压铸模设计说明书.docx

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压铸模设计说明书

湘潭大学

毕业设计说明书

题目：

压铸件模具设计

学院：

机械工程学院

专业：

材料成型及控制工程

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：

2015.3.16

一.设计前准备工作

1.压铸工艺分析：

压力铸造是将液态或半液态的金属，在高压作用下，以高的速度填充压铸模的型腔，并在压力作用下快速凝固而获得铸件的一种方法。

高压力和高速度是压铸时熔融合金充填成型过程的两大特点，也是压铸与其它铸造方法最根本的区别所在。

压铸件尺寸精度和表面粗糙度较好，铸件轮廓清晰，有致密的表层，比内层有更好的机械性能，内部存在气孔和缩孔缺陷。

2.零件初步分析

零件为对称圆筒型零件，截面为工字形，中心开有一小孔。

壁厚为5mm，属于薄壁零件。

型腔深度约为97.5mm，属于深腔。

零件图如下所示：

图1-1零件图

3.初步确定设计方案：

1）压铸合金

此铸件的材料为YZCuZn40Pb：

此材料属于铅黄铜合金，具有加工性能较好，成本较低等优点，多用于化工、造船的零件和耐磨的零件。

2）铸件的精度设计为CT8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（包括分型面，型腔数目，浇注系统，成型零件的尺寸设计，结构零件的尺寸设计，以及采用型芯、型腔镶块节约贵重金属）。

