1、压铸模设计说明书序 言在现代机械制造工业中，模具工业已经成为国民经济中非常重要的行业。现代产品的大批量生产有两方面的基本要求，一是技术上要求产品的质量严格符合图样设计要求；二是经济上要求产品的成本低、生产效率高，即将单件产品的加工工时减少到最低限度，以最少的能耗达到产品结构的特性和使用要求。模具因其设计的多样化。成形产品的再现性和质量的可控制性，使其在现代成形方法中，在提高产品的质量与产生效益。降低能耗等方面发挥着极其重要的作用。采用模具成形技术生产零部件已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。许多新产品的开发生产，在很大程度上依赖与模具的设计与制造，特别是在汽车、摩托车、家电、电子和航
2、天工业中显得尤为重要。模具设计水平的高低和模具制造水平的强弱，已经成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一，直接影响到国民经济中许多行业的发展。压铸是压力铸造的简称。压力铸造是将熔融的合金液注入压铸机的压室中，压室中的压射冲头以高压、高速将其充填入金属模具的型腔，并在高压下冷却凝固成形为金属零件的一种方法。铸造是一门科学技术，也是历史上最悠久的一种金属成形工艺，它促进了社会生产力的发展，是标志一个民族具有悠久历史文化的见证，也是人类智慧和文明的记载者。第一章 压铸设计的特点压力铸造的主要成形工艺特征是液态金属以高压、高速充填金属模具的型腔，并且在高压下结晶、凝固和成形，因此压铸成形过程中金属
3、液流动的状态将会影响到压铸件的质量。同时，针对压铸的工艺特点，压铸件的结构工艺性对压铸件质量的影响也需要引起足够的重视。压铸机是压力铸造的基本设备，压铸的过程是通过压铸机实现的。压铸机一般可分为热压室压铸机和冷压室压铸机两大类，本次设计使用的是冷压室压铸机。冷压室压铸机的压室与熔化合金的坩埚是分开的，压铸时，需要从熔化炉的坩埚内盛取金属液注入压室后再进行压铸。按照压铸模与压室的相对位置，冷压室压铸机又可分为立式、卧式和全立式三种形式。本次设计选用的是卧式压铸机。1.1 压铸成形的特点1.生产效率高，生产过程容易实现机械化和自动化2.压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度值低3.压铸件的力学性能高4.可
4、压铸复杂薄壁零件5.压铸件中可嵌铸其他材料的零件6.压铸件中易产生气孔7.不适宜小批量生产8.压铸高熔点合金时模具寿命较低1.2 压铸件的结构工艺性压铸件结构的工艺性合理与否，不仅关系到压铸成形工艺是否得以顺利进行，而且还影响到模具的设计与制造，影响到模具的经济性要求，即以最低的成本生产出合格的产品，所以在压铸件结构的工艺设计时，应给予充分的重视。1.2.1 压铸件的尺寸精度1. 影响压铸件尺寸精度的因素（1）压铸模成形零件的制造误差（2）压铸合金收缩率引起的误差（3）压铸模使用过程中磨损引起的误差（4）压铸模安装和配合引起的误差（5）压铸件在模具中所处不同位置引起的误差（6）压铸工艺参数的变
