续生产中，压铸型温度往往升高，尤其是压铸高熔点合金，升高很快。温度过高除使液态金属产生粘型外，铸件冷却缓慢，使晶粒粗大。因此在压铸型温度过高时，应采期冷却措施。通常用压缩空气、水或化学介质进行冷却。 （七）充填、持压和开型时间（1）充填时间 自液态金属开始进入型腔起到充满型腔止，所需的时间称为充填时间。充填时间长短取决于铸件的体积的大小和复杂程度。对大而简单的铸件，充填时间要相对长 些，对复杂和薄壁铸件充填时间要短些。充填时间与内浇口的截面积大小或内浇口的宽度和厚度有密切关系，必须正确确定。 （2）持压和开型时间 从液态金属充填型腔到内浇口完全凝固时，继续在压射冲头作用下的持续时间，称为持压时间。持压时间的长短取决于铸件的材质和壁厚。 持压后应开型取出铸件。从压射终了到压铸打开的时间，称为开型时间，开型时间应控制准确。开型时间过短，由于合金强度尚低，可能在铸件顶出和自压铸型落下 时引起变形；但开型时间太长，则铸件温度过低，收缩大，对抽芯和顶出铸件的阻力亦大。一般开型时间按铸件壁厚1毫米需3秒钟计算，然后经试任调整。 （八）压铸用涂料压铸过程中，为了避免铸件与压铸型焊合，减少铸件顶出的摩擦阻力和避免压铸型过分受热而采用涂料。对涂料的要求： （1） 在高温时，具有良好的润滑性； （2） 挥发点低，在100150时，稀释剂能很快挥发； （3） 对压铸型及压铸件没有腐蚀作用； （4） 性能稳定在空气中稀释剂不应挥发过决而变稠； （5） 在高温时不会析出有害气体； （6） 不会在压铸型腔表面产生积垢。 (九)铸件清理铸件的清理是很繁重的工作，其工作量往往是压铸工作量的1015倍。因此随压铸机生产率的提高，产量的增加，铸件清理工作实现机械化和自动化是非常重要的。 （1）切除浇口及飞边 切除浇口和飞边所用的设备主要是冲床，液压机和摩擦压力机，在大量生产件下，可根据铸件结构和形状设计专用模具，在冲床上一次完成清理任务。 （2）表面清理及抛光 表面清理多采用普通多角滚筒和震动埋入式清理装置。对批量不大的简单小件，可用多角清理滚筒，对表面要求高的装饰品，可用布制或皮革的抛光轮抛光。对大量生产的铸件可采用螺壳式震动清理机。 2 零件设计2.1零件分析该零件属薄壁(2 mm ) 零件, 材料为ZL 7, 根据铸件的结构及技术要求，必然铸件内部和表面质量均要求非常高，故要求铸件成型必须好。但由于该铸件壁薄（大部分尺寸为2.0，铸件尺寸精度高、壁薄、腔深（45mm），出模斜度（20分）小，铸件收缩包紧力大。因铸件壁薄，没有合适的、具有足够强度的位置来设置顶出该铸件的又具有足够强度的推杆，因而在顶出铸件时极易损坏铸件和使铸件变形，从而带来顶出该铸件极其困难。铸件尺寸精度高，必须要求外顶出铸件时铸件不变形外，还须收缩率选取合适，才能确保铸件尺寸精度。图2.1壳体零件图2.2 初步确定设计方案（1）此铸件的材料为ZL102，应在适当的温度下流动性较好是浇注，使能充满型腔。（2）铸件的精度为6级，采用压力铸造的方法能达到此精度。（3）确定压铸工艺及模具制造能力。（4）确定压铸模结构（包括型腔数目，模板的尺寸设计，导柱、导套尽量使用国标能 缩短制造周期，以及采用型芯、型腔镶块节约贵重金属）。（5）模具设计是要留收缩率尺寸。3压铸件工艺分析3.1 压铸合金工艺分析 铝合金具有良好的压铸性能，导电性和导热性都很好。铝合金的密度小比强度和比刚度高是其突出的优点。铝合金的高温力学性能也很好，在低温下工作是同样保持良好的力学性能，且铝合金熔铸工艺简单，成形和切削加工性能良好，有较高的力学性能和耐蚀性，但在熔炼的时，铝液要在溶剂保护下进行熔炼和保温，以防合金液吸气和产生氧化夹杂物。3.2 压铸件工艺分析为了从根本上防止压铸件产生缺陷，比以低成本，连续不断地生产高质量的压铸件，必须使压铸件的结构适合于压铸。