汽车阀盖毕业设计论文

景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 1 页 共 32 页 1 引言 模具在汽车、拖拉机、飞机、家用电器 ,工程机械、动 .力机械、冶金机床、兵器、仅器仪表、轩上、日用五金等制造业中，起着极为重要的作用 ；模具是实现上述行业的钣金件、锻件、粉末冶金件、铸件、压铸件、注塑件、橡胶件、玻璃件和陶瓷件等生产的主要工艺装备 .。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成形的重要方式之一，与切削加上相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产效率高和成本低等显著特点。 压铸是一种合金液在高压作用下高速填充型腔，并在高压下凝固形成铸件的特殊铸造方法，主要用于有色金属，如锌合金、铝合 金、镁合金、铜合金等。其主要特点是高压和高速，常用压力为数十甚至上百兆帕，填充速度（内浇口速度）约为 16 80 米 /秒，金属液填充模具型腔的时间极短，约为 0.01 0.2 秒。作为一种少无切削的成形方法，压铸具有生产效率高，铸件尺寸精度高，表面粗糙度好，经济指标优良的优点，可以节省大量机加工工序和设备，节约原材料。在节能降耗，追求可持续发展的浪潮中，压铸在制造业尤其是规模化产业获得了广泛的应用和迅速的发展。 就世界范围而言，压铸业发展的主要推动力是汽车业的发展，这是由于汽车生产商追求整车轻量化的原因。由于铝的质 量比较轻，在汽车业中，铝合金是应用最广泛、发展最快的轻金属。铝合金在汽车工业中的应用以压铸为主要工艺，压铸占全部铸造方法的 55左右。我国铝合金压铸件占主导地位，其应用范围正在不断扩大，年产量持续上升。过去，铝合金铸件多用于变速箱、汽缸头、油泵、化油器等不受强烈冲击的外壳。由于汽车需要更薄壁和更强韧的结构件，能够热处理和焊接的高品质压铸件的应用范围也越来越大，采用铝合金真空压铸的底盘结构件正在逐渐取代钢铁铸件或锻件。 伴随着汽车压铸件的功能和应用领域的不断扩大，压铸业获得了前所未有的发展机遇，市场竞争不断 加剧，压铸件正在向大型化、复杂化及高性能的方向发展。在这种情况下，必须不断提高压铸件产品质量、降低生产成本，加速新品交付周期，才能提升企业的核心竞争力。压铸模设计在压铸生产中起着至关重要的作用，高新技术特别是计算机技术在压铸模设计中的应用明显地提高了压铸设计质量，促进了压铸业的飞速发展。 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 2 页 共 32 页 2 毕业设计课题及原始资料 本次毕业设计课题为广东省东莞市大朗镇的东升压铸模具厂所给的课题 ,产品为一汽车阀盖 .此 阀盖是汽车制动系统上的重要零件，材料为铝合金，其 3D 如图 1-1所示 .产品2D 见附录一 . 图 1-1 产品 3D 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 3 页 共 32 页 2.1 工艺分析 该零件是用于汽车制动系统上的铝合金零件，形状较为复杂，其结构上的特点有：一，壁薄但在一定气压下有严格的密封性要求；二，有四处小直径但深度大的孔 ,四处需要加工出螺纹的铸孔；三，有三个成 90相交的铸孔需要布置一个侧向抽芯和两个镶针；四，该零件需要得到很好的冷却，局部需要设置“点运水”。此外，保持模具热平衡，避免热节，减少局部热量集中，能降低模具材料的热疲劳。 2.2 压铸模设计技术难点 本次设计的阀 盖零件具有形状复杂、壁薄、加工面多和气密性要求高的特点。熔融金属进入模具型腔中，气体也随其一起进入到型腔，它不仅阻碍熔融金属的流动，而且，合金凝固后留在铸件中会形成气孔。特别是对此类薄壁但形状复杂的零件，型腔对收缩的阻力大，其成型过程复杂，液体金属在流动过程中极易裹气好形成紊流。铝合金材料的熔点温度高，粘模严重，流动时对型腔的冲刷和侵蚀也较严重。而浇注系统的位置和大小是解决这些问题的关键，因为通过控制内浇口的截面尺寸可以不仅保证合金液的流向，还可以使其具有一定的流量流速和压力，零件在成型过程中表面能得到很好 的冷却，形成较厚的冷凝层，这也是保证气密性的重要途径。因此，本次设计的难点在于深刻理解浇注系统和铸件成型的关系，冷却系统和气孔、粘模的关系，合理设计浇注系统和冷却系统。 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 4 页 共 32 页 3 压铸机的选择 设计压铸模与选用压铸机实际上是压铸系统的整合，除计算锁模力、安装尺一寸和压射重量外，最重要的还有压铸机与压铸模之间的压射能量供需关系，特别对结构复杂，质量要求高的压铸件或安全件。大型压铸件的压铸模，更需要进行这方面的核算。压铸机与压铸模的压射能量供需关系，或进一步可说成工艺优化，可从机器的 pQ2图 与模具特性中求得。根据锁模力选用压铸机是最常用的方法，但对一些重大零件、安全件以及高质量要求的零件仅依锁模力一项不足以保证满足要求，还必以压射能量为基础优选压铸机。 3.1 压机的初步选定 一般来说 ,根据锁模力选用压铸机是最常用的方法，但对一些重大零件、安全件以及高质量要求的零件仅依锁模力一项不足以保证满足要求，还必以压射能量为基础优选压铸机。初步地选择压机可通过计算模具所需锁模力来选用 . 3.1.1 主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，便得到压铸该压铸件所需压铸机锁模力。 