手机壳压铸模具设计说明书.docx
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手机壳压铸模具设计说明书
毕业设计(论文)
题目
铝镁合金手机壳体压铸模具设计
学院
机电及汽车工程学院
专业
机械设计制造及其自动化(模具设计与制造)
学生
学号
指导教师
摘要
本文将详细讲述手机壳体压铸模具设计及加工工艺制定。
从压铸成型的方法来看,与其它成型方法相比较压铸成型具有产品质量好、生产效率高、经济效果优良等特点;从工艺性来看,压铸成型吸纳和融合了其它成型方法的优点,使一些结构较为复杂的制品的质量和成型精度大大提高;从发展趋势来看,压铸模具在国内外占很大的比例,对产品的精度要求也越来越高。
本次设计的手机壳体铸件,其结构较小,但加了侧抽芯设计。
本次设计会加深我对所学模具知识的理解和多压铸模具的认识,同时通过CATIA和CAD软件的应用,会加强自己与现代设计方法结合的能力。
实现模具设计、制造信息化与智能化,是21世纪中国模具制造业光荣而又艰巨的任务。
应用信息技术将先进的设计理论、方法与制造技术加以系统的集成创新,是全面推动中国由模具制造大国走向模具制造强国的重要措施。
关键字:
手机,压铸,模具设计,CATIA,CAD,侧抽芯
ABSTRACT
Thisarticlewilldescribethedesignandprocessingtechnologytodevelopmobilephonecasingdie-castingmolds.Fromthepointofviewofcastingmethod,comparedtootherdiecastmoldingmethodwithgoodproductquality,highproductionefficiency,goodeconomiceffectandthelike;thetechnologypointofview,absorbanddie-castingmoldingmethodcombinestheadvantagesoftheother,sothatsomeofthemorecomplexstructureoftheproductqualityandmoldingaccuracyisimprovedgreatly;fromthedevelopmenttrend,die-castingmoldathomeandabroadaccountsforalargepercentageoftheproductaccuracyrequirementsarealsoincreasing.Thedesignofthephoneshellcastings,itsstructureissmall,buttheadditionofsidePullingdesign.Thisdesignwilldeepenmyunderstandingofwhattheyhavelearnedandtheknowledgeofmoldmulti-castingmolds,throughCATIAandCADsoftwareapplications,willstrengthentheabilitytocombinewithmoderndesign.Molddesign,manufacturinginformationandintelligence,isthe21stcentury,Chinamoldmanufacturinggloriousandarduoustask.Theapplicationofinformationtechnologytotheadvanceddesigntheory,methodsandmanufacturingtechnologytobeintegratedinnovationsystem,isanimportantmeasuretopromotethemanufacturingpowertoChinabythediemoldmanufacturingpower.
KEYWORDS:
Phone,casting,molddesign,CATIA,CAD,sidePulling
目录
前言IV
一、压铸的概述1
1.1压铸的基本概念1
1.2压铸模的特点分类应用范围1
1.3压铸的优缺点2
1.4压铸的发展方向2
1.5毕业设计选题的意义3
1.6毕业设计任务3
1.7手机壳体模具设计及加工工艺制定流程3