主要对铸件的壁厚、圆角、筋、出型斜度，孔，螺纹、加工余量、文字、标志、图案等进行分析。对次铸件壁厚均匀适合压铸。铸件本身有斜度且能减少出型时与型壁的摩擦。铸件边缘有孔且与型芯方向一致，所以在铸造时铸出。铸件上有螺纹与型芯方向垂直，不宜在铸造时铸出，且螺纹的铸造模具加工时相当的困难，所以螺纹在铸件铸出后进行加工。3.3 分型面的选择 分型面选择原则: 1.应使铸件全部或大部分位于同一砂型内，或使主要加工面与加工的基准面处于同一型中，以防错型，保证铸件尺寸精度，便于造型和合型操作。若铸件的加工面很多，又不可能都与基准面放在分型面的同一侧时，则应使加工基准面与大部分加工面处在分型面的同一侧。 2.应尽量减少分型面的数量，最好只有一个分型面。这样可简化操作过程，提高铸件精度 (因多一个分型面，铸型就增加一些误差) 3.应尽量使型腔和主要型芯处于下型。根据工艺分析和设计制造可行性 我们选择一型两腔的铸造设计方案。根据方案的论定我们选在端部侧浇口，为了便于出型我们设计分型面位于腔体 端部。如图（3.1） 图3.1工艺图4、浇注系统和排溢系统的设计4.1 浇注系统的设计经过对铸件的结构分析，铸件是板件，对浇注系统的选择可选择侧浇口，在浇注时金属液从型腔侧面导入，然后自下而上推向进型腔，有利于金属液的充填和排气。浇注系统的结构见（图4.1）。 图4.1铸件图内浇口的选择：（1）内浇口应考虑铸件的外观取在金属液填充流最短铸件壁厚最厚的部位 （2） 内浇口布置应考虑取在金属液流进型腔不起旋涡 气顺畅部位。（3） 内浇口布置应考虑尽可能取在金属液流不正面冲击型芯的部位。（4） 内浇口布置应考虑取在铸件不易变形的部位。（5） 内浇口布置应考虑设置在铸件成形后易去除浇口或冲切浇口部位。（6） 对于不充许有气孔存在铸件，内浇口应设置在金属液最终都能保持压力部位（7）充填金属液先充填型腔深处再次流向分型面,以达到排气效果（8）除特殊件外，内浇口的开设以单澆口为主内浇道截面积的确定是内浇道设计的一个重要环节。用流量计算法计算。流量计 算内浇道截面积的公式4-1：= （4-1） 式中 Ag为内浇道截面积（mm2）；G为内浇道铝合金质量（g）；为液态合金的密度（g/cm3）； ug为内浇道出铝合金液的流速（m/s）；t为型腔充填时间（s）。=2.4g/cm3，ug=35m/s，t=0.05s零件体积V=4*30*30mm3+3.14*（12.52-10.52）*30+(24*10-20*6)*15+3.14*10.52*2+15*30*2=11325.57mm3零件重量g=11.326cm3*2.4g/cm3=27.18g内浇道铝合金质量G=27.18*2=54.36 可得Ag=18mm2 如（图4.1） L2+3L1 h2>2h h3=2L1 图4.2横浇道与内浇口和铸件之间的连接方式 取h1=1.2；L1=2；h2=4图4.3横浇道尺寸 根据铸件结构和尺寸，b取3.5，h取4。 直浇道的设计（1）直浇道设计要点 （1）喷嘴部分的出模斜度取1°30，浇口套的出模斜度取2°。（2）直浇道与内浇口连接处要求圆滑过渡，其圆角半径取12mm，以使金属液流 动顺畅。 所设计的直浇道为立式冷室压铸机用直浇道。该方案具有流程短、投影面积小、填 充顺序同步、温度场分布均匀、排气通畅等优点。其结构形式及尺寸如图所示。 图4-4直浇道4.2 排溢系统的设计为了使溢流槽发挥作用，获取较好效果不致消耗过多金属，增加投影面积，及影响填充流态或引起其它反作用，故在设置溢流槽位置时应慎重考虑。其容积占整个铸件的2030%，特殊情况时占50%。如果金属铸件局部有缩孔缺陷，则其容积范围可为缺 陷部位的2.53.5倍,如果为了平衡模具温度则其容积可以加在排溢系统设计，因为此铸件是中心浇口浇注，浇注是有利于排气和充填，所以只需在分型面设置排气在浇注的槽，这样便可充满。