5、化引起的误差2. 压铸件尺寸精度的确定根据压铸成形工艺与模具设计表2.1选择该铝合金零件公差等级为CT5CT7中的一个，选CT6其公差为1mm。3.压铸件的结构分析该铸件是材料为铝合金的铝圈罩，壁厚为3mm，该铸件如图：4. 1. 材料分析该产品的成型材料是铝合金，该材料密度小,熔点为560660度,强度较高,耐磨性能较好,导热、导电性能好，机械切削性能良好，但由于铝与铁有很强的亲和力，容易粘模，加入Mg以后可得到改善。铝压铸，其铝很容易就粘在模具表面上，造成铆接柱拉伤、拉断，浇注口堵塞现象2. 工艺性分析 该压铸件尺寸比较大，一般精度等级，为降低设计难度和设计周期，应采一模一腔，且需要对压铸
6、件去除浇口废料。2）为满足制品高光亮的要求与提高成型效率采用侧浇口。 3）为了节约成本和方便加工与热处理，型腔型芯均采用整体式结构.4)经过计算零件的包芯面积约为9650 mm2 重量约为0.185Kg. 5)为了提高生产效率并且考虑到铝合金的熔点,选用热压室压铸机用压铸模. 第二章 压铸成形工艺2.1 压射比压及其选择压铸过程中压室内金属液再单位面积上所受到的压力称为压射比压，即压射力与压室截面积之比。压射比压的计算: P=Fy/A=4 Fy/3.14D2式中p压射比压，MPa; Fy压射力，N; A压室面积，mm2； D压室直径，mm。压射比压的选用原则：通常在保证压铸件成形和满足质量要求
7、的前提下，选用较低的压射比压。铝合金的计算压射比压见压铸成形工艺与模具设计表3.2，通常实际压射比压低于计算压射比压，其压力损失折算系数K为0.88。从表中查得铝合金的压射比压为35 Mpa。2.2 充填速度及其选择1. 压射速度 压室内压射冲头推动金属液的移动速度称为压射速度。铝合金的压射速度可在压铸成形工艺与模具设计表3.4中查出0.51.1m/s，取0.8m/s.2. 充填速度 充填速度是指金属液再压射冲头的作用下通过内浇口进入型腔时的线速度,也称内浇口速度。铝合金的充填速度可在压铸成形工艺与模具设计表3.5中查出，在10-25m/s,取15m/s2.3 充填时间、持压时间与留模时间1.
8、 充填时间 金属液开始压射入模具型腔直至充满型腔所需要的时间称为充填时间。充填时间的长短与压铸件的大小、壁厚和复杂程度、模具结构、内浇口的截面积、充填速度及合金的特性等各因素有关。按充填时间的经验推荐来选择充填时间，合金的浇注温度高、模具温度高、厚壁部位若离内浇口远以及排气效果较差时，则充填时间应长些。压铸件的平均壁厚与充填时间的推荐值见压铸成形工艺与模具设计表3.6查得0.0280.040s，取0.04s。2. 持压时间 金属液充满型腔后，在增压比压作用下到内浇口完全凝固为止所需的时间称为持压时间。持压时间的作用是使正在凝固的金属液再压力下结晶，从而获得内部组织致密的压铸件。 持压时间的长短
9、主要取决于压铸件合金的种类、压铸件的壁厚和内浇口厚度等，压铸合金结晶温度范围大、压铸件平均壁厚大、直接浇口或内浇口厚，持压时间应选长些；反之，持压时间可选短些。持压时间可在压铸成形工艺与模具设计表3.7查得，取持压时间为4s。3. 留模时间 从持压终了到压铸件开模被推出所需的时间称为留模时间。 足够的留模时间是为了保证铸件再模具中充分凝固、冷却并具有一定的强度，使压铸件再开模和推出时不产生变形或拉裂。通常以推出铸件不变形、不开裂的最短时间为宜。合金收缩率大、热强度高的、壁薄的压铸件而结构又复杂的、模具散热快的，留模时间应选短些；反之，留模时间可选长些。铝合金根据不同的壁厚可在压铸成形工艺与模具
