沈阳理工大学压铸课程设计说明书.doc

目录1 设计前准备工作11.1 零件分析11.2 初步确定设计方案12 压铸件工艺分析22.1 压铸合金工艺分析22.2 压铸件工艺分析32.3 分型面的选择33 浇注系统和排溢系统的设计53.1 浇注系统的设计53.2 排溢系统的设计64 压铸模结构设计94.1 压铸机的选择94.2 型腔和型芯尺寸的设计104.3 镶块、型芯、模板的设计114.3.1 镶块的设计114.3.2 模板的设计124.4 推出机构、复位机构的设计124.5 压铸模的技术要求135参考文献151 设计前准备工作1.1 零件分析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。此铸件为中心对称件，抽芯方便使用压力铸造的方法比较适宜，但应避免上述的缺陷。压铸区别于其它铸造方法的主要特点是高压和高速。 金属液是在压力下填充型腔的，并在更高的压力下结晶凝固，常见的压力为15100MPa。 金属液以高速充填型腔，通常在1050米/秒，有的还可超过80米/秒，（通过内浇口导入型腔的线速度内浇口速度），因此金属液的充型时间极短，约0.010.2秒（须视铸件的大小而不同）内即可填满型腔。 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，有螺纹的零件亦可直接铸出。从一般的照相机件、打字机件、电子计算器件及装饰品等小零件，以及汽车、机车、飞机等交通工具的复杂零件大多是利用压铸法制造的。1.2 初步确定设计方案1、此铸件的材料为ZL102，应在适当的温度下流动性较好是浇注，使能充满型腔。2、铸件的精度为6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（包括型腔数目，模板的尺寸设计，导柱、导套尽量使用国标能缩短制造周期，以及采用型芯、型腔镶块节约贵重金属）。5、模具设计是要留收缩率尺寸。2 压铸件工艺分析2.1 压铸合金工艺分析压铸铝合金的使用性能和工艺性能都优于其他压铸合金，而且来源丰富，所以在各国的压铸生产中都占据极重要的地位，其用量远远超过其他压铸合金。铝合金的特点是：比重小、强度高；铸造性能和切削性能好；耐蚀性、耐磨性、导热性和导电性好。铝和氧的亲和力很强，表面生成一层与铝结合得很牢固的氧化膜，致密而坚固，保护下面的铝不被继续氧化。铝硅系合金在杂质铁含量较低的情况下，粘模倾向严重。铝合金体收缩值大，易在最后凝固处形成大的集中缩孔。用于压铸生产的铝合金主要是铝硅合金、铝镁合金和铝锌合金三种。纯铝铸造性能差，压铸过程易粘模，但因它的导电性好，所以在生产电动机的转子时使用。 铝合金中主要合金元素及杂质对其性能影响如下： 硅。硅是大多数铝合金的主要元素。它能改善合金在高温时的流动性，提高合金抗拉强度，但使塑性下降。硅与铝能生成固熔体，它在铝中的溶解度随温度升高而增加，温度577时溶解度为1.65%，而室温时仅为0.2%。在硅含量增加到11.6%时，硅与其在铝中的固溶体形成共晶体，提高了合金高温流动性，收缩率减小，无热裂倾向。二元系铝硅合金耐蚀性高、导电性和导热性良好、比重和膨胀系数小。硅能提高铝锌系合金的抗蚀性能。当合金中硅含量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又较多时，就会产生游离硅，硅含量越高，产生的游离硅就越多。游离硅的硬度很高，由它们所组成的质点的硬度也很高，加工时刀具磨损厉害，给切削加工带来很大的困难。此外，高硅铝合金对铸铁坩锅熔蚀严重。硅在铝合金中通常以粗针状组织存在，降低合金的力学性能，为此需要进行变质处理。铝合金具有良好的压铸性能，导电性和导热性都很好。铝合金的密度小比强度和比刚度高是其突出的优点。铝合金的高温力学性能也很好，在低温下工作是同样保持良好的力学性能，且铝合金熔铸工艺简单，成形和切削加工性能良好，有较高的力学性能和耐蚀性，但在熔炼的时，铝液要在溶剂保护下进行熔炼和保温，以防合金液吸气和产生氧化夹杂物。2.2 压铸件工艺分析为了从根本上防止压铸件产生缺陷，比以低成本，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。对次铸件壁厚均匀适合压铸。铸件本身有斜度且能减少出型时与型壁的摩擦。铸件边缘有孔且与型芯方向一致，所以在铸造时铸出。