电动机端盖压铸模具设计.docx

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电动机端盖压铸模具设计

毕业设计说明书

题目：

电动机端盖压铸模设计及型腔数控加工

院系：

机械工程学院

专业：

设计制造及其自动化

学生姓名：

闫xx学号：

20070201xxxx

指导教师：

郭建新

完成日期：

2010年6月20日

诚信声明

本人声明：

1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；

2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；

3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。

作者签名：

日期：

年月日

湖南工程学院

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：

电动机端盖压铸模设计及型腔数控加工

姓名闫全伟系别机械学院专业机械设计制造及自动化班级0704学号2

指导老师郭建新教研室主任彭浩舸.

一、基本任务及要求：

1．完成本课题的开题报告（含文献综述）；

2．对电动机端盖压铸成形工艺进行分析论证，并对其压铸模进行设计；

3．利用UG等CAM软件对模具型腔进行3D建模、数控编程和仿真加工；

4．撰写毕业设计说明书。

二、进度安排及完成时间：

1．宣布毕业设计任务、明确课题要求，收集、阅读相关资料；0.5周

2．.调查研究、分析课题要求、完成开题报告和毕业实习；2.5周

3．压铸方案论证；2周

4．工作图设计：

1）总装配图设计3周

2）零件图设计3周

5．对模具型腔进行3D建模、数控编程和仿真加；2周

5．撰写毕业设计计算说明书。

2周

6．答辩1周

电动机端盖压铸模设计及型腔数控加工

摘要：

压力铸造是目前成型有色金属铸件的重要成型工艺方法。

压铸的工艺特点是铸件的强度和硬度较高，形状较为复杂且铸件壁较薄，而且生产率极高。

压铸模具是压力铸造生产的关键，压铸模具的质量决定着压铸件的质量和精度，而模具设计直接影响着压铸模具的质量和寿命。

因此，模具设计是模具技术进步的关键，也是模具发展的重要因素。

本次的课题是围绕电动机端盖压铸模设计进行研究的，重点在于压铸模的设计以及数控加工方面的探讨。

包括压铸设备的确定，零件的工艺分析，浇注排溢排气系统的设计，推出机构抽芯机构的设计，模架的设计，成形零件的设计，结构零件的设计，零件的UG建模，CAM仿真，数控编程等。

关键词：

压铸模具；电动机端盖；铝合金；CAM仿真

DesignandcavityncmachiningofvibrationtoMotorcoverdie-castingmolds

Abstract:

Die-castingmoldingtechnologyisplayingakeyroleinnon-ferrousmetalstructureformingprocesses.Die-castingprocess’sfeaturesarethestrengthandhardnessofdiecastingonhigh,thin-walledcastingswithcomplexshapecanbecast,andtheproductionisefficient.Thedie-castingdieisthekeyfortheprocessofdiecasting,itsqualitydecidesthequalityandaccuracyofcastings,andthedesignofthedie-castingdieaffectsitsqualityandoperatinglifedirectly.Therefore,designingthedie-castingdieisthekeytotechnologicalprogress;itisalsoanimportantfactorinthedevelopmentofmold.

Thistopicisaboutvibratorsswitchcoverdie-castingdiedesign,thekeyisthestudyofthedesignofdiecastingdieandncmachininginthepaper.Includingdie-castingequipment,partsoftheprocessanalysistodetermine,pouringrowofexhaustsystemdesign,overflowlaunchinstitutionscore-pullingmechanismdesign,formworkdesign,formingpartsdesign,structuralcomponentsdesign,partsofUGmodeling,CAMsimulation,CNCprogramming,etc.

Keywords:

die-castingmould;Motorcover.Aluminiumalloy;CAMsimulation

前言

金属压铸成型技术是目前成型有色金属结构见的重要工艺方法，金属压铸模是压铸层次那个的重要工艺装备。

犹豫金属压铸成型具有高效率、搞精度、低消耗以及少、无机械加工等突出的特点、在振兴制造业的年代得到了空前的发展。

由于金属压铸成型有不可比拟的突出有点，在工业技术快速发展的现在，其必将得到越来越广泛的应用，特别是在大批量生产中，虽然模具成本高，但从总体上来说，其大批量生产是的综合成本大幅度降低，在制造业中性价比高。

近年来，汽车工业的飞速发展更是显示出了压铸成型技术的重要性。

本课题主要针对电动机端盖来探讨压铸模具的设计及数控加工，从压铸模设计基础入手，牵涉到压铸模具设计的各个方面，通过查阅各方面书籍，最后完成了本次压铸模具的设计，其中整个设计流程均按标准设计。