10、设计表3.8查得12s。2.4 铝合金的浇注温度熔融金属注入压室的温度是压铸过程的热因素。为了提供良好的填充条件、能够控制和保持热因素的稳定性，必须有一个相应的温度范围。 金属液从压室至填充型腔时的平均温度称为浇注温度。一般以保温炉内金属液的温度表示。通常在保证铸件成形及表面质量的前提下，尽可能采用较低的浇注温度。一般以不超过该合金液相线以上2030为宜。铝合金的浇注温度查压铸成形工艺与模具设计表3.9可知铝合金的浇注温度取650。 2.5 模具的工作温度 模具的工作温度是连续工作时模具需要保持的温度。在连续生产中，压铸模的温度往往会不断升高，尤其是压铸熔点高的合金时，型腔的温度升高得很快，这
11、时应控制模具的工作温度。 模具的工作温度应根据压铸合金的种类和压铸件的结构来选择。一般应以金属液的凝固温度的1/2为限。最重要的是模具工作温度的稳定和平衡，它是影响压铸效率的关键。 压铸模工作温度按下列经验公式计算: T=1/3T1-+ T2式中 T压铸模的工作温度； T1金属液的浇注温度； T2温度控制温度，一般取25。也可在压铸成形工艺与模具设计表3.10查表得压铸模具的预热温度为200230；取220。压铸模具的工作温度为250280；取260。第三章 压铸机的选用3.1压铸机的特点 由于本压铸件选用的是卧式冷压室压铸机，其特点是： 1) 金属液进入模具型腔时转折少，压力损耗小，有利于发
12、挥增压机构的作用。 2）卧式压铸机一般设有偏心和中心两个浇口位置，或在偏心和中心间可任意调节，供设计模具时选用。 3）压铸机的操作程序少，生产率高，设备维修方便，也容易实现自动化。 4）金属液在压室内与空气接触面积大，压射时容易卷入压室中空气和氧化夹杂物。 5）适用于压铸有色及黑色金属。 6）当压铸件需要设置中心浇口时，模具结构比较复杂。3.2压铸机的选用在实际生产中，选择压铸机时，主要根据压铸件的品种、生产批量和压铸件的轮廓尺寸及其合金种类和重量大小而定。其次还要考虑压铸机的性能、精度和经济性。1. 压铸机锁模力大小的选择锁模力是选用压铸机时首先要确定的参数。模具型腔胀型力中心与压铸机压力中
13、心重合时压铸机锁模力FS可按下式计算： FS=K(FZ+FN)式中FS压铸机锁模力，N; FZ作用于模具型腔且垂直于分型面方向上的胀型压力，N; FN作用于滑块楔紧面上的法向反压力，N; K安全系数（一般取K=11.3）.安全系数K一般大件取大值，小件取小值。型腔的胀型力Fz可按下式计算： Fz=P(A1+ A2 + A3)式中P最终的压射比压，Pa；A1铸件在分型面上的正投影面积，m2；A2浇注系统在分型面上的投影面积与压铸件投影面积不重叠部分，m2；A3溢流槽在分型面上的投影面积，m2。选用的压射比压p=35Mpa，铸件在分型面上总投影面积A为0.045 m2。按压铸成形工艺与模具设计图4
14、.13取横坐标0.045 m2向上引垂直交于坐标45Mpa的水平线一点，该点位置介于J1113型和J1125型两种型号压铸机之间。压室直径可取70mm。按公式，K=1.3，FN=0时计算压铸机的锁模力： FS= FZ=KPA=1.3X35X103X0.045KN=2048KN查J1113型压铸机规格锁模力最大不应超过1250KN，因锁模力数据小于计算锁模力，故不能选用，而J1125型压铸机锁模力为2500KN，大于2048KN，但因规格中压室最大直径为70mm，相应的压射比压为64.8MPa，大于预算的35Mpa,故应复核锁模力，按公式，K=1.3, FN=0时得： FS= FZ=KPA=1.
