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铝壳体压铸模具设计毕业设计论文管理资料
铝壳体压铸模具设计
摘要:
压铸是制造业的一种工艺,能够成型复杂的高精度的金属制品,多用于汽车制造,机械制造等。
本课题是对铝壳体进行模具设计并分析加工工艺。
本模具考虑到年产量、工厂的设备及铸件的精度要求,选择一模一腔结构。
以制品的最大端面为分型面,使制品顺利脱模。
制品上还有散热片,须进行侧向抽芯。
为了使动、定模能够准确地动作,导向定位机构利用导柱与导套的配合。
顶出机构是推杆推出的一次脱出机构。
考虑到零件的位置关系,冷却水道采用循环式分布,以便冷却均匀、快速。
采用Pro/Engineer、AutoCad来实现铝壳体的三维设计及模具成型零件设计,分析制件的成型质量和完成分型面的设计,再采用EMX组件来实现模架的装配,并在产品设计及模具装配过程中,辅助以必要的理论计算,将数字化设计与理论计算结合起来,可以大大缩短产品研发周期、模具设计周期,提高产品设计及模具设计的准确性、产品成型质量,降低产品研发、模具设计成本。
在设计过程中制定了合理的工艺方案,满足了大批量生产要求。
同时,还编制了详细的工艺文件来保证模具的顺利加工及制品的生产。
关键词:
压铸模具;加工工艺分析;Pro/E;
Die-castingmolddesignofAluminumshell
Abstract:
Die-castingisamanufacturingprocess,itcanmoldthecomplexandhighaccuratemetalproduct,usedinautomobilemanufacturing,machinerymanufacturingandsoon.ThesubjectisaboutthedesignofAluminumshellmoldandprocessanalysis.
Consideringtheannualoutput,theequipmenofthefactoryandtherequirementofprecisionoftheplasticproduct,onecavitiesinamould.Thelargestsurfaceofthegoodswaschoosedasthepartinglinetomakegoodsbydemoldsuccessfully.Theproductshaveheatsink,soitneedlateralcorepulling.SuspensionandPositioningmechanismusematchedguidepillarandguidesleevetomakemovablemould,fixedmouldtoworkaccurately.Theknockoutsusesonceejectingmechanismthatlifterpushesout.Bytherelationofthepositionofeachpart,coolingchannelsaredesignedtostraightchannelstocooleffectively,quickly.
WithPro/Engineer,AutoCadtoimplementthree-dimensionaldesignandmoldvolumedesignofthetelephonereceiver,andshapingqualityofpartwasanalyzedandthepartinglinewasdesignedbyPro/Engineer,thenutilizedEMXtoaccomplishtheassemblageofthemoldwiththeassistanceofessentialtheorycalculatemixedwithfiguredesign.Itwouldnotonlyshortenthecycleofproductresearchandmolddesign,andimprovetheprecisenessandtheproductshapingquality,butalsolowerthecostoftheresearch.Havingmadetherationalcraftschemeinthedesignprocess,soithasmettherequirementofproducinginenormousquantities.Moreover,italsopreparedadetaileddocumenttoensurethattheprocessforthesmoothprocessingofmoldandapparelproduction.