溢流槽可不设，在试模的时候如出现因涡流引起的缺陷时，或者是出现逐渐末段出现收缩变形可增设溢流槽，具体位置与尺寸如（图5）。零件体积V=4*30*30mm3+3.14*（12.52-10.52）*30+(24*10-20*6)*15+3.14*10.52*2+15*30*2=11325.57mm3溢流槽体积V=11325.57/5=2265mm3 具体体积尺寸如图（4.5） 图4.5溢流槽5 压铸模结构设计5.1 压铸机的选择 合理的选择压铸机，设计压铸模时，应熟悉压铸机的特性和技术规格，通过必要的设计计算，合理的选择压铸机。计算胀型力：锁模力是表示压铸机最基本参数，其作用是克服压铸充填时的胀型力，使模具分型面不致张开，故设计压铸模时，首先确定胀型力的大小来选择压铸机，当压铸机的锁模力大于胀行力，则可认为该压铸机可以使用。锁模力和胀型力的关系式见式（5-1）：（5-1）压铸时的反压力； 作用与滑块楔紧面上的法向反压力； 安全系数。反压力的计算： = 铸件总投影面积 P 压射比压5.1.1 确定模具分型面上铸件的总投影面积 投影面积见公式（5-2） F=F铸+F浇+F余+F溢（厘米2）.（5-2） F铸铸件在分型面上的投影面积； F浇浇道内浇口在分型面上的投影面积； F余余料在分型面上的投影面积； F溢溢流槽在分型面上的投影面积。铸件材料：铝合金铸件分型面上的投影面积： 单个零件:S1=12.52*3.14+30*25=1240.625mm2浇注系统:S2=24冲头直径d=40 铸件体积V1=3.14x120x28 ­3.14x108x20=133387.2 压射力 Fy=Py /4= =94200N 压射比 p= = =75 L为压射室长度350 冲头直径d=40压射室合金溶液体积：V3= L/4=439600 充满度 = =60.7%铸件在分型面上的投影面积（浇注系统与溢流槽的面积取铸件的30%） A=A1（1+0.3）=18812 胀模力 F=pA=75x18812=1410900N合模力(锁模力)实际压铸时要率大于胀模力5.1.2 确定压射比压根据铸件的材料、结构、壁厚：选450600公斤/厘米2 此件选用压射比压为500 公斤/厘米2根据要求选择J1113E型卧室冷室压铸机。压室为D=40mm5.2 型腔和型芯尺寸的设计型腔尺寸计算见公式（5-3）：Y+a=(Y0+KY0-n)+a（5-3） 型芯尺寸计算见公式（5-4）：Y-a=(Y0+KY0+n)-a .（5-4）Y0铸件的公称尺寸；n 补偿和磨损系数。取n=0.7；铸件偏差；a 模具成型部分的制造偏差； 5.3 镶块、型芯、模板的设计5.3.1 镶块的设计镶块的壁厚尺寸确定：据铸件形状和尺寸大小来确定。结合铸件的结构特点，根据参考文献16压铸模设计手册中表6-22镶块壁厚尺寸推荐值，所设计的镶块材料用3Gr2W8V，定模镶块的结构形式及尺寸如图5.1所示。动模镶块的结构形式及尺寸如图5-1所示。材料：3Cr8热处理:HRC5055 图5.1动模镶块 如（图5.31）所示，具体尺寸如下：(单位：mm) 图5.2镶块尺寸5.3.2型芯的设计 型芯作用：用来形成鋳件在开模方向或不在开模方向孔或凹位，形状和尺寸按产 品要求。结合铸件的结构特点，根据参考文献16压铸模设计手册 中表6-25圆型芯尺寸推荐值，型芯的成形段直径为45mm。 型芯的具体尺寸见图5-3。 材料：3Cr2w8v 热处理:HRC434图5.3型芯 如（图5.3.2）所示，具体尺寸如下：(单位：mm) 图5.4型芯尺寸5.3.3 动、定模板的设计动模是压铸模的另一个重要组成部分, 动模是和定模形成压铸模成型部分的另一个整体，它一般固定在压铸机中板上，随中板作并合运动，与定模分开合拢。一般抽芯机构和顶出机构大多在这个部分。