15、3X64.8X103X0.045KN=3791KN 经复核得出的压铸机锁模力为3781KN，大于J1125型压铸机的锁模力2500KN。但由于J1125型压铸机的压射力可在250KN143KN之间无极调整，若将压射力由143KN调到180KN时，压射比压相应的减小为37MPa到43MPa,锁模力在2100-2500KN范围内，故可按上述调整后的压射力选用J1125型的压铸机，压室直径选70mm。2. 开模行程的校核每台压铸机都具有最小合模距离Lmin和最大开模距离Lmax两个尺寸，因此在模具设计过程中应根据压铸件的高度、压铸模的厚度和所选用的压铸机进行校核。1）压铸机合模后能严密的锁紧模具分型
16、面，因此要求模具的总厚度应大于压铸机的最小合模距离： H=H1+ H2Lmin+L 式中 H合模后的模具的总厚度（包括通用模座厚度及垫板厚度尺寸），mm； H1定模的厚度，mm； H2动模的厚度，mm； Lmin压铸机最小合模距离，mm； L安全值（一般取20mm）。2）压铸机开模后要求压铸件能顺利取出，因此要求压铸机的最大开模距离减去模具总厚度后留有能取出铸件的距离： LK = LmaxH=Lmax（H1+ H2） 式中 LK开模后取出压铸件的最小距离，mm； Lmax最大开模距离，mm； H合模后模具的总厚度，mm。锁模力 /KN2500压室直径 /mm50,60,70拉杠内间距 /mm5
17、20X520一次金属浇入量 /kg3.2(Al)压铸模厚度 /mm250650铸件投影面积 / cm2175886动模板行程 /mm400压射比压 /MPa28143顶出行程 /mm100压射行程 /mm420顶出力 /KN130空循环周期 /s10压射力 /KN143280管路工作压力 /MPa11.7压室位置 /mm0160电机功率 /KW15机器重量 /kg10980机器外型尺寸（长/mmX宽 /mmX高/mm)6450X1795X2400第四章 浇注系统和排溢系统的设计浇注系统是熔融金属在压力作用下充填模具型腔的通道。排溢系统包括溢流槽和排气槽。溢流槽的作用是储存混有气体和涂料的残渣、
18、氧化夹杂的冷污金属液。溢流槽常常与排气槽配合使用，以便迅速引出型腔内气体。在整个金属液充填模具型腔的过程中，浇注系统与排溢系统是一个不可分割的整体，共同对充填过程起着控制作用，是决定压铸件质量的重要因素。因此，浇注系统与排溢系统的设计是压铸模设计的一个十分重要的坏节。4.1 浇注系统的组成浇注系统对金属液在模内流动的方向与状态、排气溢流条件。模具的压力传递等起到重要的控制作用，并且能调节充填速度、充填时间和模具的温度分布等充填型腔的工艺条件。因此，浇注系统的设计是决定压铸件质量的重要因素，同时对生产效率、模具寿命等也有很大影响。设计时，不仅要分析压铸件的结构特点、技术要求、合金种类及其特性，还
19、要考虑压铸机的类型和特点。浇注系统主要由直浇道、横浇道、内浇口和余料等组成。压铸机的类型不同，浇注系统的形式也有差异。4.2 内浇口的设计不论哪一类压铸机模具用浇注系统，根据内浇口截面积的大小，浇注系统可以分成两大类。内浇口截面积在浇注系统中最小的称为限制式浇注，内浇口截面积在浇注系统中最大的称为非限制式浇注系统。浇注系统的分类通常是按照内浇口的不同形状进行的，一般可分为侧浇口、直接浇口、中心浇口、缝隙浇口、环形浇口和点浇口等。1. 根据该铸件成型特点选用侧浇口，侧浇口设计与制造简单，浇口去除容易，适应性很强。2. 内浇口的尺寸设计 1）内浇口截面积的计算 Agvg= A1v1=V/t式中 A