F锁 K F主 +F分 ) 3-1 式中 F 锁 压铸机应有的锁模力 (kN) ；K 安全系数 (一般 K=1.25) F主 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 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) 3.1.2 确定比压 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选择。根据压铸模设计大典推荐比压 ,对于而气密性年或大平面薄壁件 ,材料为铝合金的推荐值为 80-120MPa,因而本次模具设计选用比压 P=100MPa. 3.1.3 计算胀型力 计算主胀型力 F 主 =A*p/10 3-2 式中 F 主 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景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 5 页 共 32 页 之和，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) 由 Pro/E 分析 可知 ,铸件与浇注系统 ,溢流排气系统在分型面上投影面积为 A=14808*10-2cm2 由上可知比压 P=100MPa 则有 F 主 =A*p/10 =14808*10-2*100/10 KN =1481KN 3.1.4 计算分胀型力 有滑块芯时计算分胀型力 F 分 = (A 芯 *P/10)*tan 3-3 式中 F 分 由法向分力引起的胀型力，为各个型芯所产生的法向分力之和 (kN)； A 侧向活动型芯成型端面 的投影面积 (cm2)； P 比压 (MPa) 楔紧块的楔紧角 ( ) Pro/E 分析得 A 芯 =747.5cm2 楔紧块的楔紧角 =12 P=100MPa 通过式 3-3 主算可得 F 分 =15.89KN 通过以上计算得得出压锁模力 F锁 K F 主 +F 分 ) =1870KN 根据计算 ,选择压机为力劲压铸机 -DCC500T 该压机基本参数为 DCC500T 压铸机参数说明： 锁模力： 500T (5000KN) 最大模厚： 850 mm 最小模厚： 350 mm 锤头伸出量： 250 mm 锤头直径： 70mm； 80mm； 90mm 射料套筒外径： 165mm 凸出机座 15mm 顶出距离 :120 mm 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 6 页 共 32 页 4 浇注系统和溢流排气系统的设计 浇注系统的主要作用是把金属液从热室压铸机的喷嘴或冷室压铸机的压室导人型腔内。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，并能调节充填速度。充填时间，型腔温度等充型条件。其设计是压铸模设计的重要环节。 4.1 浇注系统的设计 金属液在压力作用下充城型腔的通道称为浇注系统。浇注系统主要由直浇 道、横浇道、内浇口所组成。 4.1.1 选择浇注系统的种类 根据铸件的工艺分析 ,此压铸模选用锥形切向浇道系统 .该系统选择适用于内浇口较宽的压铸件内浇口宽度可大于 0.5mm).在整个内浇口宽度上金属液的流向角变化很小，金属液的流动方向可控。可以最大限度地减小金属液的流程，有利于薄壁压铸件的生产。但加工较复杂 .其形结构如图 4-1 所示 图 4-1 锥形切向浇道系统 图 4-2 分流道截面形状 4.1.2 内浇口的设计 内浇口在压铸模设计中非常重要，决定着金属液 充填型腔时的流量、速度、充填顺序和流动状态。内浇口设计的好，会给压铸生产提供一个较为宽松的工艺范围，容易压出合格铸件 ；反之，则会造成较高的废品率，甚至模具报废。在内浇口设计的诸多因素中，位置、导入方向、截而大小与形状最为重要。 a 内浇口位置的选择 内浇口位置的选择受铸件结构、壁厚变化、使用要求、压铸机种类等各方而影响。实际设计中很难全部满足上述要求，所以在满足质量的前提下，往往采取折衷的方案。 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 7 页 共 32 页 (1)尽量设计在铸件的厚壁处。 实际生产中发现，早期的几种充填理论都有很大的局限 性。型腔的形状复杂多变，充填形态多种多样，不同型腔的部位有不同的充填形态，其决定因素是型腔截面的变化。根据流体力学的相应观点，金属液从大截而流向小截而，应近似全壁厚充填 ；反之，则呈喷射充填形式。对于压铸的气孔缺陷而言，近似的全壁厚充填能够在一定程度上克服这种缺陷，因此应把内浇口设置在厚壁处。同时，厚壁处容易产生气孔，内浇口离厚壁处愈近，对该处的增压和补缩效果愈好，该处气孔愈小。 (2)尽量设计在铸件重要部位附近。 离浇口较近的地方是金属液流经段，流经段的铸件的内、外部质量都较好。而远离浇口的 位置往往是金属液充填的终停段，往往料温较低，是金属液撞壁折返或多股液流汇合处，紊流严重，气孔、夹渣、花纹、冷隔等缺陷较多。因此，尽量不把铸件要求较高的部位放在终停段。 (3)尽量选用中心浇口。 中心浇口与边浇口相比，从中心浇口到型腔末端的流程较短，转折较少，动能损失少。中心浇口一般都位于型腔中间，金属液可以从型腔深处流向分型面，有利于排气，能够减少欠铸、冷隔、气孔等缺陷。所以即使在卧式压铸机上，也尽量设计成两次分型的中心浇口。 b 内浇口大小与形状 内浇口设计方法很多，其截 面的基木形状是扁平矩形。在同一截而积卜可以有不同的宽度和厚度，而宽度和厚度的选择，直接影响填充的速度和流量，进而影响填充效率。 (1)内浇口截而积。 