压铸模具设计与制造单元621装饰盖压铸模具结构设计教案.docx
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压铸模具设计与制造单元621装饰盖压铸模具结构设计教案
《压铸模具设计与制造》
学习情境6锌合金压铸模具设计与制造
单元2-1“装饰盖”压铸模具结构设计
单元授课教案
学习情境6:
锌合金压铸模具设计与制造
单元2-1:
“装饰盖”压铸模具结构设计
教学目标(以能力描述的目标):
通过本单元学习,掌握一模多腔压铸模具的结构设计。
重点与难点:
1.一模多腔模具分型面设计;
2.一模多腔模具的结构设计;
3.浇排系统设计。
教学设计:
案例教学法、任务设计法等。
教学资源:
多媒体、课件、投影仪、黑板、动画、装饰盖压铸模具模型等。
学习任务与学习成果:
装饰盖压铸模具的结构设计,绘制压铸模具装配图及零件图。
课时分配:
课堂教学环节
课堂组织
课前复习
讲解新课
巩固新课
布置作业
时间分配(分)
授课班次:
课程执行情况:
学习情境6:
锌合金压铸模具设计与制造
学习单元(行动任务)2-1:
“装饰盖”压铸模具结构设计
学生训练项目任务:
1.装饰盖压铸模具结构设计
2.绘制模具总装图
3.绘制模具零件图
图1
任务要求:
大批量生产,侧浇口,一模四腔,材料锌合金ZAMAX3
学习成果:
模具总装图、零件图
压铸模具设计一般流程:
产品建模(放收缩)――2D排位(确定模芯尺寸、浇排系统设计、确定模框尺寸)――浇排系统设计(内浇口设计、横浇道、直浇道、溢流槽设计、排气槽设计、分流锥)――3D分模――冷却系统设计――推出机构设计(顶杆布置、推杆尺寸、推板设计)――导向定位系统设计(导柱导套尺寸、推板导柱导套)――其它结构设计(复位、定位、模脚)――出图(尺寸标注)——图纸审批
教学过程:
项目
学生工作内容
教学组织
资讯
明确设计任务,分析设计要求,查询相关资料,准备相关设计手册及标准,学习相关知识。
1.讲授法,引导行动导向知识
指导学生制订压铸模具设计流程,确定模具结构方案,并提出修改意见。
布置任务,提出设计要求,安排学生分组,分配任务,进行资料准备,为学生讲解相关知识,为学生提供咨询服务。
决策
计划
根据设计任务,确定压铸件的工艺,确定压铸件成型的模具结构方案,制定工作计划、各阶段检验手段及方法。
2.“学中做”指导性方法,教授解释行动导向的知识
指导学生的工作过程,帮助学生分析压铸生产工艺及模具结构方案是否合理,确定正确的工艺流程及模具结构方案。
实施
进行模具2D结构设计,模具总装图及模具零件图的绘制。
3.任务设计教学法,教师指导,学生自主,在“做中学”中反思行动知识。
对学生的设计过程进行指导,审查学生的模具总装图及零件图。
对容易出错的问题进行总结。
检查
评价
对完成的最终图纸进行小组评价和老师评价。
对学生的设计图纸进行评价,组织学生进行小组互相评价,形成评价意见及最终评价结果,并对整个设计过程进行总结。
教学资源:
知识点
教育属性
专业技术属性
媒体属性
名称
格式
名称
格式
名称
格式
教学文件
教学设计
doc
教案
doc
教学课件
ppt
任务单、工作单
doc
习题及答案
doc
热室压铸模具工作原理
装饰盖压铸模具动画
swf
热室压铸模具结构
装饰盖压铸模具虚拟拆装系统
装饰盖压铸模具结构
成型零件结构图片
jpg
浇排系统结构图片
jpg
结构零件图片
jpg
推出机构图片
jpg
教学内容
教学方法
以案例为载体介绍锌合金压铸模具设计过程。
零件名称:
装饰盖
设计要求
生产批量:
大批量
未注公差取MT3级精度
单分型面、侧浇口、一模四腔、材料ZAMAX3
图2
任务:
1.模具结构设计
2.模具装配图及零件图绘制
案例教学法
1.初步选定成型设备及模具型腔数
计算铸件的体积