20、g内浇口的横截面积，m2； vg内浇口处金属液充填型腔的充填速度，m/s； A1压室横截面积，m2 v1压室内金属液流动速度，m/s； V 型腔和溢流槽的体积，m3； t 充填时间，s。从上式中可知： Ag=V/ vgt上式是建立在内浇口在其全面积内流速均等的前提下的。理想的充填速度vg按下式计算： vg=k1 k2 vm式中 vm额定充填速度，常取15m/s； k1与压铸件壁厚有关的速度修正系数（见表5.1，选取1.25） k2与作用于金属液上比压有关的速度修正系数（见表5.2，选取2）最佳的充填时间t按下式计算； t= k3 k4 tm式中 tm额定充填时间，常取0.06s； k3与压铸合
21、金物理性能有关的时间修正系数（见表5.3，选取0.9） k4与压铸件壁厚特征有关的时间修正系数（见表5.4，选取1）。把各数据代入以上公式可得：Ag=82 m2，t=0.04s2）内浇口的深度尺寸查表5.6得1.01.8，取1.5mm3）内浇口的长度为了减少压力损失，应尽量缩短内浇口的长度，通常取23mm，一般不超过3mm。4.3 直浇道的设计直浇道的结构形式与所选用的压铸机有关，一般可分为热压室、立式冷压室和卧式冷压室压铸机用三种形式的直浇道。本设计选用的是卧式冷压室压铸机，故选择相应的直浇道。卧室冷压室压铸机模具用的直浇道可分为压室偏置时的直浇道和采用中心浇口时的直浇道两种形式。本次设计使
22、用的是压室偏置时的直浇道。内浇口的尺寸根据课本表5.6选出内浇口的深度尺寸为1.5由于除直接浇口外，其余内浇口处的截面积在整个浇注系统中为最小，在充填型腔时该处的阻力最大。因此，为了减小压力损失，应尽量缩短内浇口的长度。内浇口的长度通常取23mm，在此，我取2.5mm。内浇口与压铸件及横浇道的连接形式，如下图：压铸件在内浇口的连接处的壁厚为,内浇口厚度t横浇道出口 5处圆角半径r1,横浇道底部圆角半径为r2.各数据之间的关系如下:h2 r1=t r2=h/2 横浇道的设计根据横浇道设计要点,设计成圆弧收缩式.其简图如下:浇道截面形状尺寸设计成梯形,如下图 6倾角为底部圆角r=23mm, 4.4
23、 排溢系统的设计排溢系统是排气系统和溢流系统的总称。设计排气槽和溢流槽是为了在金属液充填型腔的过程中排除型腔中的气体和混有气体及被涂料残余物污染的金属液，是提高铸件质量的重要措施之一。1.溢流槽的作用（1）容纳最先进入型腔的冷污金属液和混入其中的气体与氧化夹杂，防止压铸件产生冷隔、气孔和夹渣。（2）在选定浇注系统的情况下，溢流槽的设置可与浇注系统一起，共同起到控制金属液流动状态的作用，防止局部产生涡流，造成有利于避免压铸件缺陷的充填条件。（3）调节模具的温度分布，改善模具的热平衡状态，尤其对薄壁或充填距离较长的压铸件，可以减少压铸件表面流痕、冷隔和充填不足现象。（4）在某些情况下，溢流槽可作为
24、压铸件脱模时推杆推出的位置，防止压铸件变形及避免压铸件表面留有推杆的痕迹。（5）在压铸件对动模、定模部分的紧力接近相等时，为了防止压铸件留在定模，此时可在动模上设置溢流槽，增大压铸件对动模的包紧力，使分型时压铸件留保于动模，便于推出机构的推出脱模。（6）对于真空压铸和定向抽气压铸，溢流槽常常作为引出气体的起始点。2.溢流槽位置的选择溢流槽位置的选择应遵循如下的原则：（1）溢流槽应开设在金属液最先冲击的部位，排除金属液流前头的气体和冷污金属液，稳定流态状态，减少涡流。（2）溢流槽应开设在两股金属液流会和的地方，清除集中于该处的气体、冷污金属液和冷料残渣等。（3）溢流槽应开设在内浇口两侧或金属液不
25、能顺利充填的死角区域，起到引流充填的作用。（4）溢流槽应开设在压铸件局部壁厚的地方，并且增大其容量和溢流口的厚度，以便将气体。夹渣和缩松转移到该处，改善压铸件厚壁处的质量。（5）溢流槽应开设在金属液昨晚充填的地方，以改善模具的热平衡状态和充填排气条件。（6）溢流槽应的开设应防止压铸件的变形，并要求不影响压铸件的外观。 第5章 压铸模零部件的设计5.1. 分型面的类型1 按分型面与型腔的相对位置分类 压铸件总是放置在动模和定模之间。按照分型面与型腔的相对位置，可将压铸件全部布置在定模内，也可将压铸件分别布置在动、定模内，压铸件也可全部布置在动模内，该压铸件放置在动模内。2 按分型面形状分类 按分