我国压铸模设计手册上推荐的式 (1)是通过金属液以一定的速度和在预定的时间内充满型腔而得来的 : A=G/ T (4-1) 式中 A 内浇口而积， mm2 G 铸件重量， g 内浇口处金属液的流速， m/s 液态金属密度， g/cm3 T 一充填型腔的时间 S 金属液流速可以从图 4-1 中查出，该图是根据实际压铸经验，依据壁厚和充填长度景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 8 页 共 32 页 两个因素来确定的。 图 4-2 铸件壁厚 ,充填长度和流速的关系 图 4-3 铸件壁厚和充填时间的关系 由以上图 4-2,4-3 中可查出此零件相对应的内浇口处流速 V=40m/s, 充填型腔的时间 T=40ms 从而可得内 浇口面积为 A1=1356mm2 (2) 内浇口厚度。内浇口的厚度可用凝固模数法确定。 凝固模数 M=V /A (4-2) 式中 V 压铸件体积， cm3 A 压铸件表而积， cm2 由 PROE 里模型分析可知 :压铸件体积为 0.27 cm3 压铸件表面积为 6.74cm2 可求得 M=3.2mm 浇口厚度 d A1 合金 : d=3.7M+0.5 ( mm ) (4-3) =3.7*3.2+0.5 mm=12.34mm 取厚度为 12mm 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 9 页 共 32 页 4.2 溢流排气系统的设计 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，也应排除混有气体和被涂料残余物污染的金属液，设置溢流槽和排气槽是重要的措施之一。 4.2.1 排气槽的设计 铝合金压铸模设置排气系统的目的，是为了在金属液充填过程中将压铸时产生的气体尽可能多地排出模具，以减少和防 _比压铸件中气孔、充不满等缺陷的产生，保证铸件的质量和性能。这些气体包括每 一次压铸过程前滞留在型腔中的气体，金属液凝固而析出的气体等。通过对压铸充填过程的全面认识，分析其应设置的位置，以及根据气体动力学原理确定排气道最小截面等措施，以期达到优化排气系统设计的目的。 本次压铸模设计的压铸件材料为铝合金 ,根据铸件材料选择排气槽的深度为0.1-0.15mm,排气槽宽度为 8-25mm. 设置排气槽时应注意 : 1)排气槽在离开型腔 20-30mm 后，可将其深度增大至 0.3-0.4mm，以提高其排气效果 2)在需要增加排气槽面积时，以增大排气槽的宽度和数量为宜，不宜过分 增加其探度， 以防金属液溅出 4.2.2 溢流槽的设计 a 溢流槽的作用 l) 排除型腔中的气体，储存混有气体和涂料残渣的冷污金属液，与排气槽配合，迅速引出型腔内的气体，增强排气效果。 2) 控制金属液充填流态，防止局都产生涡流。 3) 转移缩孔、缩松、涡流裹气和产生冷隔的部位。 4) 调节模具各部位的温度，改善模具热平衡状态，减少铸件流痕、冷隔和浇不足的现象。 5) 作为铸件脱模时推杆推出的位置，防止铸件变形或在铸件表面留有推杆痕。 6) 当铸件在动、定模型腔内的包紧力接近相等时，为了防止铸件在开模时留在定模内 .在动模上部置溢流槽，增大对动模的包紧力，使铸件在开模时被动模带出。 7) 采用大容量的溢流槽，置换先期进人型腔的冷污金属液，以提高铸件的内部质量。 8) 对于真空压铸和定向抽气压铸，溢流槽处常作为引出气体的起始点。 9) 作为铸件存放、运输及加工时支撑、吊挂、装夹或定位的附加部位。 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 10 页 共 32 页 b 溢流槽的布置 选择溢流槽布置在分型面上 ,这样布置的溢流槽结构简单，其截面形状一般为梯形或半圆形。要求容量较大时，可采用动 模、定模两个型腔组成的溢流槽，并设置推杆 . 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。溢流槽的布置主要在以下部位 : 1. 在金属液最先冲击的部位和内浇口两侧 , 在金属液最先冲击的都位和内浇口两侧设置槛流槽，排除金属液流前头的气体、冷污金属液、稳定流态、减少涡流，并将折回浇口两侧的气体、夹渣排除 ； 2. 型芯背面金属液汇合处 . 型芯背面区域是金属液在充填过程中被型芯阻止所形成的死痛，也是由气体和夹渣形成铸造缺陷之处，故经常布置溢流槽，以改善铸件的质量 ； 3. 型腔内金属液汇合处 .于 在压铸过程中，由于铸件结构和工艺条件所限，往往不易完全达到理想的流态，在几股金属液的汇合处，也是气体、冷污金属液、涂料残渣最集中的区域，应设置溢流槽来改善充填、排气条件 ； 4. 金属液最后充填的部位 . 在金属液最后充填的部位，合金温度和模具温度比较低，气体、夹杂较集中，故应设置溢流槽以改善模具热平衡状态，改善充填、排气条件 ； 5. 铸件局部厚壁处 . 铸件厚璧处最易产生气孔，缩松等缺陷，为了改善厚壁处的内部质量，经常采用大容量的溢流槽和较厚的溢流口，以充分地排除气体和夹渣。转移缩松部位，改善内部 质量 ； 6. 主横浇道端部 . 将冷污金属液、涂料残渣和气体贮藏在主横浇道端部的大容量溢流槽中，同时对金属液的流态有一定的稳定作用 . 具体的溢流槽外形及尺寸见 2D 图 . 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 11 页 共 32 页 5 成型零件的设计 根据厂家要求 ,这套模具使用寿命要达到 8万次以上 .因此 ,模具关键成型部分所选用的材料及成型零件的结构形式的选择都非常重要 .由以上工艺分析可知 ,压铸件底部有气密性要求 ,要经过后加工 ,可将分型面选在压铸件的底部 .