Keyword:
Diecasting;processanalysis;Pro/E;
1前言
课题内容
设计一套能够高效率的生产高质量铝壳体的压铸模具。
课题背景
压铸是将熔融状态或半熔融状态合金浇入压铸机的压室,在高压力的作用下,以极高的速度充填在压铸模的型腔内,并在高压下使熔融合金冷却凝固而成形的高效益、高效率的精密铸造方法。
高压力和高速度是压铸时熔融合金充填成形过程的两大特点,也是压铸与其其他铸造方法最根本的区别所在。
作为压铸成型加工的主要工具之一的压铸模具,在质量、精度、制造周期以及压铸成型过程中的生产效率等方面水平的高低,直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代,同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。
随着合金新品种的不断出现以及合金制品在结构、外观上要求的日益提高,使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂。
而传统的模具设计是在二维环境下采用手工绘图的方式进行的,已经很难满足这种发展变化的需要。
过去模具设计工作主要依靠设计人员的经验,模具的加工制造又在很大程度上依赖于生产者的操作技能,因此存在模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短等缺陷。
压铸模具CAD/CAM技术的应用,从根本上改变了传统的产品开发和模具加工方式,大大地提高了产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本、强有力地推动了模具工业的发展。
一些大型的商品化CAD/CAM软件,如Pro/Engineer、Cimatron、Flow-3D等,都已开发出专门用于压铸模具设计的功能模块,为模具设计提供了十分方便的工具。
有资料统计表明,采用CAD技术可以使模具设计时间缩短50%。
在欧美一些工业发达的国家,CAD/CAM已经成为模具行业一种普遍应用的技术。
在CAD应用方面,已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段。
在模具设计中采用三维CAD软件的企业已经接近90%。
目前,国内也有不少企业开始应用CAD软件进行模具设计。
Pro/E、Flow-3D等软件在压铸模具设计中的应用,成功地弥补了传统设计方法的不足,制品几何造型、分型面的创建、模具的结构设计,都是基于同一数据库进行的,既方便,又易保证制品的精度。
课题的来源及要求
本课题来源于盐城市江动集团。
A.模具应能满足加工要求,保证制件精度;
B.模具应运转平稳,工作可靠,结构简单,装卸方便,便于维修、调整;
C.模具尽量用通用件以便降低制造成本;
模具,是工业生产的基础工艺装备,在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中,60%~80%的零部件都依靠模具成形,模具质量的高低决定着产品质量的高低,因此,模具被称之为“百业之母”。
模具又是“效益放大器”,用模具生产的最终产品的价值,往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。
压铸是一种精密的铸造方法,经由压铸而铸成的压铸件之尺寸公差甚小,表面精度甚高,在大多数的情况下,压铸件不需再车削加工即可装配应用,而且表面处理有多种方法可供选择例如电着、电镀喷沙等,螺纹的零件亦可直接铸出。
从一般的照相机件、打字机件、电子计算机件、卫星零件及装饰品等小零件,以及汽车、机车、等交通工具的复杂零件大多是利用压铸法制造的。
压铸法有上述的优点,但亦有下列缺点:
(1)压铸合金受限制
目前的压铸合金只有锌、锡、铅、铜、镁、铝等六种,其中以铜合金的熔点最高。
最近亦有铸铁压铸的报告,但为了经济上的因素,仍须研究有关之材质,模具材料及作业方法等。
(2)设备费用昂贵
压铸生产所需之设备诸如压铸机、熔化炉、保温炉及压铸模等费用都相当的昂贵。
(3)铸件之气密性差
由于熔液经高速充填至压铸模内时,会产生乱流之现象,局部形成气孔或收缩孔,影响铸件之耐气密性。
根据国内和国际模具市场的发展状况,有关专家预测,未来我国的模具经过行业结构调整后,将呈现十大发展趋势:
一是模具日趋大型化;二是模具的精度将越来越高;三是多功能复合模具将进一步发展;四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高;五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展;六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛;七是快速经济模具的前景十分广阔;八是压铸模的比例将不断提高,同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求;九是塑料模具的比例将不断增大;十是模具技术含量将不断提高,中高档模具比例将不断增大,这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。
2总体方案设计
首先是对铸件进行测绘。
测绘好后用Pro/E软件进行三维造型。
主要采用拉伸、旋转、扫描、混合及薄壁等步骤造型。
造型结束后进行模具设计。
考虑到生产批量和经济效益,还有铸件的精度等级本模具采用一模一腔。
下面选择压铸机,主要从压室容量、锁模力等方面进行考虑。
要确保铸件及浇注系统所需的压铸量不超过压铸机最大容量的80%。
接着对各个系统进行设计,首先是浇注系统。
浇注系统分为直浇道、横流道、内浇口、余料等。
直浇道的中心线与压铸机压室的中心线应在同一条直线上。
另外由于直浇道与高温高压的熔融铝合金接触所以外面要加个浇口套。
浇口套要进行淬火处理,这样可以延长模具的使用寿命。
横浇道的截面积采用扁梯形。
直浇道与横浇道采用圆角过渡,这样可以减小料流转向过渡时的阻力。
横浇道表面不必很光,可以使金属液的冷却皮层固定,有利于保温。
横浇道与内浇口采用圆弧过渡,有利于金属液的流动及填充。
内浇口主要有两个作用,一是起控制作用,二是压力撤销后封锁型腔,不产生倒流。
余料主要是避免冷料进入型腔影响铸件的质量和堵塞浇口。
本模具排气系统采用间隙排气。
利用分型面的配合间隙自然排气。
下面是推出机构的设计。
推动的动力来源有手动推出、机动推出和液压推出机构。
本模具设计采用压铸机的开模动作驱动模具上的推出机构,实现铸件的自动脱模。
接着是推出机构的设计。
本模具设计采用铸件留在动模,要保证铸件不应推出变形或损坏,还要保证铸件的良好外观和结构可靠。
铸件的测绘
铸件为铝壳体,材料为ZL102,用游标卡尺对零件进行测绘。
我们最终所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔,而我们所取的铸件是模具生产出来的千千万万个铸件中的一个,由于制造的原因铸件在出模后不可避免的会产生一定的变形,因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。
如对铸件较大尺寸误差的进行修正,对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整,然后绘出零件的草图。
由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法。
量具:
游标卡尺(0~300、),曲线测量仪等。
注意做到以下几点:
a.测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上;
b.采用多次测量求平均值;
c.正确地读取数据。
测量的主要尺寸如下图:
(a)主视图
(b)俯视图
(c)B-B剖视图
图2-1铸件的测绘
铸件的造型
零件测绘草图出来以后,应该根据零件的测绘图,对零件的进行三维造型。
三维造型可以选用Pro/E软件,三维造型的所有参数与测绘的数据一致。
首先打开三维软件Pro/E,进入零件设计界面,点击拉伸命令,向两边进行拉伸,接着用旋转,扫描,混合,造型等命令绘制三维图形,由于铸件是铝壳体所以还要进行薄壁处理。
要正确的绘制出该塑件的造型图必须熟练掌握Pro/E的绘图命令。
由Pro/E软件的计算功能得铸件尺寸为:
该铸件外形尺寸为160mm×100mm×50mm,制品投影面积约为160mm2,×104mm3
根据上述的方法绘制的制品的零件图如下:
铸件的三维造型如图2-2所示:
(a)
(b)
图2-2铸件的三维造型
铸件的材料选择与分析
铝硅系合金,也叫“硅铝明”或“矽铝明”。
有良好铸造性能和耐磨性能,热胀系数小,在铸造铝合金中品种最多,用量最大的合金,含硅量在10%~25%。
%~%镁的硅铝合金,广泛用于结构件,如壳体、缸体、箱体和框架等。
因此,该铸件件选择ZL102材料。
铸件尺寸精度
铸件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的,但还必须充分考虑铝合金的性能及成型工艺的特点。
由于该铸件要求其外表面光滑,既不会在使用过程中对人造成伤害,还要必须考虑其外形的美观。
因此该铸件取精度等级为3级。
模具材料的选择
压铸模具结构比较复杂,组成一套模具的零件数目较多,而且由于各零件在工作中所处的地位、作用不同,对材料的性能要求也不同。
