方形支架体压铸模具设计机械CAD图纸Word格式.docx
- 文档编号:17982266
- 上传时间:2022-12-12
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:354.55KB
方形支架体压铸模具设计机械CAD图纸Word格式.docx
《方形支架体压铸模具设计机械CAD图纸Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《方形支架体压铸模具设计机械CAD图纸Word格式.docx(35页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
众所周知,材料被分为金属与非金属两大类。
采用材料液态成形技术成型机器的零部件或各类产品,而且被广为应用在非金属中的,数塑料的注射成型和挤出成型为多;
而在金属材料中,数铸造为最多。
1.1铸造成型
注射成型和铸造成型通常称之为型腔成型法。
铸造的过程是将金属熔炼成具有一定的流动性的液态合金,然后浇入具有一定几何形状和尺寸大小的型腔中,在重力场或外力场的作用下,液态合金充满型腔,待凝固冷却后就成为所需要的机器零件或毛坯。
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。
(一)、铸造的种类:
铸造的方法可分为:
砂型铸造和特种铸造两大类。
(二)铸造合金
铸造合金有:
铝合金、镁合金、铜合金、锌合金、铅、锡、铸铁、铸钢等的铸造。
1.2金属压铸成型在工业生产中的重要地位
如前所述,模具是工业生产中的重要工艺装备,是国民经济各部门发展的重要基础之一。
压铸件的质量与压铸模、压铸设备和压铸工艺这三项因素密切相关。
压铸模质量最为关键,它的功能是双重的,赋予熔化后的金属液以期望的形状、性能、质量;
冷却并推出压铸成形的铸件。
模具是决定最终产品性能、规格、形状及尺寸精度的载体,压铸模是使压铸生产过程顺利进行,保证压铸件质量不可缺少的工艺装备,是体现压铸设备高效率、高性能和合理先进压铸工艺的具体实施者,也是新产品开发的决定性环节。
由此可见,为了周而复始地获得符合技术经济要求及质量稳定的压铸件,压铸模的优劣成败是关键,它最能反映出整个压铸生产过程的技术含量及经济效果。
随着我国经济与国际的接规,汽车工业、摩托车工业和航空工业的飞速发展,压铸件的应用大有快速上升的趋势。
1.3压铸技术的现状及发展趋势
1.3.1压铸模的现状
应用:
压力铸造是目前铸造生产中最先进的工艺方法之一,因其产品质量好、生产率高和经济效益佳被普遍应用于各类制造行业。
以锌合金为代表的低熔点合金压铸件应用较为广泛,如电表骨架、汽车连杆、壳体、照相机零件等;
铝合金压铸件应用日益增多,大多使用在纺织机械配件、汽车缸体、车门、离合器、水泵外壳、减压阀、摩托车发动机曲轴箱、电机转子等;
飞机零件中因对材料的比强要求较高而常常釆用镁合金压铸件较多。
现状:
为了适应我国机械制造工业迅速发展的需要,压力铸造这项少切削、无切削成型工艺巳经被积极推广。
但对压铸件质量与压铸模、压铸设备和压铸工艺等相互关系还缺乏完整系统的理论分析和实验数据,尤其是在压铸模的制造精度、模具标准化程度、制造周期、模具寿命以及压铸机的自动化程度和精度等方面与国外工业先进国家相比,仍有一定的差距。
一般认为,我国模具技术水平大约落后于国外工业先进国家15~20年,许多精密技术、大型薄壁和长寿命压铸模具(例如汽车发动机壳体压铸模)自主开发的生产能力还较薄弱。
目前,应在模具先进的设计技术、先进的制造技术和开发研制优质的模具材料等方面下功夫,以提高模具的整体制造水平和模具在国内、国际的市场竞争能力。
压铸模技术的发展趋势
在过去的10余年,我国的模具工业和模具技术得到了快速发展,但是,还不能完全满足国民经济高速发展的需要。
考察国内外模具工业的现状及我国国民经济和现代工业品生产中模具的地位,从压铸模的设计理论、设计实践和制造技术出发,大致有以下几个方面的发展趋势。
1.CAD/CAE/CAM技术在模具设计与制造中的应用
经过多年的推广应用,模具设计“软件化”和模具制造“数控化”巳经在我国模具企业(包括民营企业)中成为现实。