二、铸件建模与工艺分析4
2.1概述4
2.2零件的三维图和二维工程图建模5
2.2.1零件立体图建模5
2.2.2零件二维工程图绘制6
2.3手机壳体铸件的分析6
2.3.1铸件的工艺性分析6
2.3.2零件的面积、体积和质量6
三、压铸机型号选择8
3.1压铸机概要8
3.2压铸机的分类8
3.3压铸机的选择9
四、分型面的选择11
4.1分型面的概述11
4.2分型面的类型11
4.3分型面的选择要点11
五、型腔分布与模具材料的选择12
5.1型腔分布设计12
5.2压铸模零件的材料选择及热处理要求12
5.2.1压铸模使用材料的要求12
5.2.2型芯、型腔的材料选择及热处理要求13
5.2.3浇道镶块、分流锥等浇注系统的材料选择13
5.2.4导柱、导套、推杆的材料选择13
5.2.5模架结构零件的材料选择14
六、模具的设计15
6.1凹模的设计15
6.2凸模的设计15
6.3斜滑块抽芯机构的设计16
6.4模架的设计17
6.5压铸模架尺寸的确定17
6.5.1模板的确定17
6.5.2动模支承板的选择17
6.5.3推板与推杆固定板的设计18
6.5.4垫块的设计18
6.6动、定模导柱和导套的设计18
6.6.1导柱和导套设计的基本要求18
6.6.2导柱、导套的设计19
6.7推出机构的设计20
6.7.1推出机构的分类20
6.7.2推杆推出部位设置要点20
6.7.3推杆推出端常用截面形状20
6.7.4推出距离的确定20
6.7.5铸件的推出21
6.8浇注系统设计21
6.8.1浇注系统的作用22
6.8.2浇注系统的分类22
6.8.3浇注系统设计的主要内容22
6.8.4浇注系统设计注意事项22
6.8.5浇道及浇口的设计23
6.9溢流槽、排气槽和冷却系统的设计23
6.9.1溢流槽的作用23
6.9.2溢流槽设置部位23
6.9.3溢流槽尺寸确定23
6.9.4排气槽的设计24
6.9.5冷却系统24
七、模具的动作过程25
结论26
参考文献27
致谢28
前言
模具是压铸件生产的主要工具,因此在设计模具时应尽量注意使模具总体结构及模具零件结构合理,安全可靠,便于制造生产,压铸模浇排系统需合理设计。
模具的加工、装配要到位,配合需适当,压铸模具的优化也是一个重要方面。
压铸模具的优良程度很大程度上取决浇注系统以及排溢系统的设计。
压铸生产中,因为模具浇道形状、浇口与排溢口位置及压铸力等控制参数选择不合理导致压铸件缩孔、冷隔或者气孔等缺陷的情况常有出现。
而对浇道和排溢口的形状、大小、位置以及压铸机压射工艺参数经过优化后可以大大减少这些缺陷。
综上所述,压铸模具的合理设计对于生产出高质量的铸件具有重要意义。
压力铸造(简称压铸)属于特种铸造的范畴,是一种将熔融状态或半熔融状态的金属注入压铸机的压室,在高压力的作用下,以极高的速度充填在压铸模的型腔内,并在高压下使熔融或半熔融的金属冷却凝固成型而获得铸件的高效益、高效率的精密铸造方法。
压铸历史至今不足二百年。
压铸广泛应用于工业生产还只是在20世纪初,之后压铸机也迅速发展。
近40年,随着科学技术和工业生产的进步,尤其是随着汽车和摩托及家用电器等工业的发展,又从节能、节省原材料诸方面出发,压铸技术已获得及其快速的发展。
近年来,一些国家依靠技术进步促使压铸件薄壁化、轻量化,因而导致以往用压铸件产量评价一个国家铸造水平的观念改变为用技术进步的水平来衡量。
中国压铸行业是一个新兴的行业,在上个世纪八十年代,中国只有几家单位有1000吨以下的压铸机,国内只能制造最大630吨压铸机,并且大部分压铸机合模机构还是全液压的,非常落后。
压铸领域仅限于个别军工或大型国营企业,压铸行业非常落后。
随着80年代末,中国摩托车行业的发展,中国陆续引进了国外的大批500至1000吨压铸机,国内首台1000吨压铸机也在90年开发成功,中国压铸行业因此得以快速发展,由此也拉动了中国压铸模具企业。
目前,国外先进的模具国家有美国、日本、德国等。
日本的模具制造技术仍处于世界领先地位。
据日本通产省工业统计,日本共有模具生产厂约10000家,其中20人以下的占91%以上,即日本模具业以中小企业为主,主要靠专业化分工,完成高质量的模具设计、加工。
由于日本的专业化分工做得好,中小模具企业的整体制造水平高,使“日本制造”的模具成为一种品牌、优质的象征。
美国现有约7000家模具企业,90%以上为少于50人的小型企业。