这个阀盖包含有底部四个 直径较小的孔和顶面六个孔 ,其中 顶面的四 个是需要后加工出螺纹的通孔 ,一个直径较大的通孔 .若 将凸模设计成整体形式 ,则以上孔位处在模具工作过程中很容易损坏 ,这样将造成模具的报废 .零件的侧面有成型孔 ,要保证抽芯 方便 需在此处设置滑块 .因而可对这些部位做成镶针 ,若有损坏时只需 更换镶针就可以了 .这就提高了模具寿命并且保证成型出来的零件合格率高 .前后模芯及镶针材料根据使用寿命的要求 ,选用 DH31-S.热处理 :46-48HRC.该材料 具有较高的耐磨 性和韧性 ,淬透性良好 .可用于制作大批量生产用的大型压铸模 . 5.1 主要成型零件的尺寸计算 影响铸件精度的因素有很多如铸件结构 ,模具结构以及成型部分的制造误差和配合间 隙 ,收缩率的选择 ,压铸工艺和生产操作因素 ,压铸合金的化学成分 ,压铸机的性能等 .根据以上影响铸件精度的因素 ,要对成型尺寸进行精确计算较为困难 .为保证铸件的尺寸精度在所规定的公差范围内 ,在计算成型部分制造尺寸时 ,主要以铸件的偏差傎以及偏差方向作为计算的调整值 ,以补偿因收缩率变化而引起的尺寸误差 ,并考虑试模时有修正的余地以及正常生产过程中的模具磨损 .模具成型尺寸的基本计算公式为 : A+ =(A+A +n - )+ A-计算后的成型尺寸 (mm),A-铸件的基本尺寸 (mm)； -铸件的计算收缩率 ； N-补偿和磨损系数 .当铸件为 GB1800-79中的 IT11-13级精度时 ,压铸工艺不易稳定控制或其它因素难以估计时 ,取 n=0.5； -铸件偏差 (mm)； -模具成型部分制造偏差 (mm). 5.1.1 型芯尺寸的计算 为简化型芯尺寸计算公式 ,铸件的偏差规定为上偏差 .当偏差不符合规定时 ,应在不改变铸件尺寸极限值的条件下 ,变换公称尺寸及偏差值 ,(变为正公差 )以适应适应计算公式 .型芯尺寸计算公式为 : d- =(d+d +0.7 )- d-型芯尺寸 (mm)；d-铸件内形的最小极限尺寸 (mm) 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 12 页 共 32 页 -压铸件计算收缩率 (%)； -铸件公称尺寸的偏差 (mm)； -成型部分公称尺寸的制造偏差 (mm) 前后模外形结构可见附录二 .前模上需要设置 6 个镶针 ,CAD 图上可见其镶针编号为P6,P7,P8,P9,P10,P11.其中 P7,P8,P9,P10 完全一样 .根据要求对其成型部分尺寸的设计计算如下 : 取 模具的制造公差为 =1/4 后模镶针 P7型芯尺寸 : 11.1+0.4 mm d7- =(d+d +0.7 )- =(11.5+11.5*0.005+0.7*0.4) -0.1 mm =11.44-0.1 mm 后模镶针 P6 的型芯尺寸 : 14.27+0.4 mm d6- =(d+d +0.7 )- =(14.27+14.27*0.005+0.7*0.4)-0.1 mm =14.62-0.1 mm 后模镶针 P11 的型芯尺寸 : 31.62+0.254 mm d11- =(d+d +0.7 )- =(31.62+31.62*0.005+0.7*0.254)-0.064 mm =31.96-0.064 mm 此镶针成型部分尺寸较长 ,直径较大 ,需设置点运水 .以提高模具的使用寿命 ,减少铸件缺陷 . 前模镶针 P2 的型芯尺寸 : 7.54 mm d2- =(d+d +0.7 )- =7.54+7.54*0.005 mm =7.87 mm 中心距 ,位置尺寸 L =(L+L ) L-成型部分的中心距离位置的平均尺寸 (mm) L-铸件中心距离 ,位置的平均尺寸 (mm) -压 铸件计算收缩率 (%)； -铸件中心距离 ,位置尺寸的偏差 (mm)； -成型部景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 13 页 共 32 页 分中心距离位置尺寸的偏差 (mm) 中心尺寸 : 88.9 mm 则有 :L =(L+L ) =(88.9+88.9*0.005) 0.38/4mm =89.34 0.095mm 5.2 前后模芯部分的设计 前后模芯的设计外形如图 5-1 和 5-2 所示 . 图 5-1 上模 2D 图 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 14 页 共 32 页 图 5-2 下模 2D 图 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 15 页 共 32 页 6 模架的设计 模架是固定和设置成形镶块 .、浇道线块、浇口套以及抽芯机构、导向零件等的基体。主要构件有动、定模座板 .动、定模套板， .支承板，卸料板以及定位销、紧固零件等。设计模架时主要根据已确定的设计方案，对有关构件进行合理的计算、选择和布置。 6.1 模架设计要点 1) 模架应有足够的刚性、在承受压铸机锁模力和金属液压力的情况下，不发生影响工作的变形。 2) 为便于模架的吊运和装配，在动、定模模架上应安装吊环螺钉。 3) 型腔的反压力中心应尽可能接近压铸机合模力中心，以免压铸机受力不均 .造成合模不严。 4) 模架在压 铸机上的安装位置应与压铸机的规格一致，推出机构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性，以保持推板推出时运动平稳。 5) 镶块到模架边缘的模面上需留有足够的部位以设置导柱、导套、销钉、紧固螺钉。对设有抽芯机构的模具，模板边框应满足导滑长度和设置楔紧块的要求。 5) 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。