釆用CAD技术是模具生产的一次革命,是模具技术发展的一个显著特点。
引用模具CAD系统后,模具设计借助计算机完成传统设计中的各个环节的设计工作,大部分设计与制造信息由系统直接传送,图纸不再是设计与制造环节的分界线,也不再是制造、生产过程中的唯一依据,图纸将被简化,甚至最终消失。
近年来,国外CAD技术发展主要有如下特点:
CAD技术及其应用日趋成熟,发达国家机械制造业中CAD覆盖率超过60%;
注重CAD专业应用软件的开发;
开放式、分布工作站网络上的CAD/CAM集成化系统迅速发展,以工作站、微机为基础的CAD系统已成为应用主流,并组成网络,实現了资源共享和信息集成,降低成本,提高效率;
CAD系统朝智能化专家系统的方向发展。
在大型复杂压铸模设计过程中,浇注系统的金属流动模拟显得必不可少。
因此,CAE技术的应用对压铸模技术的发展,起到十分重要的作用,今后一段时期内,国内的模具企业要提高CAD/CAE/CAM技术在压铸模设计与制造中的应用层次。
2.大力发展快速原型制造
快速原型制造(RPM)技术是一种综合运用计算机辅助设计技术、数控技术、激光技术和材料科学的发展成果,采用分层增材制造的新概念取代了传统的去材或变形法加工,是当代最具有代表性的制造技术之一。
快速原型制造工艺方法有选区激光烧结、熔融堆积造型和叠层制造等。
利用快速成型技术不需任何工装,可快速制造出任意复杂的工件以及甚至连数控设备都极难制造或根本不可能制造出来的产品样件,这样大大减少了产品开发风险和加工费用,缩短了研制周期。
3.研究和应用模具的快速测量技术与逆向工程
在产品的开发设计与制造过程中,设计与制造者往往面对的并非是由CAD模型描述的复杂曲面实物样件,这就必须通过一定的三维数据采集方法,将这些实物原型转化为CAD模型,从而获得零件几何形状的数学模型、使之能利用CAD、CAM、RPM等先进技术进行处理或管理。
这种从实物样件获取产品数学模型的相关技术,称为逆向工程或反求工程技术。
对于具有复杂自由曲面零件的模具设计,可采用逆向工程技术。
首先获取其表面几何点的数据,然后通过CAD系统对这些数据进行预处理,并考虑模具的成形工艺性再进行曲面重构以获得模具的凹模和凸模的型面,最后通过CAM系统进行数控编程,完成模具的加工。
原型实样表面三维数据的快速测量技术是逆向工程的关键。
三维数据采集可采用接触式(如三坐标测量机测量和接触扫描测量)和非接触式(如激光摄像法等)方法进行。
采用逆向工程技术,不但可缩短模具设计周期,更重要的是可提高模具的设计质量,提高企业快速应变市场的能力。
逆向工程是一项先进现代模具成形技术,目前,国内能采用该项技术的企业还不多,应逐步加以推广和应用。
4.发展优质模具材料和采用先进的表面处理技术
模具材料的选用在模具的设计与制造中是一个涉及到模具加工工艺、模具使用寿命、压铸件成型质量和加工成本等的重要问题。
国内外的模具工作者在分析模具的工作条件、失效形式和如何提高模具使用寿命的基础上进行了大量的研究工作,开发研制出具有良好使用性和加工性能好、热处理变形小、抗热疲劳性能好的新型模具钢种,原来压铸模成型零件所使用的3Cr2W8V钢已逐渐被H13钢(美国牌号)等其他新型钢种所代替,取得了较好的技术和经济效益。
另外,模具成型零件的表面抛光处理技术和表面强化处理技术方面的发展也很快,国内的许多单位进行了研究与工程实践,取得了一些可喜的成绩。
目前,上述的研究与开发工作还在不断地深入进行,已取得的成果也正在大力推广。
5.提高模具标准化水平和模具标准件的使用率
模具的标准化的水平在某种意义上也体现了某个国家模具工业发展的水平。
釆用标准模架和使用标准零件,可以满足大批量制造模具和缩短模具制造周期的需要。
目前,我国压铸模标准化工作有了一定的进展,GB/T4678.1—1984~GB/T4678.15—1984是压铸模零件的15个标准;
GB/T4679—1984是压铸模零件技术要求的标准;
GB/T8844—1988是压铸模技术要求的标准;
GB/T8847—1988是压力铸造模具术语的标准。
但与国外工业先进国家的模具标准化程度相比较,在标准体系、标准件的品种和规格以及标准化的管理工作等方面仍有较大的差距。