本次电动机端盖压铸模具的设计图纸均用CAXA画出二维模具图，同时联系实际生产中的所要涉及到的工艺，对所设计模具进行多次改进，多次数控加工仿真，以及对相关零件进行了CAM仿真和数控编程，最终得出设计结果。

第1章.压铸设备的确定

1.1零件图的工艺分析

所选铸件为电动机端盖，材料使用铸铝合金ZL1。

铸件壁厚大体均匀，形状对称，由一圆柱体铣出的两个型腔和圆柱外边缘三个螺钉孔耳组成。

零件中心开孔Φ23mm，内型腔上均布三个Φ4.2mm圆孔，因铸造不便不设计在内，同时处于经济考虑，螺纹孔可在压铸后加工。

由于压铸件尺寸偏差小，故选工作精度为Ⅰ级，铸件铸件最大直径为161mm，查参考文献【1】表1.1-22得压铸件配合尺寸精度为CT7级,铸件工程图如图1-1。

图1-1铸件工程图

1.2分型面的选择

合理的确定分型面，不但能简化压铸模的结构，而且能保证铸件的质量。

确定分型面时，主要根据以下原则：

①开模时，能保持铸件随动模移动方向脱出定模，使铸件保留在动模内。

为便于从动模内取出铸件，分型面应取在铸件的最大截面上。

②有利于浇注系统和排溢系统的合理布置。

③避免影响铸件的尺寸精度。

④使压铸模的结构简化并有利于加工。

⑤其他：

如考虑铸造合金的性能、避免压铸机构承受临界负荷（或避免接近额定投影面积）。

根据铸件的结构和形状特点的不同，可将分型面分为:

直线分型面、倾斜分型面、折线分型面和曲线分型面等。

根据零件结构，选用直线型分型面。

则有三个面可供选择，如图1-2所示。

综合考虑上述个原则，选择分型面如图1-2所示位置。

`

图1-2分型面选择

1.3选用压铸机

压铸机是压铸生产地最基本的设备，是压铸生产中提供能源和选择最佳压铸工艺参数的调剂只能，是获得优质压铸件的保证。

压铸机通常按压室的受热条件不同，分为冷室压铸机和热室压铸机两大类。

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。

本课题选择卧式冷室压铸机，根参考文献【1】图1.1-32卧式冷室压铸机基本组成如下图1-3所示。

图1-3卧式冷室压铸机

1—增压器；2—蓄能器；3—压射缸；4—压射冲头；5—压室；6—定座板；7—拉杆；8—动座板；9—顶出缸；10—曲肘机构；11—支承座板；12—模具高度；13—合模缸；14—机体；15—控制柜；16—电机及泵

1.3.1压射比压的确定

根据参考文献【1】表1.1-5，选取压射比压p=50MPa。

1.3.2压铸机锁模力的计算

根据参考文献【1】式1.1-4有

F锁

k（F主+F分）=

式中，

是压铸机应有的锁模力（kN）；

是分胀型力（kN）；K是安全系数（一般K=1.25），它与铸件的复杂程度、压铸工艺等因素有关。

由于本课题没有涉及到分胀型力，故F锁

KF主；F主=Ap/10；

式中A—铸件在分型面上的投影面积，一般另加30%作为浇注系统与溢流排气系统的面积，cm2；p—比压MPa，体积为156413mm3，铸件密度2.4g/cm3铸件重量为0.375kg。

本课题设计的压铸件在分型面的投影面积为230cm2。

F锁

KF主=KAp/10=1.25x230x50/10=1437.5N

根据铸件投影面积以及锁模力大小选用压室直径为60mm的J1118H型卧式冷室压铸机。

J1118H型压铸机主要技术参数根据参考文献【1】表1.1-75

表1.3.2J1118H型压铸机主要技术参数

特性

内容

特性

内容

结构类型

卧式

锁模力（kN）

1800

压射力（kN）

200

压实压力（MPa）

50-101

动模座板行程（mm）

350

一次最大合金浇注量（kg）

2.2

压室直径（mm）

50\60

铸件最大投影面积mm2

360

推出行程（mm）

80

拉缸内间距/mm

水平480x垂直450

1.3.3压室容量的估算

压铸机初步选定后，压射比压和压室的尺寸也相应得到确定，现在需核算容量能否满足金属浇注量的要求，根据参考资料【2】式6-8和6-9有

G室>G浇（式6-8）

式中，

是压室容纳金属液质量（kg）;