根据零件的三维模型,利用三维软件中的命令可直接查询铸件的体积为:
V1=4.1mm3。
浇注系统的体积一般按铸件体积的20-50%来计算(特别小的零件除外)。
本案例属于一般性的压铸件,所以我们浇注系统按铸件的20%计算即可。
即:
V2=4.1×0.2=0.82mm3。
此产品年产量为100万件,属于大批量生产,客户要求采用一模四腔的模具结构。
因此,一次压铸所需的铸件总体积为:
V=(V1+V2)×4=19.68mm3。
计算铸件的质量
查手册(常用锌合金牌号)可得密度ρ=7.0g/mm3
铸件的质量:
M1=V1×4×ρ=114.8g
铸件与浇注系统的总质量:
M=V×ρ=137.8g
初选压铸机
压铸机的选择通常不是根据设计要求来决定,而是由客户自身拥有的设备来选择本副模具所采用的压铸机,设计完毕之后再计算各项参数以校核压铸机是否符合设计要求。
客户现有两台设备,一台300KN,另一台500KN。
由于产品投影面积较大,所需要的锁模力相对要求较高,本着安全第一的原则,我们初步选用500KN的压铸机。
本产品年产量约在100万件,属于大批量生产,因此理论上模具型腔数越多,则生产效率越高;但型腔数越多,产品投影面积越大,所需要的锁模力越高,目前的500KN压铸机有可能不能满足要求。
经计算,我们采用一出四的模具结构,完全能满足压铸机的参数要求,如图3所示。
图3
2、确定分型面
分型面的确定原则是选择在产品的最大截面处,并尽量取产品未端,利于排气,保证产品表面质量。
本产品是不需要进行后续加工,为便于分型,同时也考虑模具的加工工艺,以及产品成型之后浇口和溢流槽(也称渣包)材料的去除,图4所示的倒角修改为直角,在产品成型之后利用数控车加工此倒角。
图4
本产品的最大截面是其侧面,分型面位置有两个选择,如图4所示的1和2。
若选择第一种位置,则便于模具的加工,也有利于产品进料与排气;若选择第二种位置,理论上能实现分模,则将加大模具的制造难度,同时影响产品外观。
因为本产品是外观件,具有较高的表面质量,因此分型面只能选择在第一种位置。
图5
模具采用一模四腔,由于产品尺寸较小,为提高模具强度,采用整体式拼镶结构,产品之间保留20~25mm封边距离即可保证型腔与型腔之间的强度及模具分型面的啮合。
此产品中的Ф5.6的孔,由于直径较小,且长度较长,应当设计为销孔,又因为此孔是螺丝过孔,小端尺寸加工至Ф5.6,单边拔模角为1度。
为了方便型芯制作,固定端尺寸加工至Ф6.0,如图6所示。
图6
小组讨论法:
分型面选择的原则讲解后,给学生压铸件实物,让学生分组讨论分型面设计,以更好掌握分型面知识。
3、浇注系统设计
内浇口设计:
内浇口设计有三个步骤:
(1)计算内浇口截面积;
(2)根据经验值选择内浇口厚度;(3)根据内浇口截面积与内浇口厚度,计算得出内浇口长度;
下面详细介绍内浇口设计的流程:
(1)计算内浇口截面积;
内浇口截面积Ag=重量G×重量系数k/(密度ρ×速度v×时间t)
其中:
k:
溢流槽重量系数,一般取1.1~1.5,成型困难的产品取大值,成型容易的产品取小值。
v:
充填速度,锌合金一般为30~55m/s,壁厚厚的速度取小值,壁厚薄的速度取大值。
本产品壁厚为1.8MM,属于壁薄件,所以速度可选40m/s。
t:
充填时间,0.01~0.3s。
金属液流动路程长的取大值,路程短的取小值,根据此零件分析,可选0.02s。
Ag=130×1.2/(6.4×40×0.02)=30.5mm2
(2)选择内浇口厚度;
通过经验公式我们计算已得出内浇口面积。
内浇口的厚度对金属液的充型影响较大,一般情况下,当铸件较薄并要求外观轮廓清晰时,内浇口厚度要求较薄,但内浇口过薄,金属液喷泉严重,甚至会堵塞排气通道,使铸件表面出现麻点和气泡。
当铸件内部组织要求致密时可采用较厚的浇口,这样有利于压力的传递,但内浇口太厚,充填速度过低可能会导致铸件轮廓不清,去除浇口比较困难。
