金属压铸工艺与模具设计-压铸模成型零部件与模体设计

压铸模成型零部件与模体设计 第 9章 压铸模成型零部件与模体设计 压铸模是由成型零件和结构零件组成的。模具结构中构成型腔的零件称为成型零件。模具所必要的其他零部件统称结构零部件。 第 9章 压铸模成型零部件与模体设计 成型零件结构设计 压铸模模体设计与计算 成型零件结构设计 成型零件结构形式 镶拼式结构设计要点 成型零件的固定 成型零件结构尺寸 成型零件成型尺寸计算 成型零件结构设计 压铸模成型零件主要是指镶块和型芯。一般浇注系统、溢流与排气系统也在成型零件上加工而成。这些零件直接与金属液接触，承受着高速金属液流的冲刷和高温、高压作用。成型零件的质量决定了压铸件的精度和质量，也决定了模具的寿命。 成型零件结构形式 成型零件在结构上可分为整体式和镶拼式两种。 1整体式结构 模具成型部分直接在模板上加工而成，如图 种结构的成型零件强度、刚度好，不易变形，铸件外观没有模具镶拼痕迹和披缝，表面光洁平整，结构紧凑，模具外形小，便于设置冷却水通道。但加工困难。 整体式结构一般用于型腔较浅的小型单腔模，结构简单，精度要求不高和压铸合金熔点较低的模具以及铸件批量小不需进行热处理的模具。 2镶拼式结构 模具成型部分的型腔、型芯是由镶块镶拼而成。镶块装入动、定模套板内加以固定，构成动、定模型腔，这种结构在压铸模中广泛应用。镶拼式结构的复杂型腔表面可用机械加工代替钳工操作，简化加工工艺，提高模具制造质量；可以合理使用优质钢材，降低成本；型腔局部结构改变或损坏时，更换、修理方便；拼接处的适当间隙有利排气。但镶拼式增加装配工作量和难度，拼缝处易产生披缝，既影响铸件外表质量，又增加除去披缝的工作量，模具的热扩散条件也变差了。镶拼式结构一般用于型腔较深或较大的模具、多腔模具及成型表面比较复杂的模具。 镶拼式结构又分为整体镶块式 (图 9.2(a)和组合镶块式 (见图 9.2(b)。整体镶块式应用较广，几乎已属标准化，它具有整体式的优点，强度、刚度好，不易变形，铸件上无拼缝溢流痕迹，节省优质钢材。 成型零件结构形式 图 整体式结构 成型零件结构形式 镶拼式结构设计要点 设计镶块、型芯应符合如下要求： (1) 便于机械加工。如图 9.3(a)所示结构加工困难，如图 9.3(b)所示结构则加工方便。 (2) 避免锐角和薄壁，以免在模具加工、热处理及压铸件生产过程中产生变形和裂纹。如图 a)所示两个型芯全镶拼，加工虽较简单，但型芯之间的镶块壁很薄，强度较差，易出现材料热疲劳，热处理后易变形和产生裂纹。改为如图 9.4(b)所示结构，镶块强度高，使用寿命长。如图 9.5(a)所示中镶块边缘 为如图 9.4(b)所示结构则镶块强度高。 (3) 镶拼间隙处的披缝方向与脱模方向应一致，以免影响脱模。如图 9.5(a)所示镶拼形式会在铸件上产生与脱模方向不一致的披缝，如图 9.5(b)所示结构披缝不影响脱模。 (4) 提高镶块、型芯与模板相对位置的稳定性。如图 9.6(a)所示型芯细长一端固定，稳定性差，易弯曲甚至断裂。如图 9.6(b)所示型芯两端固定就避免上述问题。 (5) 镶块、型芯应便于维修、更换。 镶拼式结构设计要点 镶拼式结构设计要点 镶拼式结构设计要点 镶拼式结构设计要点 成型零件的固定 成型零件安装时与相关构件应有足够的稳定性，还要便于加工和装拆。 1镶块的固定 镶块通常装在模具的套板内并加以固定。套板分通孔和盲孔两种，因而固定的形式有所不同，但都要求固定时保持与相关零件的稳定性和可靠性，以及便于加工和装拆。 (1) 对盲孔的套板，镶块用螺钉直接紧固在套板上 (见图 该形式多用于圆形镶块或型腔较浅的模具。非圆形镶块只适用于单腔模具。 (2) 对通孔的套板，用台阶压紧镶块或直接用螺钉将镶块和座板紧固。台阶固定形式如图 用于型腔较深或一模多腔的模具，以及对于狭小的镶块不便于用螺钉紧固的模具。