位置分布应均匀。 7)模具的总厚度必须大于所选用压铸机的最小合模距离。 6.1.1 模架基本要求 1.模架分形表面需光亮 ,平整 ,无明显的划伤 ,碰伤 ； 2.所有垂直面垂直度不得超过 0.02MM； 3.模架上下平行度应小于 0.05MM； 4.复位杆配合段为 40-60MM,其它避空 ； 5.复位杆头部不能倒角 ,复位孔口不能倒角 ； 6.吊环孔深大于 40MM. 6.2 模架的选择 根据所设计的前后模的最大外形尺寸 ,选用 4555 的角架式模座 ,其结构如图 6-1 所示 . 角架式模座是模座中最简单的一种结构 .制造方便，重量轻，节省材料。推板导柱固定在套板 (不通孔式 )上。 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 16 页 共 32 页 模座的设计应满足推 出距离的要求，必要时还可用以调整模具的总高度，满足压铸机对模具最小高度的要求。 图 6-1 角架式模架 动模应能可靠地固定于压铸机的动模安装板上，如使用紧固螺钉，可在模座上设里U形槽，如使用压板固定，则可在模座上设置安装槽俗称码模槽 .其尺寸为A=30mm,B=50mm,C=30mm.动定模板为便于安装和搬运 ,需设置吊环 .根据模板重量和模具安装好后的整体重量 ,选用 M30 的吊环 ,上下模板对称分布各布置四个吊环孔 . 这套模具中 ,前后模采用不通式模板固定 .模具外形较大 ,要承受的压力也较大 ,因而需在两模脚之间设置撑头 .撑头设计置在模具最受力的位置 ,合模时可防止动模板变形 .在动模板底部增设计四个撑头 ,具体布置可见模具总装图 . 撑头外形尺寸为 : 40mm*185mm 材料为 45#钢 .撑头上开有 M12的螺钉固定孔 ,用 M12的螺景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 17 页 共 32 页 钉将撑头固定在动模板上 . 根据模具整体要求 ,模脚采用 6个 M22 的螺钉固定 ,螺钉总长为 195mm,其中有效螺纹段长度为 (2-3)*M22,取有效长度为 50mm.模脚上也应开设吊环孔 ,根据设计需要选用 M16的吊环孔 . 模架及其它标准件的选用如下 : 上模板： L/mm*B/mm*H/mm =550mm*450mm*175mm 下模板： L/mm*B/mm*H/mm =550mm*450mm*200mm 导柱： d/mm L/mm= 40mm 265mm 导套： d/mm L/mm h/mm= 40mm 197mm 55 mm 顶针固定板： l/mm*b/mm*h/mm =445mm*234mm*25mm 顶针板： l/mm*b/mm*h/mm =445mm*234mm*30mm 顶针导柱 : d/mm L/mm= 30mm 190mm 顶针板导套 : d/mm L/mm h/mm= 30mm 50mm 40 mm 6.3 模具厚度及动模板行程核算 6.3.1模具厚度核算 Hmin+10mm H设 Hmax-10mm Hmin-说明所给定的模具最小厚度 (mm),H设 -设计厚度 (mm),Hmax-说明所给模具最大厚度 . 这套压铸模中 ,H设 =H上 +H下 +H模脚 H上 -上模板高度 (mm),H下 -下模板高度 (mm),H模脚 -模脚高度 (mm) 则有 H设 =175+200+185 mm=560mm 有 Hmin+10mm H设 Hmax-10mm所选压铸机符合该模具设计要求 . 6.3.2 下模座行程核算 L取 L行 L取 -一查后能取出铸件的分型面之间最小距离 (mm),L行 ,动模座板行程(mm) 对于推板推出时 ,有 L取 L芯 +L件 +K L芯 -型芯高出分型面尺寸 L件 -铸件高度 K-安全值 ,一般取 10mm L芯 =39.95 mm,取 L芯 =40mm.L件 =67.9mm取 L件 =68mm 则有 L取 =40+68+10mm = 118mm 模具闭合时厚度为 560mm,开模时的最大厚度为 :560+118mm=680mm 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 18 页 共 32 页 所选压铸机的顶出距离也符合设计要求 . 6.4 结构零件及固定方式 ,配合的设计 6.4.1 上下模导柱导套的设计 a 导柱和导套设计的蓦本要求主要有 : 1)应具有一定的刚度，以引导动模按一定的方向移动，保证动、定模在安装和合模时的正确位置。在合模过程中保持导柱、导套首先起定向作用，防止型腔、型芯错位。 2)导柱应高出型芯高度，以避免模具搬运时型芯受到损坏。 3)为了便于取出铸件，导柱一般装置在定模 上。 4)如模具采用卸料板卸料时，导柱必须安装在动模上。 5)在卧式压铸机上采用中心浇口的模具，则导柱必须安装在定模座板上 . b 导柱的导滑段直径及导滑长度的确定 导柱、导套需有足够的刚性，导柱为四根时，选取导柱导滑段直径的经验公式为 : D=K*A1/2 式中 D 导柱导滑段直径 (cm)； A-模具分型面上的表面积 (cm2)； K 比例系数，一般为 0.07-0.090 根据所选框架 ,有 D=0.08*(55*45)1/2mm=39.7mm 标准模架中所选导柱为 40mm,符合设计要求 导柱的导滑段长度应大于高出分型面的型芯及镶块长度与导柱的导滑段直径 D之和。 则取导滑段长度为 90mm. 导柱的形状选用带头导柱 ,结构简单 ,加工方便 .导柱应具有硬而耐磨的表面 ,坚韧而不易折断的内芯 .因而导柱材料选用 20Cr,硬度为 50-55HRC.导柱固定部分表面粗糙度Ra0.8 m,导向部分表面粗糙度 Ra0.8 m. 