总的说来,用于制作压铸模具的材料,在质量上首先要求具有一定的硬度和耐磨性,其次是有一定的强度和韧性,再次是易于加工。
因此,应根据模具的结构、性能要求和使用条件、模具的制造方法,合理地选用模具材料。
模具中各个零件的材料选择如下:
.导向零件的材料选择包括导套和导柱,由于在开、合模时有相对运动,成型过程中要承受一定的压力,或偏载负荷,因此要求表面耐磨性好,心部具有一定的韧性,本设计中的导向零件选用T8A,经过渗碳淬火后表面硬度应达到50-55HRC;
.浇注系统零件的材料选择包括浇口套等,要求具有良好的耐磨表面、耐蚀性和热硬性,本设计中的浇注系统零件选用T8A,经过渗碳淬火后表面硬度应达到50-55HRC;
.顶出机构零件的材料选择包括推杆和复位杆,要求表面耐磨性好,并具有足够的机械强度,本设计中推杆选用45钢,淬火处理后表面硬度达到40-45HRC;复位杆选用T8A,淬火处理后表面硬度达到50-55HRC;
.模体零件的材料选择包括各种模板、推板、固定板、垫块等,这些零件要求具有足够的机械强度,在本设计中选用45钢,经淬火处理后表面硬度达到40-45HRC,可满足上述要求;
.定位零件的材料选择包括定位圈和螺钉,要求其具有足够的机械强度,耐磨性好,考虑上述要求,定位圈选用T8A,并表面淬火使硬度达到50-55HRC;螺钉选用45钢。
脱模斜度
脱模斜度主要是为了便于脱模。
脱模斜度的大小与铸件的形状,脱模方向的长度,铸件表面质量有密切关系。
一般规律为:
a.铸件的壁厚大时,成形收缩大,脱模斜度要大;
c.形状复杂的部分要比形状简单的部分有较大的脱模斜度;
d.型腔的深沟槽部分——如加强筋、突脐,需要较大脱模斜度。
一般选取3°~5°。
为了使铸件易于从模具内脱出,在设计时必须保证铸件的内外壁具有足够的脱模斜度。
由于目前还没有比较精确的脱模斜度计算公式,在选择脱模斜度时,主要还是参照经验数据,根据ZL102的性质在设计中选用3°的拔模斜度。
型腔数目的确定
型腔数越多时,精度也相对地降低。
这不仅由于型腔加工精度的参差,也由于金属液在模具内的流动不匀所致。
所以精密铸件尽量不用多腔模形式。
按照SJ/T10628—95标准中规定,铝壳体铸件采用一模一腔。
采用J116压铸机,参数如下:
锁模力630kN
开模力70kN
压射力60kN
压室直径45m
压射比压40MP
压室内最大合金容量铝合金
铸件最大投影面积750
压射冲头回程力30kN
压射冲头最大行程260mm
压射冲头伸出定模距离60mm
模具最大尺寸360x450mm
模板最大间距570mm
模板最小间距250mm
合模行程320mm
压室偏心距离60mm
3具体设计说明
分型面的确定
A.分型面的确定要遵守以下原则:
a.分型面铸件应尽可能留在动模或下模,以便从动模或下模顶出,简化模具结构。
b.分型面铸件留于动模时,应考虑最简顶出形式,简化模具结构。
c.铸件有侧抽芯时,应尽可能放在动模或下模部分,避免定模或下模侧抽芯。
d.铸件有多组抽芯时,应尽量避免长端侧抽芯。
e.头部有圆弧的铸件,采用圆弧部分分型会损伤铸件外观。
一般应选择在头部下端分型。
f.一般铸件分型面的选择,应考虑到铸件的外观,尽量避免铸件表面留有分型痕迹。
g.有同心度要求的铸件,应尽可能将型腔设在同一分型面上。
本模具设计分型面选择铸件的最大端面,如下图所示
图3-1分型面位置
B.初步确定了分型面后,用Pro/E软件建立分型面。
主要有以下几个步骤:
a.首先打开Pro/E,调入模具参考模型,在菜单栏中选取【新建】——【制造】——【模具型腔】——【装配】,装配已画的零件图。
b.设计毛坯工件,在菜单管理器中选取【模具模型】——【创建】——【工件】——【手动】单击确定。
选择【创建特征】,在菜单管理器中选取【实体】——【加材料】——【拉伸】——【实体】——【完成】进入草绘部分进行绘制。
d.设计分型面,利用菜单管理器中【分型面】的子选项进行分型面的创建和修
改。
将金属液引入到型腔的通道称为浇注系统。
它是从压室开始到内浇口为止的进料通道的总称,一般由直浇道、横浇道、内浇口、余料组成。
在设计浇注系统时应考虑以下设计原则:
.浇口要设在不影响铸件外观质量的地方及部位;
.浇注系统应适应成型特性,以保证成型周期及铸件质量;
.浇注系统根据型腔数的多少和布局确定;
.浇注系统根据成型铸件的形状及尺寸确定;
.浇注系统尽量采用短流程,以减少热量和压力的损耗及节约原材料;
.浇注系统应有利于良好的排气,并防止型芯的变形及嵌件的位移;
直浇道的设计
直浇道是传递金属液压力的首要浇道,其尺寸大小可以影响金属液的流动速度,充型时间,气体的储存空间和压力损失的大小,起着能否使金属液平稳引入横浇道和控制金属液充型条件的作用。
本模具设计采用卧式冷式压铸机,它由压铸机上的压室和压铸模上的浇口套组成,其设计要点如下:
.根据所需压射比压和压室充满度选定压室和浇口套的的内径D
,便于余料从压室中脱出。
,避免金属液在重力作用下进入横浇道,提前开始凝固。
,应在热处理和精磨后,再沿轴线方向进行研磨,。
本模具设计采用的压铸机是J116,取压室直径为40mm,浇口套半径为25mm。
,为使浇口套中的金属液容易脱离直浇道,应设有脱模斜度,这个斜度一般最小不小于1°,最大不超过4°。
直浇道的脱模斜度不能过大,否则在压铸时会产生涡流和流速过慢等现象。
主流道应保持光滑的表面,避免留有影响金属液流动和脱模的尖角毛刺等。
横浇道的设计
横浇道是指直浇道到内浇口的一段浇道,它的作用是将金属液引入内浇口,并可以借助横浇道中的大体积金属液来预热模具,当铸件冷却收缩时用来补缩和传递静压力。
横浇道的设计要点如下:
,不允许有突然的扩大或缩小现象,以免产生涡流。
,可利用横浇道或扩展横浇道的方法来使模具达到热平和,容纳冷污金属液,涂料残渣和气体。
,若横浇道过薄,则热量损失大;若过厚,则冷却速度缓慢,影响生产率,增大金属消耗。
保持一定长度的目的,主要是对金属液起到稳流和导向的作用。
。
多腔压铸模主横浇道截面积应大于各分支横浇道截面积之和。
,一般情况下工作时,横浇道在模具中应处于直浇道的正上方或侧上方,多型腔模也应如此,以保证金属液在压射前不过早流入横浇道。
,应顺着金属液的流动方向研磨,。
本设计中,横浇道截面积采用扁梯形,金属液热量损失小,加工方便。
扁梯形横浇道尺寸如下:
图3-4横浇道尺寸图
h=~2H
=3~4mm(3-1)
b=3A
/h=3
6/3=6mm(3-2)
=15°
r=2~3mm
式中,b——横浇道长边尺寸,mm;
A
——内浇口截面积,mm
;
H
——铸件平均厚度,mm;
——出模斜度;
R——圆角半径。
横浇道的长度L一般取30-40mm,L过大消耗压力,降低金属液温度,影响铸件成行并容易产生缩松。
L过小则金属液流动不畅,在转折处容易产生飞溅,导致铸件内部形成硬质点。
本设计取用40mm。
内浇口的设计
内浇口是指横浇道到型腔的一段浇道,其作用是使横浇道输送出来的低速金属液加速并形成理想的流态而顺序地充填型腔,它直接影响金属液的充填形式和铸件质量,因此是一个主要浇道。
在选择浇口位置时应遵循如下原则:
a.从内浇口进入型腔的金属液,应首先充填深腔处难以排气的部位,然后充填其他部位,并注意不要过早的封闭分型面,排气槽,以便型腔中气体能够顺利排除。
b.金属液进入型腔后,不正面冲击型壁和型芯,力求减少功能损耗,避免因冲击而受侵蚀发生粘膜现象,致使该处过早损坏。
c.应尽可能采用单个内浇口而少用分支浇口,以避免多路金属液汇流互相撞击,形成涡流,产生裹气和氧化物夹杂等缺陷。
对有加强肋的铸件,应使内浇口导入金属液的流向与加强肋方向一致。
d.形状复杂的薄壁铸件,应采用较薄的内浇口,以保证有足够的充填速度。
对一般结构形状的铸件,为保证最终静压力的传递作用,应采用较薄的内浇口,并设在铸件的厚处。
e.内浇口设置位置应使金属液充填压铸模型腔各部分时,流程最短,流向改变少,以减少充填过程中能量的损耗和温度的降低。
冷却装置设计
压铸生产时压铸模的温度由冷却系统来控制和调节,其作用主要有:
使压铸模达到较好的热平衡和改善顺序凝固条件,使铸件凝固速度均匀并有利于压力的传递,提高铸件的内部质量;保持压铸合金充填时的流动性,具有良好的成形性和提高铸件的表面质量;稳定铸件尺寸精度,提高生产率;降低压铸模热交应变力,提高压铸模使用寿命。
冷却系统的设计原则:
a.尽量保证塑件收缩均匀,维持模具的热平衡;
b.冷却水孔的数量越多,孔径越大,则对塑件的冷却效果越好;
,与制件的壁厚距离相等,经验表明,~,~。
最小不要小于10。
,冷却水从浇口处进入最佳;
,进出水温差一般不超过5℃
,对于矩形模具,通常沿宽度方向开设水孔。
,确定冷却水管接头位置,避免与模具的其他机构发生干涉。
冷却计算:
单位时间内进入模具应除去的总热量Q,可以用下式计算:
Q=W1×a(3-3)
式中W1—单位时间内进入模具的合金重量g
a—克合金的热容量(J/g)一般取130J/g
经计算:
Q=×÷×130≈
则带走上述热量,所需的冷却水量按下式计算:
(3-4)
式中W—通过模具冷却水的重量(g/h)
T3—出水温度℃查表得ZL102模具温度40~60℃
T4—入水温度℃取常温24℃
K—热传导系数;凹模板或凸模板钻孔的冷却水道K=
经计算:
W≈g/h
由下式可以计算出冷却水道的直径:
(3-5)
式中p—冷却液容重g/cm3;
L—冷却水道长度cm;
d—冷却水道直径cm。
经计算:
d≈cm取8mm。
推出机构的作用是铸件成型后,顺利地把铸件及浇道凝料推
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