模具只有实现标准化生产,并与国际标准接轨,这样才能缩短制模周期,提高模具通用零件的互换性,便于模具零件的更换、维修和检测。
实现模具标准化和提高模具标准件的使用率,有助于形成整个模具工业的行业优势,提高整体竞争力。
6.模具的复杂化、精密化与大型化
为了满足压铸件在各种工业产品中的使用要求,压铸成型技术正朝着复杂化、精密化与大型化方向发展,例如汽车发动机壳体的压铸件的压铸成型。
大型的压铸件模具需要开发研制大型的自动化压铸机,更需要采用先进的模具CAD/CAE/CAM技术来设计与制造模具,否则,这类投资上百万元以上的模具研制将难以获得成功。
此外,在压铸件模型腔和型芯的铣削方面,高速(每分钟1~4万转)数控铣削机床已经在许多模具企业中得到推广和应用,这对于提高成型零件的表面质量和缩短模具制造周期起到了十分重要的作用。
第二章铸件及其材料分析
2.1压铸零件的分析
如图2.1所示,方形支架体产品结构不算非常复杂,所要求的精度一般,所用的材料为铝合金,且批量生产。
图2.1压铸件三维图
方形支架体是某设备上的零件,铸件要求无欠铸、气孔、疏松、裂纹等缺陷。
产品原始信息
产品大小:
179.200X50.700X42.300单位:
MM
产品平均壁厚:
2.52MM
材质:
铝合金(ADC12)
重量:
182.734g
缩水率:
1.005
ADC12其物理和力学性能为:
密度2.64~2.67g/cm3,固相线与液相线温度分别为381º
C和387º
C,抗拉强度283MPa,屈服强度414MPa,硬度82HB,剪切强度214MPa,疲劳强度476MPa。
2.2材料的成型特性与工艺参数
压铸铝合金的主要特点:
1.密度较小,比强度高。
2.在高温和常温下都具有良好的力学性能,尤其是冲击韧性尤其好。
3.有较好的导电性和导热性。
机械切削性能也很好。
4.表面有一层化学稳定、组织致密的氧化铝膜,故大部分铝合金在淡水,海水,硝酸盐以及各种有机物中均有良好的耐腐蚀性。
但这层氧化铝膜能被氯离子及碱离子所破坏。
5.具有良好的压铸性能,较好的表面粗糙度以及较小的热烈性。
综上所述,该产品能用压铸成型完成。
压铸铝合金的使用性能和工艺性能都优于其他压铸合金,而且来源丰富,所以在各国的压铸生产中都占据极重要的地位,其用量远远超过其他压铸合金。
铝合金的特点是:
比重小、强度高;
铸造性能和切削性能好;
耐蚀性、耐磨性、导热性和导电性好。
铝和氧的亲和力很强,表面生成一层与铝结合得很牢固的氧化膜,致密而坚固,保护下面的铝不被继续氧化。
铝硅系合金在杂质铁含量较低的情况下,粘模倾向严重。
铝合金体收缩值大,易在最后凝固处形成大的集中缩孔。
用于压铸生产的铝合金主要是铝硅合金、铝镁合金和铝锌合金三种。
纯铝铸造性能差,压铸过程易粘模,但因它的导电性好,所以在生产电动机的转子时使用。
铝合金中主要合金元素及杂质对其性能影响如下:
硅:
硅是大多数铝合金的主要元素。
它能改善合金在高温时的流动性,
提高合金抗拉强度,但使塑性下降。
硅与铝能生成固熔体,它在铝中的溶解度随温度升高而增加,温度577℃时溶解度为1.65%,而室温时仅为0.2%。
在硅含量增加到11.6%时,硅与其在铝中的固溶体形成共晶体,提高了合金高温流动性,收缩率减小,无热裂倾向。
二元系铝硅合金耐蚀性高、导电性和导热性良好、比重和膨胀系数小。
硅能提高铝锌系合金的抗蚀性能。
当合金中硅含量超过共晶成分,而铜、铁等杂质又较多时,就会产生游离硅,硅含量越高,产生的游离硅就越多。
游离硅的硬度很高,由它们所组成的质点的硬度也很高,加工时刀具磨损厉害,给切削加工带来很大的困难。
此外,高硅铝合金对铸铁坩锅熔蚀严重。
硅在铝合金中通常以粗针状组织存在,降低合金的力学性能,为此需要进行变质处理。
铜:
铜和铝组成固溶体,当温度为548℃时,铜在铝中的溶解度为
5.65%,室温时降至0.1%左右。
铜含量的增加可提高合金的流动性、抗拉强度和硬度,但降低了耐蚀性和塑性,热裂倾向增大。
压铸通常不用铝铜合金,而用铝硅铜合金。
该产品的成型材料是铝合金,该材料密度小,熔点为560~660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.