导柱导套在导滑段配合精度选用 H7/f7的间隙配合 ,导柱固定端与模板之间的配合精度选用 H7/m6过渡 配合 . 图 6-2 型带头导套 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 19 页 共 32 页 选用型导套 ,如图 6-1所示 .结构较复杂 ,用于精度较高的场合 ,导套的固定孔便于与导柱的固定孔同时加工 .为使导柱顺利进入导套 ,在导套的前端应倒圆角 .导柱孔最好作成通孔 ,以利于排出孔内空气及残渣废料 .模板较厚 ,导柱孔必须作成盲孔时 ,可在盲孔的侧面打一小孔排气 .导套材料选用 20Cr,导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra0.8 m.型导套有 H7/m6配合镶入模板 .导柱导套的配用形式如图 6-2所示 ； 图 6-3导柱导套的配用形式 6.5 推板导柱导套的设计 6.5.1 推板导柱和导套设计的注意事项 将顶针板导柱安装在动模座板上 .与动模支承板采用间隙配合或不伸入支承板内，可以避免或减少因支承板与推板温度差造成热膨胀不一致的影响。 6.5.2 顶针板导柱导套的选择 根据设计要求 ,导套结构如图 6-4所示 ,材料为 20Cr,HRC50-55,规格为 30*50. 顶针板导柱导套在导滑段配合精度选用 H7/f7的间隙配合 ,导柱固定端与模板之间的配合精度选用 H7/m6过渡配合 . 图 6-4 推板导套 6.5.3 推杆固定板和推板 根据模架标准选用 . 顶针固定板： l/mm*b/mm*h/mm =445mm*234mm*25mm 推板： l/mm*b/mm*h/mm =445mm*234mm*30mm 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 20 页 共 32 页 其结构形式和孔位如图 6-5和 6-6所示 . 图 6-5 顶针固定板 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 21 页 共 32 页 图 6-6 顶针推板 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 22 页 共 32 页 7 抽芯机构的设计 7.1 抽芯机构的组成 抽芯机构主要由以下几部分组成 : 1)成形元件形成压铸件上侧孔，凹凸台阶或曲面。如型芯、型块等。 2)运动元件连接并带动型芯或型块并在模套导滑槽内运动。如滑块、斜滑 块等。 3)传动元件带动运动元件作抽芯和插芯动作。如斜销、齿条、液压抽芯器等 ,本次设 计采用的是液压抽芯。 4)锁紧元件合模后压紧运动元件，防止压铸时受到反压力而产生位移。如锁紧块 . 5)限位元件使运动元件在开模后，停留在所要求的位置上，保证合模时传动元件工 作顺利 ,如限位块 ,限位钉等 . 7.2 抽芯力和抽芯距离的确定 7.2.1 抽芯力 压铸时，金属液充填型腔，冷凝收缩后，对被金属包围的型芯产生包紧力，抽芯机构运动时有各种阻力即抽芯阻力，两者 的和即为抽芯开始瞬时所需的抽芯力。继续抽芯时，只需克服抽芯阻力。影响抽芯力的主要因素有 : 1)型芯的大小和成形深度是决定抽芯力大小的主要因素。被金属包围的表面积愈大，所需抽芯力也愈大。 2)加大成形部分出模斜度，可避免成形表面的擦伤，有利于抽芯口 3)成形部分的几何形状越复杂，铸件对型芯的包紧力越大。 4)铸件侧面孔穴多且布置在同一抽芯机构上，因铸件的线收缩大，增大对型芯包紧力。 5)铸件成形部分壁较厚，金属液的凝固收缩率大，增大包紧力。 6)活动型芯表面粗糙度低，加工纹路与抽拔方向一致，可减少 抽芯力。 7)压铸合金的化学成分不同，线收缩率也不同，线收缩率大包紧力也人。 抽芯力的大小可根据型芯尺寸查表计算得来 .设计中侧型芯直径为 23.5mm,型芯长度为 40mm,则查表可知 F=4*1050N=4.2KN 7.2.2 抽芯距离 抽芯后活动型芯应完全脱离铸件的成形表面 ,并使铸件能顺利推出型腔 .各种侧向成形孔 ,抽芯距离的计算公式为 : S抽 =h+K (mm) 7-1 其中 S抽 -抽芯距离 (mm),h-抽芯处铸件壁厚或 成形深度 (mm),K-安全值 . 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 23 页 共 32 页 取 K=10,h=40mm 则 S抽 =50mm 综合各项要求 ,选用液压抽芯机构 ,合模状态时 ,抽芯器借助于抽芯器座装在模具上 ,连轴器将滑块连杆与抽芯器连成一体 ,高压液从抽芯器后腔进入 ,推动活塞 ,将活动型芯插入型腔 .合模时由定模楔紧块封锁滑块 ,模具处于压铸状态 .开模时 ,楔紧块脱离滑块 ,开模中停 ,高压液在抽芯器前腔进入 ,开始抽出活动型芯抽芯状态时 ,继续开模抽出铸件 . 7.3 滑块及滑块楔紧的设计 7.3.1 滑块的设计 滑块的结构形式如图 7-1所示 : 滑块材料选用 H13电渣滑块 在模套内的导滑长度 ,需满足一定的要求 : L2/3L+S抽 7-2 式中 L-导滑槽最小配合长度 (mm),S抽-抽芯距离 (mm),L-滑块实际长度(mm) 滑块的实际长度为 69.65mm,S 抽 =50mm, 则有 L 100mm 图 7-1 滑块的结构形式 7-2 锁紧块的结构形式 图 7-3 型芯的防转形式 7.3.2 滑块锁紧装置的设计 锁紧块材料选用 H13电炉 ,锁紧块的结构形式如图 7-2所示 : 7.3.3 滑块和型芯的连接 由于滑块和型芯的工作条件不同 ,对材料和热处理要求不同 ,因此在一般情况下 ,型芯和滑块皆采用镶接 .