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2、铸件最大投影面积校核18
3、压室容量校核18
4、模具厚度的校核18
5、开模行程的校核18
八、参考文献:
19
一.设计前准备工作
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
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)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。
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。
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
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
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
40~50
承载件
20~30
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
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。
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
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)
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
16
1.1
0.55
25
1.2
1.3
0.65
1.4
0.70
1.6
0.80
160
1.8
0.90
250
2
1.0
400
2.2
630
2.6
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
97.5
1.0%
受分型面影响
5
表5-4型腔的尺寸
型腔的尺寸
制造尺寸
Ф100
102.5
0.8%
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
图5-4导柱结构图
d—导柱导滑段直径(mm);
A—模具分型面上的表面积(mm3);
K—比例系数,0.07~0.09;
算得d
3.825mm,考虑本模具长度较长,且为三根导柱形式,取d=20mm。
其他尺寸如图所示:
图5-5导柱
b)导套设计
导套设计要求:
导套内孔直径D与选用的导柱直径d相同。
图5-6导套结构图
表5-5导套设计要求
导套内扩孔直径D1
D1=D+0.5mm
导套外径d1
d1=D+(6~10)mm
导套台阶外径d2
d2=d1+(6~8)mm
导滑段长度l2
l2=kd
比例系数k
1.3~1.7
导套总长度l1
l1=模板厚度-3~5cm
图5-7导套
c)推板导柱和导套的设计
具体尺寸如图所示:
图5-8推板导柱
图5-9推板导套
4)推出机构设计
由于铸件为圆筒形薄壁零件,且推出力较大,所以采用推管推件。
推管的推出力集中在圆筒的底端,使推出有力、均匀,压铸件不易变形,也没有明显的推出痕迹。
(式5.9)
(式5.8)
(式5.10)
推出距离确定:
由式5.9,计算并取s推=90mm。
a)推板设计
按推荐尺寸,取推板厚度H=20mm。
图5-10推板
b)推管推出机构设计
组成及形式:
图5-11推管推出机构
推管与镶块、型芯的配合按H8/F7选用;
推管具体尺寸如下图所示:
图5-12推管
(5)复位机构设计
采用如图复位机构及限位钉形式:
图5-13复位机构及限位钉
3、各零件采用材料要求
表5-6各零件材料要求
模具零件名称
模具材料
热处理硬度HRC
牌号
标准号
成型
零件
型芯、定动模镶块
3C2W8V
GB1299-85
推管、浇口套
4Cr5MoSiV1
-
非成型零件
推板、复位杆等推出与复位零件
T8A
50
导柱、导套等导向零件和导滑零件
T10A
定模套板、动模套板、支承板等支承与固定零件
Q235-A
28~32
定模座板、动模座板、垫块等模架零件
回火
推出与复位机构用板
4、螺钉选用
表5-7螺钉选用型号表
螺钉类型
型号
定模套板螺钉
4*M16*60GB/T70.1
动模支承板螺钉
3*M10*65GB/T70.1
动模套板螺钉
4*M20*240GB/T70.1
动模型芯固定板螺钉
2*M5*16GB/T70.1
六、压铸模的整体结构
压铸模由定模和动模两大部分组成。
定模固定在压铸机的定模安装板上,随动模固定板移动而与定模合模、开模。
合模时,动模与定模闭合形成型腔,金属液通过浇注系统在高压作用下高速充填型腔;
开模时,动模与定模分开,推出机构将压铸件从型腔中推出。
1、压铸模的技术要求
1)模具的外形尺寸350x350x515;
2)选用的机器型号J116型卧式冷室压铸机;
3)选用的压室直径为30mm.
4)压铸机的顶出形式为液压中心顶出;
5)要求各个活动部位灵活可靠,无卡死现象;
6)浇注系统试模后修至填充良好,视情况开设溢流槽;
7)在动、定模的侧面打钢印:
产品名称、模具图号、产品图号等。
2、压铸模外形和安装部位的技术要求
1)各模板的边缘均应倒角2
45°
,安装面应光滑平整,不应有突出的螺钉头、销钉、毛刺和击伤等痕迹;
2)在模具非工作面上的醒目的地方打上明显的标记,包括以下内容:
产品代号、模具编号、制造日期及模具制造厂家名称或代号;
3)在动模支撑板上分别设有装用四个螺钉孔,并确定起吊时模具平衡;
质量较大的零件也应设起吊螺钉以便装拆;
4)模具安装部位的有关尺寸应符合选用的压铸机对应的尺寸,且装拆方便,压室安装孔径和深度须严格检查;
5)分型面上除导套孔、斜销孔外,所用模具制造过程中的工艺孔,螺钉孔都应堵塞。
模具结构CAD图如下所示:
图6-1模具装配简图
七、校核模具与压铸机的有关尺寸
1、锁模力的校核
由式4.2可得:
F锁
600kN
查表4-2得,J116型卧式冷室压铸机的合模力为630kN,符合设计要求。
2、铸件最大投影面积校核
由式4.1可得:
ΣA=6850mm2=68.5cm2
查表4-2得,压铸机允许的铸件最大投影面积为95cm2,符合设计要求。
3、压室容量校核
(式7.1)
型腔和浇注系统、溢流槽的总体积:
V总=V件+V浇+V余=206677mm3
查表4-2得,压铸机的一次铝金属注入质量M为0.6kg。
则压室容量为:
V机=M/
≈222222mm3,符合设计要求。
4、模具厚度的校核
模具厚度H=515mm。
查表4-2得,J116型卧式冷室压铸机的模具厚度最大为570mm,符合设计要求。
5、开模行程的校核
模具的开模行程应该大于将铸件和浇注系统全部顶出距离的总和5~15mm以上。
将铸件和浇注系统顶出所需的距离约为90+20=110mm。
查表4-2得,压铸机的动模座板行程即开模行程为320mm,符合设计要求。
[1]杨裕国.压铸工艺与模具设计[M].北京:
机械工业出版社,2000.
[2]潘宪曾.压铸模设计手册[M].机械工业出版社,2000-2-1.
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