第3章压铸机选择
在选择现有的设备中,首先选择合适的压铸机。
根据制品体积选取压铸机。
由前面分析得,零件体积为V=68.44㎝3,M=182.734g。
为了保证压铸质量和充分发挥设备的功能,根据压铸模一次成型的金属质量(零件与流道凝料之和)应在压铸机理论浇注量的10%~80%之间,最好应在50%~80%之间。
3.1拟定模具结构形式
根据压铸件的产品信息,产品生产所需的数量,产品的强度和精度有较高要求,综合实际考虑,该产品采用一模一穴的成型方法。
3.2压铸工艺分析及计算
(1)锁模力计算
根据压铸产品选择压铸机,锁模力通常的计算方式为用模具分型面上承受金属压力的投影面积乘以铸造比压乘以安全系数。
锁模力的计算如下:
T=K*A*P
其中:
T为锁模力,单位为N;
K为安全系数,冷室压铸机一般取1.2
A为铸造投影面积,单位mm²
(包括铸件、料、头、流道、溢流井等,约相当于铸件的1.8倍)
P为压射比压,单位Mpa。
单位换算1T=10KN=100000N
该产品的铸件投影面积为3103.54*1.8=5586.372mm²
由于该产品为压铸件,压射比压取值为50Mpa。
故该产品的锁模力为:
≈325.182KN
根据以上数据选择锁模力大于325.182(KN)的机台即可,结合铝合金机台设备考虑。
查《金属压铸模设计技巧与实例》表1-14,可初选卧式冷压室压铸机型号为:
J1113G。
其主要的技术规格如下表3.1。
表3.1 压铸机主要技术规格
压室直径mm
40;
50;
动座板行程mm
350
压射压力Mpa
30~120
拉杆内空间水平*垂直mm
420*420
锁模力KN
1250
压室定位高度mm
10
最大浇注投影面积cm2
416
最大浇注量kg
1.6
模具厚度mm
200~500
液压顶出器顶出行程mm
100
机台资料图片
第4章模具结构的设计
4.1金属铸件在模具中的位置
1..型腔数量及排列方式
模具中的型腔数目的确定是一项综合项目。
通过前面金属铸件的分析和所选定的材料,初步确定型腔数量为
2.为了避免铸件尺寸的差异、应力形成及脱模等问题,型腔布局采用平衡式,其特点是可实现均衡进料和同时充满型腔的目地。
4.2分型面的设计
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分,这些可以分离部分的接触表面分开时能够取出铸件及浇注系统凝料,当成型时又必须接触封闭,这样的接触表面称为模具的分型面。
如何选择分型面,需要考虑的因素比较复杂。
比如说要考虑铸件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、铸件的结构工艺性及精度、嵌件的位置、形状以及推出方法、模具的制造、排气等。
因此,在选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则:
.分型面应力求简单易加工
.有利于简化模具结构
.应容易保证压铸件的精度要求
.分型面应用利于填充成型
.开模时应尽量使压铸件留在动模一侧
.应考虑压铸成型的协调
.嵌件和活动型芯应便于安装
以上阐明的是选择分型面时的一般原则,在实际设计中,不可能全部满足上面所述的原则。
综合考虑各方面的因素,因此,将分型面设在方形支架体的中部,具体请看三维图装配图。
4.3浇注系统的设计
浇注系统是指金属熔液从压铸机压射冲头压射后到达型腔之前在模具内流经的通道。
它对于获得优良性能和理想外观的金属铸件以及最佳的成型效率有直接影响。
浇注系统一般由直浇道、横浇道、内浇口和溢流槽、排气道组成。
下面依次对它们进行分析设计。
浇注系统设计一般步骤:
内浇口设计→浇道设计→过水设计→渣包设计
内浇口的设计
内浇口宽度的选取及内浇口设计的原则:
1.金属液从铸件壁厚处向壁薄处填充