二.压铸件工艺分析

1.压铸合金工艺分析：

1）力学性能高；

2）良好的耐蚀、耐磨性能，疲劳极限和导热性高，线膨胀系数小；

3）导电性能好，且具有抗磁性能；

4）熔点高，模具使用寿命短。

2.压铸件工艺分析：

为了从根本上防止压铸件产生缺陷，并以低成本，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。

本次铸件壁厚均匀适合压铸。

铸件的平均壁厚约为5mm,为薄壁压铸件，表面不加工，故无加工余量。

铸件本身有斜度且能减少出型时与型壁的摩擦。

铸件上无侧孔，不需设计侧抽芯结构。

该铸件内部有一个台阶，在模具设计时，拟在定模和动模各设计一个型芯。

拟采用推管推出机构。

3.分型面的选择：

1）考虑到模具起模时，铸件留在动模上；

2）尽量使模具整体结构简单；

3）考虑铸件有一定同轴度的要求；

4）同时注意使模具不至于过高。

所以铸件设计及分型面选择如下：

图2-1铸件图

如图所示，选择1为分型面。

三.浇注系统和排溢系统的设计

1.浇注系统的设计：

经过对铸件的结构分析，铸件是对称件，对浇注系统的选择可选择侧浇口，在浇注时金属液沿分型面从型腔边缘导入，然后自下而上推向进型腔，有利于金属液的充填和排气。

采用切线浇口，避免金属液正面冲击型芯，提高模具使用寿命。

对浇注系统尺寸的设计：

表3-1浇注系统尺寸

压铸件及溢流槽体积：

V=206677

内浇口横截面积：

=473

取内浇口厚度：

T=3mm

则内浇口宽度：

L==158mm

2.溢流排气系统的设计：

铸件采用侧浇口切线形式，故采用分型面排气方式，无需另开设排气槽；溢流槽需在试模后确定是否开设，若需要，则开设于金属液充填最后封闭位置，以储存前端冷污金属。

溢流槽尺寸的设计如图所示：

图3-1溢流槽

浇注系统及溢流排气系统的结构如下图所示：

图3-2浇注系统及溢流排气系统设计图

四.压铸机的选择

压铸机是压铸生产最基本的要素之一。

金属压铸模是通过压铸机的运行而实现压铸成型的。

1.压铸机的种类和特点

压铸机的种类和型号很多。

一般说来，根据压铸机压室的温度状态，可分为热压室压铸机和冷压室压铸机。

冷压室压铸机又根据其结构形式分为立式压铸机，全立式压铸机和卧式压铸机。

目前，热压室压铸机通常仅适用于压铸铅、锌等低熔点合金，国外正在研究铝、镁等较高熔点合金的压铸技术。

1）立式冷压室压铸机的特点：

a）适宜于压射可设置或必须设置中心浇口的压铸件。

b）金属液注入直立的压室中，操作比较方便，占地面积少。

c）在操作时，只有在浇注余量切断后，方可开模，生产效率较低。

d）金属液进入型腔时，经过90°角的转折，压力损失较大。

2）全立式冷压室压铸机的特点：

a）压射冲头与直浇道方向相同，金属液进入型腔的流程短，压力损失和热量损失较小。

b）压射冲头垂直方向运行，运动平稳。

c）模具水平放置，活动型芯和嵌件安放方便、稳定、可靠。

d）占地面积少。

e）压铸件推出后需用手工取出，生产效率较低，不容易实现自动化操作。

3）卧式冷压室压铸机的特点：

a）压室与压射冲头均为水平放置，金属液注入型腔时，浇道转折少，其压力损失小，有利于发挥增压机构的作用。

b）模具安装方便，卧式压铸机一般设有中心和偏心多个浇注位置，或在偏心和中心间设置可任意调节位置的扁孔。

c）便于操作，便于调整，压铸效率较高，是目前广泛应用的压铸设备。

d）压室内表面容易氧化。

e）金属液在压室内暴露在大气的表面积较大，压射时容易将空气、氧化物质及其它杂质带入型腔，引起压铸缺陷。

综合考虑铸件的形状及特点，选用卧式冷压室压铸机。

2.选定压射比压

表4-1压射比压（增压）推荐值（MPa）

压铸件种类

锌合金

铝合金

镁合金

铜合金

一般件

13~20

30~50

30~50

40~50

承载件

20~30

50~80

50~80

50~80

耐气密性件或大平面薄壁件

25~40

80~120

80~100

60~100

电镀件

20~30

选定压射比压p=70Mpa。

3.确定型腔数目及布置形式

根据铸件图样及产量等要求，确定该模具的型腔数为一模一腔。

4.确定模具分型面上铸件的总投影面积

ΣA=A铸+A浇+A余+A溢=6850mm2（式4.1）

A铸——铸件在分型面上的投影面积；

A浇——浇道内浇口在分型面上的投影面积；

A余——余料在分型面上的投影面积；

A溢——溢流槽在分型面上的投影面积；因试模前暂时不开设溢流槽，故在计算时忽略。

5.计算锁模力：

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。

（式4.2）

－压铸机应有的锁模力（N）

－胀型力（N）

－安全系数（一般取1.25）

－主胀型力，与分型面上金属的投影面积有关的胀型力（N）

－由侧面胀型力引起的沿锁模力方向上的分力（N），本模具不含侧型芯，故=0

F主=Ap（式4.3）

P－比压（MPa）

A－压铸件、浇口和溢流槽三部分金属在分型面上的总投影面积（mm2）

计算可得，F胀=479.5kN，F锁≥599.375kN;

故初步选定压铸机为J116型卧式冷室压铸机，压铸机主要参数见下表

表4-2J116型卧式冷室压铸机主要参数

名称

数值

名称

数值

锁模力（吨）

63

压室最大容量（铝）（公斤）

0.6

开模力（吨）

7

铸件最大投影面积（厘米2）

95

压射力（吨）

5~9

工作循环次数（次/小时）

150~180

压射回程力（吨）

2~5

管路工作压力（公斤/厘米2）

100

模板最大间距（毫米）

570

电动机功率（千瓦）

11

合模行程（毫米）

320

贮压罐容积（升）

100

模具尺寸（毫米）

360*450

贮压罐高度（毫米）

2430

压射偏心距（毫米）

60

压铸机外形尺寸（毫米）

3430*1200*1360

压室直径Ф（毫米）

30

40

45

压铸机重量（吨）

3

压射比压（公斤/厘米2）

565~1270

五.压铸模的结构设计

1.成型零件设计

1）成型零件结构设计

采用镶拼式结构，优点在于：

a）采用整体镶块简化加工工艺，提高模具制造质量，易满足成型部位的精度要求；

b）合理使用热作模具钢，降低成本；

c）易损件有利于更换和修理；

d）压铸件的局部结构改变时，不致使整套模具报废；

e）可按铸件的几何形状在镶块上构成复杂的分型面，而在套板上仍为平直分型面；

2）成型零件尺寸设计

a）确定收缩率

表5-1计算收缩率

由表5-1确定铸件收缩率为：

受阻收缩率：

0.6%；混合收缩率：

0.8%；自由收缩率：

1.0%。

b）计算模具成型尺寸

（式5.2）

型腔尺寸计算公式：

（式5.1）

（式5.3）

（式5.4）

型芯尺寸计算公式：

D′、H′—型腔尺寸或型腔深度尺寸（mm）；

D、H—压铸件外形的最大极限尺寸（mm）；

d′、h′—型芯尺寸或型芯高度尺寸（mm）；

d、h—压铸件内形的最小极限尺寸（mm）；

φ—压铸件计算收缩率（％）；

△—压铸件公称尺寸的偏差（mm）；

△′—成型部分公称尺寸的制造偏差（mm），因为CT8级精度与IT14级精度相似，故取△’＝△/4；

0.7△—尺寸补偿和磨损系数计算值（mm）；

取受分型面影响的误差补偿值为0.05，受影响时应减去此补偿值。

表5-2GB/T6414公差CT8级标准表：

基本尺寸（mm）

公差带（mm）

公差（mm）

>

≤

—

10

1

±0.5

10

16

1.1

±0.55

16

25

1.2

±0.6

25

40

1.3

±0.65

40

63

1.4

±0.70

63

100

1.6

±0.80

100

160

1.8

±0.90

160

250

2

±1.0

250

400

2.2

±1.1

400

630

2.6

±1.3

型芯及型腔尺寸的计算结果如下表所示

表5-3型芯尺寸

单位（mm）

零件的原始尺寸

收缩率

计算尺寸及偏差

制造尺寸及偏差

备注

Ф90

0.6%

Ф60

0.6%

97.5

1.0%

受分型面影响

5

1.0%

受分型面影响

97.5

1.0%

表5-4型腔的尺寸

单位（mm）

零件的原始尺寸

收缩率

型腔的尺寸

制造尺寸

备注

Ф100

0.6%

97.5

1.0%

受分型面影响

102.5

0.8%

受分型面影响

2.结构零件设计

1）动、定模套板的设计

（式5.5）

采用圆形结构，因为是通孔型腔，采用公式

计算，其中：

h——套板边框厚度（cm）

D——镶块外径（cm）

p——压射比压（105Pa）

〔σ〕——套板材料抗拉强度，材料采用45号钢，〔σ〕取900*105Pa

具体尺寸如下图所示：

图5-1定模套板

图5-2动模套板

2）动模支承板的设计

（式5.6）

厚度计算公式：

其中：

h—动模支撑板厚度（cm）；

L—垫块间距（cm）；

B—动模支撑板长度（cm）；

〔σ弯〕—材料抗拉强度（105Pa），材料采用45号钢，〔σ弯〕=1000*105Pa；

F—动模支撑板所受总压力（10N）。

具体尺寸如下图所示

图5-3动模支承板

3）导向零件设计

a）导柱设计

（式5.7）

导柱直径d：

模具设计为四根导柱时，有经验计算公式

其中：

图5-4导