模板设计是要合理，能使模具制造出来安装在所选的压铸机上。并且要满足：H行程H1+H2+b+aH行程压铸机开模行程; H1动模零件高度;H2定模零件高度;b铸件浇道总厚度; a取件时铸件与动、定模之间的最小距离。(1)套板尺寸：套板的壁厚根据镶块的尺寸来确定，取动模套板的壁厚为125mm (2)动模支撑板厚：选择20mm (3)推杆固定板的尺寸： 根据压铸机的型号选400x480，厚为60（单位：mm） 4)模板的设计： 动模板：具体尺寸如（图5.3.3）所示图5.5动模板 具体尺寸（单位mm）：（图5.6）动模板尺寸定模是压铸模的主要组成部分, 定模和压铸机的压射部分相连，并固定在压机压射部分和浇注系统相通，是压铸件型腔的重要组成部分。主要由定模镶块、定模套板、导柱、锲紧块、斜导柱、浇口套、定模抽芯机构等部分组成。 定模板根据要求设计为能陪着动模板与滑块，形成型腔，在定模板上有浇口套 过度浇道，配合有浇口套和斜销根据套板尺寸选为400x480（单位：mm）包括两个协销孔，一个浇口套孔和相应的 定位孔与螺钉孔。 具体形状尺寸如下所示 图5.7 定模板5.4 滑块的设计 滑块与型芯构成型腔与金属液直接接触因此要求较高为了能够保证滑块在开模后能够安全定位,因此滑块一般都要装定位装置.该模具滑块为左右方向,滑块内可装也可不装定位装置.因为在动模板上有限位槽所以滑块在自重情况下不会下落,为了保险起见,左,右侧滑块都要装定位装置.1,利用弹簧螺钉定位2,利用弹簧钢球定位.3,其它形式的定位.如定位夹等.滑块结构如图 图5 .9滑块具体尺寸单位（mm）图5.10滑块尺寸5.5斜销的设计作用: 在开模过程中,强制滑块运动,抽出芯型。有内抽芯和外抽芯两种，其断面形多 采用扁圆形，防止抽 芯时拉伤滑块，据模 具结构不同有延时抽 芯。主要 参数: 斜角的大小和抽芯力大小、抽芯行程长短、承受弯曲力大小有关。 斜角的数值一取：20°斜销直径取决型芯包紧力的大|小, 斜销长度 = 固定部分 + 工作段尺寸 + (510) cm 材料:T10A、 热处理： HRC（5055）图5.11斜销图5.12斜销尺寸5.6压板设计 压板主要用于连接模板与模座的配合，对镶块与导向结构起到限位作用，其尺寸大小与模板大小有关，材料一般与模板相同。（1） 动模压板图5.13动模压板图5.16动模压板尺寸（2） 定模压板 图5.17定模压板尺寸如图所示 图5.18定模压板尺寸5.7垫块的设计 垫块对模具起支承作用，提高后模刚性，减少生产时由机器冲击波而引的模具瞬 间变形制作材料为普通铸铁或45#钢。位置和尺寸的控制是关键斜滑块基本参数的 确定参见参考文献16压铸模设计手册中图7-72 图5.19 垫块5.8导柱与导套作用： 起导向作用,保证动、定模在安装和合模时的正确位置,导柱和导套应有足够的刚性和耐磨性,要求配合间隙合理，模具较大时应开设储油槽，防止冷焊 导柱直径：F.(F:模具分型表面积K：系数0.070.09)导柱高度：为确保合模时安全,导柱高度应大于最高度导柱、导套需要有足够的刚性，当导柱为四根时，选取导柱导滑段直径的经验公式为： （4-1）式中 D导柱导滑段直径（cm）；F模具分型面上的表面积（cm2）； K比例系数，一般为0.070.09。当F2000cm2时K取0.07；F=4002000cm2时K取0.08；F400cm2时K取0.09。模板的外形尺寸长20cm，宽20cm，为四根导柱。导柱导滑段直径D按公式（4-1）确定，K取0.08，则：D=1.6cm。根据参考文献16压铸模设计手册中表6-38取推荐的尺寸系列D为20mm。导柱的导滑段长度应大于高出分型面的型芯及镶块长度与导柱的导滑段直径D之和。根据参考文献16压铸模设计手册表6-38取推荐的尺寸系列导滑段长为20mm。. 材料： T