是每次浇注质量（kg），等于铸件质量、浇注系统质量及排溢系统质量之和（kg）。

（式6-9）

式中，

是压室直径（cm）；L是压室长度，包括浇道套长度（cm）；

是液态合金密度（g/

）；K是压室充满度，一般取60%～80%。

而G浇=Vρ=156413mm3

2.4

10-3Kg/m3=0.375kg

取D室=φ60mm,则G室=（

）1000=1.5kg>G浇

故取D室=φ60mm合适。

第2章浇注系统溢流排气系统的设计

系统的主要作用是吧金属液从热室压铸机的喷嘴或冷室压铸机压室导入型腔内，浇注系统和溢流排气系统与金属液进入型腔的部位、方向、流动状态﹑型腔内气体的排出等密切相关，并能调节填充速度，充填时间，型腔温度等充型条件，其设计是压住模的重要环节。

2.1浇注系统的设计

浇注系统按浇口位置可以分为中心浇口、顶浇口、侧浇口、径向浇口、切向浇口。

中心浇口的特点是：

模具结构紧凑，铸件平面上带有孔时，浇口开在孔上，同时在孔口处设置分流锥。

金属液从型腔中心部位导入，流程短，铸件和浇注系统、溢流系统在模具分型面上的投影面积小，可改善压铸机的受力状况，浇注系统金属消耗量较少。

从压铸件的结构考虑，恰好符合中心浇口的特点，故选用中心浇口，在中心孔φ29处设置一分流锥。

2.2注系统各组成部分的设计。

2.2.1内浇口的设计

设计内浇口时，主要是确定内浇口的位置和方向，并预计合金充填过程的流态，可能出现的死角区和裹气部位，以便设置适当的溢流槽和排气槽。

内浇口设计时应注意以下几点：

①从内浇口进入型腔的金属液，应首先填充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，以便于型腔中的气体能够顺利排除。

②金属液进入型腔后，不正面冲击型壁和型芯，力求减少动能损耗，避免因冲击而受侵蚀发生粘模现象，致使该处过早损坏。

③应尽可能采用单个内浇口而少用分支浇口（大型铸件、箱体和框架类以及结构形式特殊的铸件除外），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和加强肋方向一致。