型芯的固定可采用将型芯头部设计成防转的形式 ,如图 7-3所示 : 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 24 页 共 32 页 8 推出机构的设计 推出机构一般由推出元件 (如推杆 ,推管等 ),复位元件 ,限位元件 ,导向元件 ,结构元件组成 .推出机构的设计应注意的 原则 : 1.推出机构应尽量设置在动模一侧 ；2.保证铸件不因推出而变形损坏 ；3.机构简单动作可靠 ；4.良好的铸件外观 ；合模时正确复位 ,并保证不与其他模具零件相干涉 . 8.1 推出距离的确定 直线推出结构时 ,如图 8-1所示 :H20mm时 , 有 1/3H S推 H 8-1 H-滞留铸件的最大成型长度 (mm).S推 -直线推出 距离 (mm) 根据铸件可可 H=67.36mm 则取 S推 =45mm 图 8-1 直线推出机构的形式 一般常用的是推杆推出机构 ,这种机构设置推杆位置自由度较大 .选用圆形截面推杆 ,使用圆形推杆较容易达到推杆和模板或型芯上推杆孔的配合精度 ,另外 ,圆形推杆还具有减少运动阻力 ,防止卡死现象等优点 ,损坏后便于更换 . 8.1.1 推杆位置的设置 合理布置推杆的位置分布 ,可大大减小铸件产生变形或被顶坏的可能性 .因而在模具结构中 ,推杆设置 的要求有 : 1.设置在脱模力大的地方 ；2.推杆均匀布置 ；3.推杆设在铸件强度刚度较大处 推杆在推出时要有足够的刚性 ,以承受推出力 ,所以在条件 允许时要尽可能使用大直径推杆 .设计中 ,推杆数为 15 支 ,其中有6*300的顶针 6支 ,8*350的 8支 ,10*350的一支 .材料选用 SKD61,是一种热作模具工具钢 ,热处理硬度为 53HRC.由于推杆的工作端面在合模时是模腔底面的一部分 ,若推杆的端面低于型腔底面 ,则在压铸件上会留下一突台 ,影响铸件的使用 .因而推杆装入模具后 ,其端面应与型腔底面平齐或高出型腔底面 0.05-0.1mm.顶针与模具的 配合长度为顶针直径的4-5 倍，其余避空 1mm。 选用直推杆的形式如图 8-2所示 : 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 25 页 共 32 页 图 8-2 1型推杆 推杆直径与 模板上的推杆孔采用 H7/e8的间隙配合 .推杆固定端与推杆固定板采用单边0.5mm的间隙 . 8.2 推出机构的导向和复位 为了保证推出机构在工作过程中灵活 ,平稳 ,每次合模后 ,推出元件能回到原来的位置 ,通常还需设计推出机构的导向和复位装置 . 8.2.1 导向零件的设计 推出机构的导向零件 ,由推板导柱与推板导套组成 .导向零件使各推出元件得以保持一定的配合间隙 ,从而保证推出和复位动作顺利进行 .导柱导套的结构形式如图 8-3所示 .推板导柱导套导滑部位采用 H9/e8的配合 .此种导柱结构是将前限位元件与导柱做成一体的结构形式 ,因而不需要再设计前限位零件 . 8.2.2 复位零件的设计 图 8-3 导柱导套的结构形式 推出元件合模后要能回到原来的位置 ,推杆固定板上同时装有复位杆 ,复位杆采用圆形截面 ,设置四根复位杆 ,位置布置在固定板的四周 .这样才能使推出机构合模时复位平稳 ,复位杆端面与所在动模分型面平齐 ,推出机构推出后 ,复位杆便高出分型面 .合模时 ,复位杆先于动模分型面与定模分型面接触 ,在动模向定模逐渐合拢的过程中 ,推 出机构便被复位杆顶住 ,从而与动模产生相对移动 ,直到分型面合拢时 ,推出机构便回复到原来的位置 .合模和复位同时完成 .复位杆和孔之间采用 H7/e8的配合 . 合模过程中还需要有限位装置 ,以保证合模后的位置 .可设置四个后限位块 ,布置在四个复位杆下面各一个 .限位块材料选用 H13电炉 ,硬度不能过高 ,所以不需要进行热处理 . 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 26 页 共 32 页 9 加热与冷却系统设计 9.1 加热与冷却系统的作用 模具在压铸生产前应进行充分的顶热，并在压铸过程中保持在一定温度范围内。压铸生产中模具的温度由加热与冷却系统进行控制和调节。根据模 具的预热规范 ,铝合金压铸模的预热温度是 180-300C. 加热与冷却系统作用如下 : 1)使模具达到较好的热平衡和改善铸件顺序凝固条件，使铸件凝固速度均匀并有利于压力传递，提高铸件的内部质量。 2)保持压铸合金充填时的流动性，具有良好的成型性和提高铸件表面质量。 3)稳定铸件尺寸精度，改善铸件力学性能。 4)提高压铸生产率。 5)降低模具热交变应力，提高模具使用寿命。 9.2 冷却系统的设计 压铸过程中，金属液在压铸模中凝固并冷却到顶出温度，释放的热量被模具吸 收，同时模具通过辐射、导热和对流，将热盆传出，在模具分型面上喷涂的分型剂挥发时也带走部分热量。正常生产过程中传入模具的热量和从模具中传出的热量应达到平衡。在高效生产及大型厚壁铸件压铸时，往往要用强制冷却来保持模具的热平衡。合理地设计冷却系统对提高压铸生产率，改善铸件质量及延长模具使用寿命是十分重要的。 9.2.1 模具的冷却方法 模具的冷却方法有水冷和风冷 .水冷是在模具内设置冷却水通道，使冷却水通入模具带走热量。水冷的效率高，易控制，是最常用的压铸模冷却方法。对于压铸模中难以用水冷却的部位，可采用风冷 的方式。本次压铸模采用水冷的方式 . 9.2.2 冷却水道设计注意事项 1) 同一模具尽量采用较少的冷却水道和水嘴的规格，以免增加设计和制造的复杂性。 2) 冷却水道的直径一般为 6 14mm。采用数条直径小的水道冷却效果要比采用一条大直径的水道好。 