铸件上有螺纹与型芯方向垂直，不宜在铸造时铸出，且螺纹的铸造模具加工时相当的困难，所以螺纹在铸件铸出后进行加工。2.3 分型面的选择 压铸件分型面选择原则大多与金属型铸件相同，铝压铸，但也有其本身的某些特点，现综述如下。 分型面最好通过铸件的最大截面。 应使铸件在开型后留在动型内以便在动型移动过程中利用顶出铸件机构同时自型中取出铸件，所以铸件对待型包紧力较大的部分应放在动型内。 铸件相互尺寸精度要求高的部位应放在问一半型内。 铸件分型面应尽可能不通过铸件外表面，以免在铸件外表面上留下有权外观的分型面痕迹。 把分型面选在铸件需机械加工的面上，这有利于控制铸件精度，去除铸件飞边，还可改善铸件外观。 分型面府有利于挠注系统和月汽系统的布置的浇注系统中，金属进入型腔时，气体可经分型面排出。在分型面选择的时候有两种方案：首先考虑模具起模时，铸件留在动模上，所以应选下图方案 图1 螺帽的分型面选择 3 浇注系统和排溢系统的设计3.1 浇注系统的设计将金属液引入到型腔的通道为浇注系统。它是从压室开始到内浇口为止的进料通道的总称。一般有四部分组成：直浇道、横浇道、内浇口、余料。经过对铸件的结构分析，铸件是圆环，对浇注系统的选择可选择侧浇口，其特点是：在浇注时金属液从型腔侧面导入，然后自下而上推向进型腔，有利于金属液的充填和排气。铸件的平均壁厚为2.3mm，查文献5 表5-7,5-8可得到内浇口厚度 为2mm，宽为12mm，内浇口是指横浇道到型腔的一段浇道，其作用是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填充型腔，它直接影响金属液的填充形式和铸件质量，因此是一个主要浇道。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。浇注系统的结构见（图2）。 图2.铸件图3.2 排溢系统的设计设置溢流槽除了作为接纳型腔中的气体、气体夹杂物及冷污金属外，还可以作调节型腔局部温度、改善充填条件以及必要时作为工艺搭子顶出铸件之用。因此，溢流槽通常设置在金属液最先冲击或最后充填的部位；或在两股或多股金属液汇流、易襄入气体或产生涡流部位；以及铸件局部过厚或过薄部位。一般溢流槽设置在分型面上、型腔内、防止金属倒流等部位。溢流槽的设计要点：1、设计溢流槽时要注意便于从压铸件上去除，在去除后尽量不损坏铸件的外观。2、在溢流槽上开设排气槽时，应合理设计溢流口，避免过早堵塞排气槽。3、注意避免在溢流槽和铸件之间产生热节。4、不应在同一溢流槽上开设几个溢流口或一个很宽的溢流口，以免金属液产生倒流，部分金属液从溢流槽流回型腔。5、溢流口的截面积应大于连接在溢流槽后的排气槽截面积，否则排气槽的截面积将被削减。6、溢流槽的布置应有利于排除型腔中的气体，排除混有气体、氧化物、分型剂残渣的金属液，改善模具的热平衡状态。排气槽是充型过程中型腔内收到排挤的气体得以逸出的通道。其作用主要是将型腔中的气体排逸到型腔外面去。排气槽的位置选择原则上与溢流槽基本相同，但还应注意以下几点：1、排气槽尽可能设置在分型面上，以便脱模。2、排气槽尽可能设置在同一半模上，以便制造。3、排气量大时，可增加排气槽数量或宽度，切忌增加厚度，以防止金属液堵住或向外喷溅。4、溢流槽尾部应开排气槽。5、型腔深处可利用型芯和推杆的间隙排气。在排溢系统设计，因为此铸件是侧向内浇口浇注，中小型的环形压铸件多采用的形式。切向内浇口使金属液不直接冲击成型零件，提高寿命，客服由正面进料时两股金属流相遇而产生冷隔的压铸缺陷。溢流槽可不设，在试模的时候如出现因涡流引起的缺陷时，或者是出现逐渐末段出现收缩变形可增设溢流槽，查压铸模设计表5-19单个溢流槽的经验数据溢流槽R为5mm, 溢流槽H=4mm，a=4mm，c=0.5mm，h=0.6mm，A=9.8mm，b=10mm，B=23mm，具体位置与尺寸如图3所示。 图3. 溢流槽4 压铸模结构设计4.1 压铸机的选择压铸机由于压铸合金的不同，在基本上可分成二大类，即冷室机及热室机。 冷室机适合铜、镁、铝等高温合金的压铸，而热室机则应用于锌、锡、铅等 低温合金的压铸。锌合金不但可利用热室机也可用冷室机压铸。高温合金不用热室法压铸的原因在于，热室机的柱塞（plunger）浸渍在机械的熔锅（Machine pot）中，柱塞的铁元素会污染合金的成份，因此高温合金都使用冷室机压铸。 合理的选择压铸机，设计压铸模时，应熟悉压铸机的特性和技术规格，通过必要的设计计算，合理的选择压铸机。