由于工业化的高度发展,美国模具业早已成为成熟的高技术产业,处于世界前列。
由于整个压铸过程都是在压铸机上完成,因此,随着对压铸件的质量、产量和扩大应用的需求,开始对压铸设备提出新的更高的要求,传统压铸机已经不能满足这些要求,因此,新型压铸机以及新工艺、新技术应运而生。
例如,为了消除压铸件内部的气孔、缩孔、缩松,改善铸件的质量,出现了双冲头(或称精、速、密)压铸;为了压铸带有镶嵌件的铸件及实现真空压铸,出现了水平分型的全立式压铸机;为了提高压射速度和实现瞬时增加压射力以便对熔融合金进行有效地增压,以提高铸件的致密度,而发展了三级压射系统的压铸机。
又如,在压铸生产过程中,除装备自动浇注、自动取件及自动润滑机构外,还安装成套测试仪器,对压铸过程中各工艺参数进行检测和控制。
它们是压射力、压射速度的显示监控装置和合型力自动控制装置以及电子计算机的应用等。
第1章压力铸造概述
1.1压铸的基本概念
压力铸造简称压铸,属于特种铸造范畴,一种将熔融状态或者半熔融状态的金属注入压铸机压室内,在高压力的作用下,以极高的速度充填在压铸模的型腔内,并在高压下使熔融状态或者半熔融状态的金属冷却凝固成型从而获得铸件的高效益、高效率的精密铸造方法。
压铸作为制造业中一种先进的有色合金精密成型技术,在产品向精密化、轻量化、节能化、绿色化的发展趋势中,正得到越来越广泛的应用,对铸件的需求量也一直在持续增长。
1.2压铸的分类、特点以及应用范围
压铸的分类方法很多,常见的分类方法有:
按压铸材料分:
单金属压铸、合金压铸、铁合金压铸、非铁合金压铸和复合材料压铸。
按压铸机分:
热室压铸、冷室压铸。
按合金状态分:
全液态压铸、半固态压铸。
压铸的特点:
高压和高速是压铸时液态或半液态金属充填成型过程的两大特点,也是压铸与其他铸造方法最根本的区别所在。
压铸时常用的压射压力一般为20~200MPa,最高可达500MPa,填充速度一般为0.5~120m/s;填充时间与铸件的大小和壁厚有关,一般为0.01~0.2s,最短仅有千分之几秒。
此外,压铸模具有很高的尺寸精度和很高的表面粗糙度要求。
压铸的应用范围:
压铸是最先进的金属成型方法之一,是实现少切削、无切削的有效途径,应用很广,发展很快。
目前压铸合金不再仅局限于非铁合金得锌、铝、镁和铜,而且也逐渐扩大用来压铸铸铁和铸钢件。
在非铁合金的压铸中,铝合金占比例最高(约30%~60%),锌合金次之(在国外,锌合金铸件绝大部分为压铸件),铜合金比例仅占压铸件总量的1%~2%,镁合金是最近几年国际上比较关注的合金材料,对镁合金的研究开发,特别是镁合金的压铸、挤压铸造、半固态加工等技术的研究更是遍地开花的局面。
目前在我国,压铸已广泛地应用在国民经济的各行各业中,如兵器、汽车与摩托车、航空航天产品的零部件以及电气仪表、无线电通信、电视机、计算机、农业机具、医疗器械、洗衣机、电冰箱、钟表、照相机、建筑装饰以及日用五金等各种产品的零部件的生产方面。
1.3压铸的优缺点
优点:
?
产品质量好;?
生产效率高;?
经济效果优良。
缺点:
?
采用一般压铸法,铸件易产生气孔,不能进行热处理。
?
对内凹复杂的铸件,压铸较为困难。
?
高熔点合金(铁合金、钛合金等),压铸模寿命较低。
不宜小批量生产,这主要是因为压铸模铸造成本高,压铸机生产效率高,小批量生产不经济。
1.4压铸的发展方向
随着对压铸件的质量、产量和扩大应用的需求,对压铸设备也不断提出新的更高的要求,而新型压铸机的出现以及新工艺、新技术的采用,又促进压铸生产更加迅速的发展。
近10年来,无论压铸机还是压铸技术均得到相当的发展,压铸机械已朝自动化智能化方向发展。
根据近几年来国际压铸会议及相应的展览会,压铸的发展方向如下表1-1:
表1-1压铸的发展方向
压铸的发展方向
说明
深入开展理论研究
利用计算机模拟技术,展开金属在充填型腔的流动形态金属在型腔中的凝固过程、型腔内金属液体的流、压力、模具的温度场分布、模具的温度梯度、模具的变形、压铸机拉杠杆系手里分析等方面的研究
研发新式压铸设备
进行解决高温铝液腐蚀零部件问题及有柔性单元配备装置、智能化机械手、分立的自动浇料、取件、喷涂装置等新式压铸机的研发
研发压铸新材料
进行金属基复合材料的压铸及压铸镁合金的开发研究
发展新型检测技术
研发压铸产品的检测特别是内部缺陷的无损检测新技术
发展压铸新技术
进一步研发真空压铸、充氧压铸、半固态压铸、挤压压铸等无气孔压铸新技术
广泛应用最新技术