2.金属液进入型腔后不宜立即封闭分型面,溢流面和排气槽
3.内浇口的位置要使进入型腔的金属液先流向远离浇口的部位
4.从内浇口进入的金属液,不宜正面冲击型芯
5.浇口的位置应便于切除
6.避免在浇口部位产生热节
7.金属液进入型腔后的流向要沿着铸件上的肋和散热片
8.选择内浇口位置时,应使金属液流程尽可能短
(1)内浇口的类型
根据零件的外形和结构特点,将内浇口开在通孔上,在成型孔的型芯上设置分流锥,金属液从型腔中心部位导入。
它的特点如下:
a、金属液流流程短,而各部的流动距离也比较为接近,可缩金属液的填充时间和凝固时间。
b、减少模具分型面上的投影面积,并改善压铸机的受力状况。
c、模具结构紧凑。
d、周边的溢流槽可聚集不良冷污的金属液,并有利于排气,提高填充效果。
(2)内浇口截面积的确定
通过计算或实践推荐得出的压铸参数,如内浇口速度、填充时间、内浇口截面积的大小等,在使用时过于复杂,也不十分准确。
因此,人们根据经验寻找出一种简便的方法,称为“经验公式”。
如W.达瓦可提出的压铸铝合金的近似公式
An=180G
式中
An----内浇口截面积,cm2
G-----压铸件质量,kg
实际上,由于客观的影响因素较多,确定最合理的内浇口截面积是很困难的。
因此,应留有适当的修正余量,即内浇口的初始尺寸选取较小值,为以后试模后进行修正和调整留有余地。
内浇口面积的计算:
铸件设计完成后,测量浇铸体积(产品+溢料)的体积,在压铸件的填充时间及填充数度选定后,内浇口面积可采用下式计算:
Ag=V/Vg*t
其中:
Ag—内浇口截面积(mm²
)
V—铸件的体积(mm³
)(包括渣包和产品)
Vg—充填速度(m/s)t—充填时间(s)
对应参数的计算:
充填时间的计算
充填时间是指熔融金属自到达浇口(gate)起算,至模穴(cavity)及溢流井完全充填完毕为止,所经过的时间。
理论上,充填时间是越短越好﹔但实际上,充填时间受以下限制:
(a)逃气
(b)模具冲蚀
(c)机器性能
以下列公式(NADCA)计算出填充时间:
t=k[(Ti-Tf+SZ)/(Tf-Td)]×
T
其中k=0.0346秒/mm
Ti=熔汤进入模具温度,取650º
C
Tf=合金最低流动温度,取595º
S=容许凝固百分率,取0%
Z=转换系数2.5º
C/%
Td=模具温度,取240º
T铸件厚度,取4.0mm
t=0.0346×
[(650-595+0.0×
2.5)/(595-240)]×
4.0
=0.022(秒)
铸件体积的计算
V=60476*1.8=108857mm³
(包括渣包和产品)
内浇口充填速度的计算
对于不同壁厚的镁、铝、锌压铸合金的充填速度不同:
本产品平均壁厚为2.52MM,材质为铝合金,内浇口填充速度为40m/s
本产品的内浇口面积为:
Ag=V/Vg*t=108857/40000*0.022=124mm²
考虑到产品的结构问题,内浇口宽度L取值为40mm,所以内浇口厚度H=Ag/L=124/40=3mm
横浇道的设计
由于是采用侧浇口,且是多型模具,则横浇道根据需要可对称布置在直浇道的周侧。
横浇道的截面积一般比内浇口截面积大,实践证明,以内浇口截面An为基准数时,横浇道的截面积Ar为
冷压室压铸机Ar=(3~4)An
3.直浇道的设计
由于是采用侧浇口形式,此时,要求直浇道偏于浇口套的内孔上方,以避免压射冲头还没工作时金属液流入型腔。
浇口套在压铸模的浇注系统中起着承前启后的作用。
直浇道就是在浇口套中形成。
为了去除浇口套中的余料,在定模部分增加一个分型面,采用定距分型以及切除余料的措施。
排溢系统的设计
排溢系统是熔融的金属
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 方形 支架 压铸 模具设计 机械 CAD 图纸