26、型面的形状，分型面可以分为平直分型面，倾斜分型面，阶梯分型面，曲面分型面。该压铸件选用平直分型面且其分型面选在最大轮廓处。 5.2 成形零部件的结构设计1.凹模与凸模的基本结构形式凹模与凸模的基本结构形式有整体式、整体镶入式和组合镶拼式等。整体式的凹模与凸模强度高、刚性好，易于设置冷却水道，模具的寿命较高。但模具的制造较困难，热处理变形后难以修整。整体镶入式的结构应用比较广泛，几乎标准化。镶块镶入模套后，其强度与刚度将会提高，使用时不变形，还可节省优质耐热合金钢的材料。组合镶拼式多用于结构复杂的铸件成型。因此，本设计采用凹模凸模整体式镶入式结构。2. 镶块结构尺寸的设计镶块的结构尺寸主要包括镶
27、块的壁厚尺寸、镶块底的厚度尺寸。整体式镶入式的壁厚和底厚尺寸经验推件数据见课本表6.1，根据本压铸件的尺寸查得镶块底厚大于35mm，取40mm；镶块壁厚在3550之间，取40mm。5.3 成形零部件工作尺寸计算成形零部件中直接决定压铸件几何形状的尺寸称为工作尺寸。1. 在计算成形零部件工作尺寸时所采用的收缩率称为计算收缩率，其表达式如下： k=（Lm-Lz）/LzX100% 式中 k计算收缩率； Lm室温下模具成形零件的尺寸； LZ室温下压铸件的尺寸。常用压铸合金计算收缩率见课本表6.3，查得铝合金的阻碍收缩率为0.40.6%，取0.5.%。2. 型腔的径向尺寸和深度尺寸型腔的径向尺寸和深度尺
28、寸分别采用下列公式计算： Lm+z =（1+K）LZ-0.7 +z Hm+z =（1+K）HZ-0.7 +zLm模具型腔的径向尺寸；LZ压铸件外部形状的径向尺寸；Hm模具型腔的深度尺寸；HZ压铸件外部形状的高度尺寸K塑料的平均收缩率；压铸件尺寸偏差； z模具的制造偏差。（取1/5） 取0.2mm。 Lm1+z =（1+0.5%）X240-0.7X0.2 +z =241.06+0.04Lm2+z =（1+0.5%）X312.41-0.7X0.2 +z =313.83+0.04Lm3+z =（1+0.5%）X116.1-0.7X0.2 +z =116.54+0.04Hm+z =（1+0.5%）X4
29、5-0.7X0.2 +z =45.09+0.042. 型芯的径向尺寸和深度尺寸型芯的径向尺寸和深度尺寸分别采用下列公式计算：lm =（1+K）lz+0.7 hm =（1+K）hz+0.7式中 Lm模具 型芯径向尺寸；lz压铸件内部形状的径向尺寸；hm模具 型芯深度尺寸；hz压铸件内部形状的深度尺寸。 2、结构零部件的设计根据教材表6.4查出型腔边厚根据教材表6.5查出型芯底厚h=35mm动定模座板的设计:定模座板根据压铸机确定,动模座板按经验设计,其中垫块宽度有于本铸件尺寸浇小设计宽为43mm.合模导向机构的设计1) 导柱导套的设计,选用A型导柱B行导套2)导柱的尺寸,导柱设计为4导柱,导向部
30、分的直径按下面的经验公式选择: 式中,d-导柱导向部分的直径尺寸,cm; 10 A-模具分型面表面积, k-系数,一般在0.070.09内选取,当A400时k取0.09. A=529 得d=2.1cmm=21mm 4、推出机构的设计1)脱模力的估算根据公式: 式中-压铸件脱模所需的脱模力,N p-挤压应力,对于铝合金,一般取A-压铸件包紧型芯的侧面积,K-安全系数,一般取1.2左右计算出本模具采用推板推出,其推板材料为H13.序言第一章 压铸设计的特点.（2-5）第二章 压铸成型工艺.（5-8）第三章 压铸机的选用.（8-12）第四章 浇注系统和排溢系统的设计.（12-18）第五章 压铸模零部件的设计.（18-23