内浇口厚度的经验数据见表1。
表1内浇口厚度的经验数据
铸件壁厚
0.6~1.5
1.5~3
3~6
>6
合金种类
复杂件
简单件
复杂件
简单件
复杂件
简单件
为铸件壁厚的%
内浇口厚度
锌合金
0.4~0.8
0.4~1.0
0.6~1.2
0.8~1.5
1.0~2.0
1.5~2.0
20~40
铝合金
0.6~1.0
0.6~1.2
0.8~1.5
1.0~1.8
1.5~2.5
1.8~3
40~60
镁合金
0.6~1.0
0.6~1.2
0.8~1.5
1.0~1.8
1.5~2.5
1.8~3
40~60
铜合金
0.8~1.2
1.0~1.8
1.0~2.0
1.8~3
2.0~4.0
40~60
本产品壁厚为1.8mm,属于简单类零件,并且产品表面需要电镀,对轮廓要求较高。
同时内部也不能有气孔,以免电镀加热时起泡,综合考虑,我们初步选定内浇口厚度为1.1mm。
(3)计算内浇口宽度;
根据计算出来的内浇口面积30.5mm2,内浇口厚度选择为1.1mm,我们可以得出内浇口的宽度即为30.5/1.1≈28mm。
内浇口如图7所示。
图7内浇口
横浇道设计
横浇道设计的主要任务是确定横浇道的宽度与深度,其设计原则是横浇道截面积应大于内浇口截面积。
横浇道宽度不能太大,应远小于内浇口的宽度。
若宽度过大,则投影面积将增大;投影面积增大,则锁模力变大,锁模力过大,则需选择更大吨位的压铸机。
本副模具内浇口的截面积是30.5mm2,内浇口宽度为28mm,取横浇道宽度为7mm,,则深度为4.35mm,取整数5mm。
图8所示为横浇道。
图8横浇道
直浇道设计
一般热室压机的直浇1道均可采用标准件,无需另行制作。
类似300N和500N的压铸机所有和浇口套外径为φ16、φ20、φ24等等。
由于型腔数量多,一次性所浇铸的质量较大,所以我们选择φ24外径的直浇道。
直浇道如图9所示。
图9直浇道
图10的直浇道中有两个关键尺寸:
直流道上端直径φ6和直流道内侧双边拔模斜度10°。
直流道上端直径一般取φ4~φ8,直径太小不利于进料,产品不易填充,易形成冷隔、发斑等成型不良现象;直径过大,则开模时直流道端口的余料不易被拉断,影响分模。
直流道内侧单边拔模斜度一般取3~5°,双边拔模斜度取6~10°。
图10是分模之后产品与流道的三维图形。
图10
4、排溢系统
为了提高铸件的质量,在金属液充填型腔的过程中,应尽量排除型腔内的气体。
混有气体和被涂料残余物污染的金属液,设置溢流槽与排气槽是重要的措施之一。
溢流槽
本副模具的溢流槽(也称渣包)的设置有2个方案,如图11(a)和(b)所示。
(a)(b)
图11溢流槽
方案(a)在每个产品远离浇口的位置上设置了一个溢流槽,方案(b)在每个产品3个位置设置了3个溢流槽。
理论上,这两种方案的设置都可行,且从试验的结果来看,这两个方案的溢流槽设置都不影响产品成型的质量。
但方案(b)增大了溢流槽的面积,投影面积将增大,锁模力也将变大,锁模力决定了压铸机的吨位,因此若选择方案(b),则可能存在产品合模时不能锁紧的状况。
为保证生产安全,选择方案(a)方式的溢流槽。
溢流槽的长度一般取25~5mm,宽度一般取10~15mm,深度为横浇道深度的0.8倍。
溢流槽的形状尽量与产品外形保持一致。
排气槽
排气槽与溢流槽相连接,一个溢流槽设置一个排气槽,因此本副模具的排气槽如图12所示。
图12排气槽图13溢流槽与排气槽
由图可知,排气槽从溢流槽引出直至模板边缘,排气槽的宽度一般为8~12mm,靠近溢流槽的深度取0.5~1mm,靠近模板边缘的深度取0.05~0.15mm,深度程阶梯形状。
此外,排气槽的设置要注意避开孔、冷却水道等其他结构。
动模型腔排气槽与溢流槽的三维结构如图13所示。
5、顶出系统
顶出系统的设置要满足产品能从模具顺利脱落。