④形状复杂的薄壁铸件，应采用较薄的内浇口，以保证有足够的填充速度。

对一般结构形状的铸件，以保证最终静压力的传递作用，应采用较厚的内浇口，并设在铸件的厚处。

⑤内浇口设置位置应使金属液充填压铸型腔各部分时，流程最短，流向改变小，以减少填充过程中能量的损耗和温度降低。

此外，还要考虑到铸件的加工、粗糙度及切除浇口是否对技术要求有影响等有关问题。

由于本铸件中心开有Φ23孔，采用中心浇口浇注方式，内浇口可直接设在中间，金属液将从如图2-1所示进入型腔，方便快捷，结构简单。

图2-1

内浇口的尺寸设计：

内浇口截面积的确定可由参考资料【2】经验公式（5-1）有下公式（2-2）：

（2-2）

式中：

Ag—内浇口横截面积

；

—通过内浇口金属液的总质量，

；

—液态金属的密度，

；Vg—内浇口流速，

；t

—型腔的填充时间s；V—通过内浇口金属液的体积cm3；Vn—型腔的充填速度

。

计算得出数值如下：

求得A约为1.8mm2，根据模具结构，设置为环形内浇口。

2.2.2直浇道的设计

直浇道一般由压铸机上的压室和压铸模上的浇口套组成，它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。

选用压铸机的类型不同，直浇道的结构也不同。

图2-5为卧式冷室压铸机用直浇道的结构，它又压铸机上的压室和压铸模上的浇口套组成，在直浇道上的一段称为余料，其设计要点如下：

①根据所需压射比压和压室充满度选定压室和浇口套的内径D。

②浇口套的长度应不小于压铸机压射冲头的跟踪距离，便于余料从压室中脱出。

③横浇道入口应开设在压室上部内径三分之二以上部分，避免金属液在重力作用下进入横浇道，提前开始凝固。

④分流器上形成余料的凹腔的深度等于内浇道的深度，直径与浇口套相等，沿圆周的脱模斜度约为2°。

⑤有时将压室和浇口套制成一体，形成整体式压室。

整体式压室内孔精度高，压射时阻力小，但加工复杂，通用性差。

⑥采用深导入式直浇道（图2-6），可以提高压室的充满度，减小深型腔压铸模的体积，当使用整体式压室时，有利于采用标准压室或先有的压室。

图2-5卧式冷室压铸机用直浇道图2-6深导入式直浇道结构示意图

1-压室2-浇口套3-分流器4-余料

⑦压室和浇口套的内孔，应在热处理和精磨后，在沿轴线方向进行研磨，其表面粗糙度不大于Ra0.2

。

而卧室冷室压铸机中心浇口的直浇道可按照热室压铸机的直浇道设计，参考文献【1】表1.3-17，设计本模具的直浇道如下图2-7所示。

图2-7

直浇道小段直径d

=24.3mm,根据模具结构，取d=26mm。

则其有效截面积参考文献【1】公式1.3-6有A有效=

=226.3mm2,大于内浇口截面积，小于喷嘴出口截面积，符合要求。

2.2溢流排气系统的设计

由于模具密合时分型面间有足够的缝隙用于排气，且采用中心浇注的方案，金属液可以很好的把零件体铸满，故不再另外增设排气槽和溢流槽。

第3章模架与成形零件的设计

3.1模架的设计

3.1.1模架的基本形式

模架的基本形式如下：

①不通孔的模架

②通孔的模架

③推出机构为卸料板的模架

④带有抽芯机构的模具

⑤设置斜滑块的模架

⑥卧式压铸机采用中心浇口的模架

通孔的模架加工工艺性好，但在设计时应对支承板的强度充分考虑，防止在工作中受反压力变形，影响铸件尺寸和精度。

多腔模和组合镶块的压铸模较多采用这种模体形式，所以根据件的特点，选用通孔模架。

模架的设计要点如下

①模架应有足够的刚度，在承受压铸机锁模力时，不发生变形。

②模架不宜笨重，以便装卸、运输和修理，并减轻压铸机负荷。

③模架在压铸机上的安装位置应与压铸机规格或者通用模座规格相一致，安装必须牢固可靠。

④型腔的反压力中心应尽可能接近压铸机合模力中心，防止压铸机受力不匀，导致锁模不严；推出机构的受力中心要求与压铸机的推出装置基本一致，当推出机构偏心时，应加强推板导柱的刚度，确保在推出工件时平稳。

⑤镶块到模架边缘的模面应留有足够的部位设置导柱、导套、销钉、紧固螺钉的位置，模架边缘的宽度应进行计算，对没有抽芯机构的模具，模板边框应满足导滑长度和设置楔紧块的要求。

⑥连接模板用的紧固螺钉和定位销钉的直径和数量应根据受力大小选取，位置分布均匀。

⑦为了便于压铸模的吊运和装配，在动、定模模架上设有吊环螺钉，对于大、中型压铸模，在模板两侧均钻有螺孔，以拧入握柄或吊环螺钉。

⑧压铸模的总厚度必须大于所选用的压铸机的最小合模间距。

3.1.2系列模架的选用

当系列标准模架的尺寸及结构形式满足压铸件生产要求时，应尽量采用标准模架，这可以大大节省模具的设计和制造周期。

根据参考文献【3】表3-10标准系列模架尺寸（之一），选用

为

的模架

图3-1

3.2成形零件尺寸计算

3.2.1确定型芯、型腔尺寸和固定方法

已知铸件最大直径为161mm，取CT7级精度，查参考文献【1】表1.4-27得收缩率φ取0.6%。

如图3-2,动模镶块尺寸，根据参考文献【2】计算公式（6-18）（6-19）（6-20）（6-21）（6-22）有型腔径向尺寸、深度尺寸、型芯径向尺寸、型芯深度尺寸和中心距尺寸计算公式依次如下：

D´+Δ0=（D+D

-0.7Δ）+Δ0

H、+Δ0=（H+H

-0.7Δ）+Δ0

’=（L+Lφ-0.7Δ）±Δ/2

根据七级精度查参考资料【4】表1.4，则

φ120+0.040=（120+120x0.006+0.7x0.04）-Δ’=φ120.748+0.04mm

同理有：

根据模具总体设计及参考文献【1】相关部分，可得出动模型芯的其他尺寸，且使用台阶式固定外加螺钉紧固的方法，如图3-2所示

图3-2

同理有定模镶块：

根据模具总体设计及参考文献【1】相关部分得如图3-4所示零件图其余尺寸，使用台阶固定的方法固定，如图3-3。

图3-3

如图3-5,定模型腔镶块尺寸，根据参考文献【1】表1.4-29计算公式变换有：

87.5（-0.46）=（D+Dφ-0.7Δ）+Δ’=87.6055+0.092mm

同理82（-0.46）=82.078+0.092mm，R8（-0.2）=7.9+0.04mm，3（-0.12）=2.931（+0.024）mm，85（-0.46）=85.093+0.092mm，68（-0.4）=68.06+0.08mm，70（-0.4）=70.07+0.08mm