3) 对于铝合金 ,水道和型腔之间的距离取 19mm,水道与分型面间的距离取 16mm,水道与推杆孔之间的距离取 13mm,见图 7-1,图中 A 值对铝合金取 20-30mm. 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 27 页 共 32 页 图 9-1 冷却水道的间距 4) 铜水管安 装不能碰到顶杆，排位清晰、整洁； 5) 软水管走线整齐，长短一致不凌乱； 6) 模架侧面刻有进出水管编号； 7) 集中水头截面积不能小于分水头截面积之和； 8) 激光雕刻运水管总布置 图，设置在模具操作侧； 9) 整个 运水系统出厂前必须经过水压测试，以防止漏水； 根据产品的结构特点 ,应在以下位置设置点运水 : 1)顶针位置过多时 ,装直通运水致使模具结构复杂 ； 2)产品位置过高 ,或有突出部分 ； 3)壁厚不均匀 ,产品有死角 ,且料位较高 . 因此 ,在前模设置 5个点运水 ,后模设置 5个点运 水 .冷却水密封螺纹采用 PT1/4. 具体的冷却系统布置见附录总装图及前后模图纸 .因压铸过程会产生大量的热 ,在一些尺寸稍大的镶针中也就设计点运水 .否则容使镶针受热膨胀 ,在取出铸件时无法取出或使铸件毁坏而报废 ,同时也降低了镶针的使用寿命 . 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 28 页 共 32 页 10 结 论 初拿到课题时 ,有点茫然 ,不知道从何处下手 .于是 ,先根据指导老师列的提纲找一些压铸模方面的资料 .虽然 ,在学校有修过模具专业上课程 ,但对压铸模却几乎没有接触过 ,无疑会觉得难度有点大 .就当一切从零开始吧 .当然 ,也因为是在实践中去做的 ,外面 车间里有许多的做好的 ,没做好的模具 ,可以参考一下 ,看一下工程师设计出来的结构 ,这样 ,脑子里对模具的外形及一些机构的分布就好理解多了 . 本次课题为一个汽车阀盖压铸模的设计 .汽车阀盖 ,产品对于气密性要求比较高 .分型面的选择及推出机构的设计也必须去考虑这些要求 .找好相关资料后便开始画图 ,先是用 PRO/E 对产品进行 3D 造型 ,然而用型腔组件进行分模 .中间遇到了一些困难 ,产品只要用到一些简单的拉伸切剪特征就可以造型出来 ,但最后倒圆角和拔的时候老是会出错 ,刚开始对软件也不是很熟悉 ,不知道出错的原因 .后来是同事教我一些方法 及出错的原因 ,这样便很快在造型出来了 .3D 造型和分模过程中 ,同事们帮了我好多 .最初我对分型面的理解不是很透彻 ,因而只能对一些形状简单的零件进行分型 .后来 ,同事们反复给我讲解分型面的概念 ,并给我举实例 ,加上自身的一些思考 ,终于很快地把模分出来了 . 原来对于模具设计的理解比较浅薄 ,以为用 3D 造型出来就可以了 .这次毕业设计 ,才让我对模具设计流程有了一个比较清晰的了解 .每一部分的设计都涉及到一个复杂的过程 .从最开始对这个设计没什么概念到最终思路慢慢清晰 ,经历了一个比较痛苦而漫长的过程 .从来没想过一套模具设计下来是这 么的复杂 ,涉及到一些计算 ,更是让人头晕 .但是 ,这样的过程也是一个让人快乐的过程 .因为只有自己真正动手去做 ,才能发现问题 ,发现自身存在的缺陷 .这样才能不断地完善整个设计 ,学会更多的东西 ,才能忙地让所学知识与现实的工作接轨 . 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文） 第 29 页 共 32 页 11 经济分析报告 压铸模由于生产周期长、投资大、制造精度高，故造价较高，因此希望模具有较高的使用寿命。但由于材料、机械加工等一系列内外因素的影响，导致模具过早失效而报废，造成极大的浪费。 压铸模失效形式主要有：尖角、拐角处开裂、劈裂、热裂纹（龟裂）、磨损、冲蚀等。造成压 铸模失效的主要原因有：材料自身存在的缺陷、加工、使用、维修以及热处理的问题。因而在使用模具时应注意按规范操作。 压铸模的加工、使用、维修和保养 在确定压射速度时，最大速度应不超过 100m/S。速度太高，促使模具腐蚀及型腔和型芯上沉积物增多；但过低易使铸件产生缺陷。因此对于铝的最低压射速度为 18m/s，铸铝的最大压射速度不应超过 53m/s，平均压射速度为 43m/s。 在加工过程中，加工冷却水道时，两面加工中应特别注意保证同心度。如果头部拐角，又不相互同心，那么在使用过程中，连接的拐角处就会开裂。冷却系统的 表面应当光滑，最好不留机加工痕迹。 电火花加工在模具型腔加工中应用越来越广泛，但加工后的型腔表面留有淬硬层。这是由于加工中，模具表面自行渗碳淬火造成的。无论淬硬层的深浅，模具表面均有极大应力。若不清除淬硬层或消除应力，在使用过程中，模具表面就会产生龟裂、点蚀和开裂。消除淬硬层或去应力有以下方法可行：用油石或研磨去除淬硬层；在不降低硬度的情况下，低于回火温度下去应力，这样可大幅度降低模腔表面应力。 模具在使用过程中应严格控制铸造工艺流程。在工艺许可范围内，尽量降低铝液的浇铸温度，压射速度，提高模具预热 温度。铝压铸模的预热温度由 100 130提高至 180200，模具寿命可大幅度提高。 模具使用一段时间后，由于压射速度过高和长时间使用，型腔和型芯上会有沉积物。这些沉积物是由脱模剂、冷却液的杂质和少量压铸金属在高温高压下结合而成。这些沉积物相当硬，并与型芯和型腔表面粘附牢固，很难清除。在清除沉积物时，不能用喷灯加热清除，这可能导致模具表面局部热点或脱碳点的产生，从而成为热裂的发源地。应采用研磨或机械去除，但不得伤及其它型面，造成尺寸变化。 经常保养可以使模具保持良好的使用状态。新模具在试模后，无论试 模合格与否，均应在模具未冷却至室温的情况下，进行去应力回火