锌合金一般采用中心浇口,这种结构的模具一般在产品、溢流槽、横浇道、直浇道都需设置顶针。
产品的顶针要考虑外观要求、平衡性等因素,本产品是圆形零件,设置3个对称顶针和1个中心顶针;溢流槽必须设置一个顶针,一般位置溢流槽中心;横流道也必须设置顶针,顶针数量由其形状决定。
本副模具的横流道设置了一个顶针;直流道底部要求设置两个对称的顶针。
若产品为侧浇口,则应在分流锥底部设置顶针。
本副模具顶针位置如图14所示。
图14顶针位置布局
6、加热冷却系统
压铸模,尤其是锌合金压铸模在冷却系统设计中这一块要求是相当高的。
合理的冷却系统对提高模具寿命及产量有很大的关系。
本产品量特别大,年产100万件,因此模具合模开模时间有一定要求,不能过长。
因此若冷却系统设计合理,则能快速冷却产品,缩短开模合模时间。
(a)动模(b)定模
图15加热冷却系统
由图15(a)可知,动模部分设置了2条水平直水道,直水道的位置原则上应布置在产品中心,但产品中心设置了顶针,则水道必须避开顶针的位置,因此水道布置在产品中心偏向溢流槽一侧,同时必须考虑避开各类螺钉孔;定模部分设置了2条垂直水道与1条水平水道,3条水道与堵头形成了一个循环系统,若在上部两个产品中心再添加1条水平水道,则水道将形成死循环,定模部分的水道分布也必须避开各类螺钉孔。
7、模架
模架型号确定的方法很多,下面介绍一种常用的确定模架型号的方法:
1、动定模型腔宽度尺寸决定顶板宽度尺寸,要求两者尺寸基本接近;
2、由顶板尺寸选择标准模架;
3、若符合要求的标准模架型号有多种,则要考虑与压铸机的尺寸型号相匹配。
图17为根据上述结果设计的动模型腔的二维图,
动模型腔的尺寸为137×147,宽为137,长为147,因此顶板的宽度尺寸取值为140;
顶板的长度尺寸除了考虑动模型腔的长度之外,还需考虑模框的尺寸,综合考虑取顶板长度为230。
案例教学法
1.装饰盖压铸模具结构设计
2.装饰盖压铸模具装配图及零件图绘制
形成性内容检测:
专业能力:
看懂压铸模具结构图,掌握压铸模具的工作原理、模具零件的用途与适用范围
自我能力:
能做出决策,选择适应本压铸件工艺条件的模具零部件
社会能力:
考虑模具零件的加工工艺性、材料成本、模具零件精度选择、加工设备与工具的选择、压铸机与模具的安装关系等
方法能力:
确定模具结构与零部件结构与尺寸精度,实现设计的模具具有结构简单、满足压铸件精度要求、满足压铸件生产批量要求、易于操作出件的模具。
学习能力:
与其他同学设计的结构进行比较,找出不足提出完善的方案。
小组工作法中培养学生的团结协作、与人沟通等能力。
检测的内容:
掌握装饰盖压铸成型工艺设计、模具设计的方法,具备设计装饰盖压铸模具的能力。
检测的方式:
在批改每个学生完成的学习型工作任务基础上,开展小组讨论,相互交流设计技术,根据学生设计的结构特点,选代表在全班交流,教师进行针对性点评,与学生们一同梳理基于工作过程系统系统化的应用性知识体系。
任务1.编制装饰盖压铸成型工艺规程
任务2.装饰盖压铸模具结构设计
教学反思、总结
项目
内容
学生
学生对知识点感兴趣的程度、理解的深难度;学生有价值的提问和易错的题目;记下学生的奇思妙想和灵感火花。
教师
备课过程中所思所想和所用的资料;备课和上课中的困惑与不足之处;教师在课堂上的灵感顿悟与处理技巧。
教材
教材或作业中的重难点或欠妥之处,提出修改意见。
媒体
应用各种媒体(模具、图片、电脑、实物等)辅助教学的做法、技巧与效果。
教学环节
导入新课的方法,记下过渡的技巧,记下时间的分配……..
反馈意见
同事和学生对本节课的看法、观点和评价;别人对自己教学的看法和意见;听评课中值得商榷、批驳或质疑的观点和做法。
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- 关 键 词:
- 压铸 模具设计 制造 单元 621 装饰 模具 结构设计 教案