54（-0.28）=

’=（H+Hφ-0.7Δ）+Δ’=53.99+0.08mm

根据模具总体设计及参考文献【1】相关部分得如图3-4所示零件图其余尺寸，使用台阶固定的方法固定，如图3-4所示

图3-4

3.3结构零件的设计

3.3.1定模座板的设计

定模座板一般不做强度计算，采用螺钉紧固，根据已选的压铸机J116E，可以得出U型槽的位置和尺寸，参考文献【3】表3-10选取模板的主要尺寸为

=

，厚度A=40mm,其余尺寸根据模具总体设计确定，如下图3-5所示。

图3-5

3.3.2动定模套板的设计

套板一般受拉伸、弯曲、压缩三种应力，变形后会影响型腔的尺寸精度。

因此，在考虑模板尺寸时应兼顾模具结构和压铸生产中的工艺因素。

（1）定模套板的设计

参考文献【1】表1.4-51及模具总体设计得出定模套板的主要尺寸为：

=

厚度B=75mm。

其余尺寸如图3-6所示。

图3-6

（2）动模套板的设计

参考文献【1】表1.4-51及模具总体设计得出定模套板的主要尺寸为：

=400x500厚度C=80mm。

其余尺寸如图3-7所示。

图3-7

3.3.3动模支承板的选择

模支承板厚度h可按下式计算（参考文献【1】公式1.4-16）

h=

=

=63mm，查参考文献【1】表1.4-45，取板厚为40mm，其余尺寸如图3-8。

图3-8

3.3.4推板和推杆固定板的设计

（1）推板和推杆固定板的标准尺寸系列见参考文献【1】表1.4-47

（2）推板和推杆固定板的厚度尺寸见参考文献【1】表1.4-48。

参考文献【1】表1.4-51及模具总体设计，得出推板和推杆固定板的基本尺寸为：

=264x500，其中推板厚度G=16mm,其余尺寸见3-9。

推杆固定板厚度H=16mm,其余尺寸见3-10。

图3-9

图3-10

3.3.5模座的设计

模座是支撑莫体及其压力的构件，其一端与动模体组成动模部分，令一端则紧固在压铸机的动模安装板上模座的两端在合模时承受压铸机的合模力所以端面两端应有足够的受压面积推出铸件时模座又受较大的推出反力。

因此模座与压铸机的动模安装板模具动模支承板或套板的紧固必须可靠。

（1）模座的基本形式

模座的垫块应沿动模支承板或套板的长边设置查参考文献【1】表1.4-49，选择模座的基本形式为组合式，其特点是安装推板，导柱和限位钉比较方便。

（2）垫块的设计

查参考文献【1】表1.4-50得垫块的基本尺寸为B×H×L=100×63×500。

其承压面积的核算按参考文献【1】公式1.4-18进行，则

△B=

=

=0.015mm<0.05mm

垫块的压缩变形量小于0.05mm，满足要求。

参考文献【1】表1.4-51及模具总体设计得出模座的其余尺寸，如图3-11所示。

图3-11

3.3.6导套和导柱的设计

3.3.6.1动、定模导柱和导套的设计

根据模具结构，导柱安装在动模套板上，

导滑段直径计算经验公式

D=K

（参考文献【1】式1.4-10）

其中A为模具分型面上的表面积，K为比例系数，取K=0.09。

则D=11.6mm，查参考文献【1】表1.4-35取D=20mm。

导柱的导滑长度应大于高出分型面的型芯及镶块长度和导滑直径之和，故取导滑长度E=55mm，其余尺寸查表参考文献【1】表1.4-35确定。

如图3-12所示。

如图3-12

同理，查参考文献【1】表1.4-36确定导套的尺寸，如图3-13所示。

图3-13

3.3.6.2推板导套和导柱的设计

推板导柱的导向段直径参考文献【1】表1.4-51，取D=20mm,其余尺寸查参考文献【1】表1.4-41确定，如图3-14所示。

图3-14

同理可确定推板导套的尺寸，如图3-15所示。

图3-15

第4章推出机构及抽芯机构的设计

4.1推出机构的设计

4.1.1推出机构的组成与分类

在压铸的每一个循环中，都必须将铸件从模具型腔中脱出，用来完成这