根据铸件结构特点、合金及技术要求选用合适的比压，结合模具结构考虑，估算投影面积，按公式求得胀型力后乘以安全系数K,便得到压铸件所需压铸机的锁模力。计算胀型力：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。锁模力和胀型力的关系式见式：式中 压铸机应有的锁模力，N安全系数，=1.25主胀型力，N分胀型力，N主胀型力计算公式为：式中 主胀型力，N压射压力，Pa铸件在分型面上的投影面积，cm，多腔模则为各腔投影面积之和，一般另加30%作为浇注系统和排溢系统的面积。本铸件采用的是滑块抽芯，分胀型力计算公式为： 式中 分胀型力，NP压射压力，Pa侧向活动型芯成型端面的投影面积，cm楔紧块的楔紧角，（）压射压力查铸造模具设计手册表3-1取40MPa 计算投影面积为52.92cm，锁模力为264.67KN。J116E型卧式冷室压铸机的锁模力为630KN符合要求。4.2 型腔和型芯尺寸的设计型腔尺寸计算公式：Y+a=(Y0+KY0-n)+a型芯尺寸计算公式：Y-a=(Y0+KY0+n)-a Y0铸件的公称尺寸；n 补偿和磨损系数。取n=0.7；铸件偏差；a 模具成型部分的制造偏差；K 压铸件的计算收缩率。查文献5 表5-5及5-6，铸件平均壁厚为2.3mm，充型时间0.03s-0.07s，充填速度为20-60m/s，查文献4 表6-27，铸造收缩率取0.6.%4.3 镶块、型芯、模板的设计4.3.1 镶块的设计为了节约贵重金属，所以在与金属液接触的部分制作成镶块，型芯，型腔按照上述尺寸才用H13制造，浇道与金属液接触部分也有H13制作成镶块。尺寸查文献4 表6-22. 图4 镶块图具体尺寸： 型腔深度H1=14mm 镶块壁厚h=15mm 镶块底厚H=15mm4.3.2 模板的设计与根据铸件尺寸和投影面积设计镶块类似，套版的设计是根据镶块的尺寸来确定的。通过查文献4 确定镶块的边缘和套版边缘的距离作为套版的厚度，上下、左右的厚度通常是对称的。纵向厚度一则可以参考手册上提供的经验值，再者可以通过型腔深度，镶块厚度，来大约计算一个合适的值，但是不能太厚，要综合考虑后面座板的设计和压铸机在开模时的开模距离和顶出距离座板的设计方法以此类推。动模座板和动模套版的结构和尺寸如下图4.1和图4.2所示。 图5套板图4.4 推出机构、复位机构的设计推出机构 一般由推出元件（如推杆、推管、卸料板、成型推块、斜滑块等）复位元件、限位元件、导向原件、结构元件组成。推出元件直接推动压铸件脱落如推杆、推管以及卸料板、成型推块等；复位元件在和膜过程中，驱动推出机构准确地回到原来的位置如复位杆以及卸料板等；限位元件调整和控制复位装置的位置，起止退限位作用，并保证推出机构在压射过程中，受压力作用时不改变位置，如限位钉以及挡圈等；导向元件引导推出机构往复运动的移动方向，并承受推出机构等构件的重量，防止移动时倾斜，如推板导柱和推板导套等；结构元件将推出机构各个元件装配并固定成一体，如推杆固定板和推板以及其他辅助零件和螺栓等连接件。根据压铸件的外形、壁厚及结构特点，压铸件的推出机构有很多种类型。按推出机构的驱动方式分为机动推出、液压推出和手动推出；按推出元件的结构特征，推出机构可分为推杆推出、推管推出、卸料版推出、推块推出和综合推出等推出形式；按推出元件的动作方向，推出机构可分为直线推出、摆动推出和旋转推出；按推出机构的动作特点，又可分为一次推出、二次推出机构，多次顺序分型脱模机构以及定模推出机构等。根据零件的具体结构，选择推杆推出方式为推杆推出，推杆的总数为4，直径为11.81mm。在合模时需要有复位机构，所以设置复位杆，且直径为12mm，个数为4。推杆和复位杆的基本结构和基本尺寸如图5.1和图5.2所示图6推杆图7复位杆4.5 压铸模的技术要求1、模架外形尺寸模架尺寸： 定模座板：长400mm，宽315mm，厚32mm；动模座板：长400mm，宽315mm，厚32mm；定模套板：长400mm，宽255mm，厚50mm；动模套板：长400mm，宽255mm，厚39mm；支撑板： 长400mm，宽255mm，厚50mm；垫 块： 长255mm，宽50mm， 厚86mm。2、选用的机器型号J1113E型卧式冷室压铸机；3、选用的压室直径为50mm；4、压铸机的顶出形式为推杆推出，推杆直径为11.81mm；5、要求个活动部位灵活可靠，无卡