在压铸生产中,广泛应用并行工程(CE)和快速原型制造技术(RPM)等最新技术
研发压铸模新材料
不断研发提高压铸模寿命的压铸模新材料及压铸模表面处理新技术
1.5毕业设计选题的意义
实现模具设计、制造信息化与智能化,是21世纪中国模具制造业光荣而又艰巨的任务。
应用信息技术将先进的设计理论、方法与制造技术加以系统的集成创新,是全面推动中国由模具制造大国走向模具制造强国的重要措施。
压铸作为制造业中一种先进的有色合金精密成型技术,在产品向精密化、轻量化、节能化、绿色化的发展趋势中,正得到越来越广泛的应用,对铸件的需求量也一直在持续增长。
金属压铸成型工艺是目前成型有色金属结构件的重要成型工艺方法,由于金属压铸成型具有高效率、高精度、低消耗以及少、无机械加工等突出的优点,在振兴制造业的年代得到了空前的发展。
1.6毕业设计任务
根据所给手机壳体任务书,首先设计该铸件结构,如图1-1所示。
为满足大批量自动化生产的需要为该铸件设计压铸模具。
主要包括铸件设计、工艺性分析、确定收缩率和分型面、浇道系统设计、冷却系统、压铸设备选择、模具结构件设计、成型零部件加工工艺制订、绘制模具设计图纸。
图1-1铸件图
1.7手机壳体模具设计及加工工艺制定流程
铸件设计→工艺性分析→确定分型面→模架粗选择→压铸设备选择→浇注系统设计→排气槽和溢流槽设计→成型件设计→顶出机构的设计→冷却系统→成型零部件加工工艺制定→完成整套模具的三维立体图、二维工程图的绘制及设计说明书。
第二章铸件建模与工艺分析
2.1零件的三维图和二维工程图建模
2.1.1零件立体图建模
利用CATIA分析所给零件的外形和尺寸,利用CATIA的建模方法,根据手机壳体的形状和使用特点进行建模。
2.1.2零件二维工程图绘制
工程图是在设计的最后用作指导生产的三视图图样。
工程图图样的制作可以说是正式将零件或装配模型的设计归档的过程,其正确与否,直接影响到生产部门的生产制作。
而本设计利用CATIA进行立体模型建模后,再利用CATIA导出零件的二维工程图,然后在AutoCAD2007中进行修改和标注(如图2-2所示)。
图2-2手机壳体工程图在AutoCAD2004中修改和标注
2.2手机壳体铸件的分析
2.2.1铸件的工艺分析
压铸件的工艺分析包括压铸件的原材料分析、压铸件的尺寸精度分析、压铸件的表面质量和压铸件的结构工艺性分析。
1、压铸件原材料分析
材料的选取要综合考虑多方面因素,首先要了解铸件的用途、使用环境,在满足以上要求后,并考虑使用材料的成本、成型加工的难易程度等要求。
可以选择材料为铝合金YL302。
铝合金具有良好的铸造性能,特别适合于压铸,YL302化学成分见表2-1、力学性能见表2-2。
表2-1铸造铝合金YL302的化学成分
合金牌号
合金代号
主要元素(质量分数)/%
Si
Cu
Mg
Zn
Mn
Ti
其他
Al
YZAlMg5Si1
YL302
0.35
0.25
7.60~8.60
0.15
0.35
-
-
余量
表2-2铸造铝合金YL302的力学性能
合金牌号
合金代号
铸造方法
合金状态
力学性能(?
)
抗拉强度
伸长率
/%
布氏硬度
HBS(5/250/30)
YZAlMg5Si1
YL302
SB、JB、RB、KB
T2
135
4
50
表2-3铸件压铸工艺参数
浇注温度°C
型温°C
压实压力MPa
内浇口处流速m/s
充填时间s
660~700
180~240
50
35
0.06
2、压铸件尺寸精度分析
该铸件尺寸较小,材料为铝合金ZAlSi12(YL302),参考铸件尺寸公差的选用表,对应的模具相关零件的尺寸加工可以得到保证。
3、表面质量的分析
该铸件是属于耐气密性件,不允许有裂纹、欠铸、疏松、气泡和任何穿透性缺陷。
铸件的浇口、飞边、溢流口、隔皮、顶杆痕迹等应清理干净,但允许留有痕迹。
4、压铸件的结构工艺分析
此次设计的铸件如图1-1所示,由图中可以看出,该铸件形状不是很复杂,为了铸件出模顺畅,设计了侧抽芯机构。
2.2.2零件的投影面积、面积、体积和质量
为了确定成型时压铸原材料的消耗,同时也为选择压铸机机提供参考,必须估算铸件的面积、体积及质量,由材料的性能特点,可以知道铝合金YL302的密度为2.70g/cm3,由CATIA5.0中的分析菜单可以算出零件的面积和体积,如图
图2-3CATIA5.0计算
从CATIA5.0中可以计算出,单个零件的体积:
=9.90cm
单个质量:
m=0.027kg=27g
单个铸件的投影面积:
=7000mm
第三章压铸机型号的选择
3.1压铸机的基本知识
压铸机是压铸生产最基本的设备,是压铸生产中提供能源和选择最佳压铸工艺参数的条件,是获得优质压铸件的技术保证。
合金压铸主要是通过压铸机和安装在压铸机上的压铸模共同作用制成制品零件的。
因此,在设计及制造压铸模之前,设计者必须掌握和了解所使用的压铸机性能、工作方式,并尽量采用现有设备规格设计出合适使用的模具结构。
3.2压铸模与压铸机应满足的条件
1)压铸机应具有保证正常生产所需的锁模力、开模力和推出力的能力。
2)压铸机应具有确保铸件成形和达到致密性要求的压实压力压。
3)压铸模的大小、厚度、开模距离等应与压铸机相适应,以确保模具的安装和开模后取出制品零件。
4)压铸模的定位孔直径、浇注直径、推出杆孔位置等均应与压铸机模板安装孔相适应。
5)冷压室压铸机压室应能容纳每次压铸所需的金属溶液。
3.2压铸机的分类
压铸机通常按压室的受热条件的不同分为冷压室压铸机(简称冷室压铸机)和热压室压铸机(简称热室压铸机)两大类。
冷室压铸机又因压室和模具放置的位置和方向不同分为卧式、立式和全立式三种。
压铸机的结构如图3-1所示。
图3-1压铸机的种类示意图
3.3压铸机的选择
选择压铸机时需要先进行锁模力的计算:
3.3.1计算压铸机所需的锁模力
根据铸件结构特征、技术要求和合金种类选用合适的比压,结合模具结构的考虑,估算投影面积,得到压铸该压铸件所需压铸机锁模力。
(3-1)
式中
---压铸机应有的锁模力(kN);
K---安全系数(一般K=1.25);
F
---主胀型力、作用在分型面上的投影面积、包括浇注系统、溢流排气系统的面积的力(kN),按式(3-2)算出;
F
---分胀型力,作用在滑块楔紧块上的法向分力所引起的胀型力之和(kN)按式(3-3)。
3.3.2确定压实压力
比压是保证铸件质量的重要参数之一,根据铸件特征和要求以及合金种类按表2-3可以确定压实压力为60MPa。
3.3.3计算胀型力
(1)计算主胀型力
F
=Ap/10(3-2)
式中F
---主胀型力(kN);
A---铸件在分型面上的投影面积,多腔模则为各腔投影面积之和,和浇注系统与溢流排气系统的面积(㎝²);
P---比压(MPa)。
F
=Ap/10=80x60/10=480KN
此铸件不涉及分胀型力
故
根据锁模力的值,可选择的型号有J116E型卧式冷室压铸机。
J116E型压铸机的主要参数见表3-1。
表3-1J116E1250kN卧式冷室压铸机主要参数
锁模力kN
630
铸件投影面积
cm
67~110
拉杠内间距mm
300x300
压实压力压(小/大)
MPa
57~94
模具厚度mm
150~350
压射行程
mm
282
动模座板行程mm
240
空循环次数
次/s
5
顶出行程mm
60
管路工作压力
MPa
10.5
顶出力kN
52
电动机功率
kW
11
压射力kN
90
重量
kg
3500
动模座板尺寸mm
480x480
外形尺寸(长x宽x高)mm
3970x1050x2100
一次金属注
入量kg
0.5
压室直径mm
35,40
第四章分型面的选择
4.1分型面
压铸动模与定模的结合面通常称为分型面。
模具一般只有一个分型面,但有时由于铸件结构的特殊性,或者为满足压铸生产的工艺要求,往往需要再增设一个或两个辅助分型面。
4.2分型面的类型
分型面对制品表面质量,尺寸精度和形位精度、脱模,型腔型芯结构和排气以及进料浇口和模具制造都有直接影响。
因此,在选择和确定分型面时,应全面分析、比较和考虑,选定比较有利的方案。
4.3选择分型面时的要点
1)开模时保持铸件随动模移动方向脱出定模;
2)有利于浇注系统、溢流系统和排气系统的布置;
3)避免影响铸件的尺寸精度;
4)尽量减少侧向抽芯机构,简化模具结构;
5)避免压铸机承受临界载荷;
6)选择分型面时,应考虑合金的铸造性能。
综合上述,并且结合手机壳体铸件的特点,由于该铸件结构比较简单,因此只用一个分型面就足以。
以最大平面作为分型面。
具体如图4-1所示。
分型面为动定模的分型。
图4-1手机壳体分型面示意图
第5章型腔分布设计与模具材料的选择
5.1型腔分布设计
为了使模具与压铸机的生产能力相匹配,提高生产效率和经济性、保证铸件精度
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