无台阶式则是镶块与支承板 (或压板 )直接用螺钉紧固 (见图 若动、定模都是通孔的，则动模及定模上镶块安装孔的形状和大小应该一致，以便于组合加工，容易保证动、定模的同轴度，防止压铸件错位。 2型芯的固定 型芯大多采用台阶式的固定方式。型芯靠台阶固定在镶块、滑块或动模套板内，制造和装配都很方便 (见图 此外，也可采用螺钉式 (见图 螺塞式 (见图 销钉式 (见图 。 3螺纹型芯与螺纹型环 螺纹型芯和螺纹型环是分别用来成型压铸件内螺纹和外螺纹的。压铸件的螺纹部分脱模有在模内进行，亦有在模外手工进行。模外手工脱模时，螺纹型芯或螺纹型环与模体不固定连接，压铸成型后，将螺纹型芯或螺纹型环与压铸件一起从模内推出，在模外手工将它们分开。合模成型前，再将螺纹型芯或螺纹型环放入模内，也就是说它们是活动的镶件。 4镶块、型芯的止转 当圆柱形镶块或型芯的成型部分有方向性时，为了保持动、定模镶块和其他零件的相对位置，必须采用止转措施。常用的止转形式是采用销钉止转和平键止转 (见图 销钉止转形式加工方便，应用范围较广，但因接触面小，经多次拆卸后装配精度会下降，而平键止转形式因接触面大故精度较高。 成型零件的固定 图 镶块在盲孔套板中的固定形式 成型零件的固定 图 通孔套板台阶固定 成型零件的固定 图 通孔套板无台阶式 成型零件的固定 图 型芯固定形式 成型零件的固定 图 螺钉固定型芯 成型零件的固定 图 螺塞固定型芯 成型零件的固定 图 销钉固定型芯 成型零件的固定 图 活动螺纹型芯的安装 成型零件的固定 成型零件的固定 图 销钉止转形式 成型零件的固定 图 平键止转形式 成型零件结构尺寸 镶块、型芯非成型部分的尺寸称成型零件结构尺寸。 1镶块的结构尺寸 镶块结构尺寸主要包括镶块壁的厚度、镶块底的厚度、台阶的高度及宽度等。 (1) 镶块壁厚尺寸推荐值见表 中型腔的边长 1是对整个型腔侧面的大部分面积而言的，对不规则的型腔中的一些小的凸块与凹坑忽略不计。镶块壁厚尺寸 L 正比。对几何形状复杂、型腔深度 块高度应与套板厚度一致。 成型零件结构尺寸 成型零件结构尺寸 成型零件结构尺寸 成型零件结构尺寸 成型零件结构尺寸 成型零件结构尺寸 成型零件成型尺寸计算 成型零件的成型尺寸是指成型零件中直接决定压铸件几何形状的尺寸，又称成型零件工作尺寸。 1成型尺寸分类 成型尺寸主要可分为：型腔尺寸 (包括型腔径向尺寸和深度尺寸 )、型芯尺寸 (包括型芯径向尺寸和高度尺寸 )、成型部分的中心距和位置尺寸、螺纹型芯尺寸和螺纹型环尺寸等五类尺寸。 为方便成型尺寸计算，对其作了一些规定： 压铸件尺寸偏差的正负符号应按铸件在机械加工或修整、磨损过程中的尺寸变化趋向而定。模具成型部分制造偏差的正负符号应按成型部分在机械加工或修整、磨损过程中的尺寸变化趋向而定。当零件在机械加工过程中，按图纸设计基准顺序，尺寸趋向于增大的偏差符号为“ +” ；尺寸趋向减小的偏差符号为“ -” ；尺寸变化趋向稳定的偏差为“ ” ，如中心距离、位置尺寸。 (1) 型腔类尺寸在计算中采用单向正偏差，它们在加工、磨损后尺寸增大。型芯类尺寸在计算中采用单向负偏差，它们在加工、磨损后尺寸减少。与之相应，压铸件外形尺寸采用单向负偏差，内腔尺寸采用单向正偏差。模具上的中心距与磨损无关，采用双向等值正、负偏差，压铸件上中心距尺寸也同样采用双向等值正、负偏差。 (2) 凡是有脱模斜度的各类成型尺寸，首先应保证与铸件图上所规定尺寸的大小端的部位一致。如铸件图上未明确规定尺寸的大小端的部位时，则视铸件尺寸是否留有加工余量而定 (见图 对无加工余量的铸件尺寸，以保证铸件装配时不受阻碍为原则，对留有加工余量的铸件尺寸，以保证切削加工时有足够的加工余量为原则。故作如下规定： 无加工余量的铸件尺寸 (见图 a)：型腔尺寸以大端为基准，另一端按脱模斜度相应减小；型芯尺寸以小端为基准，另一端按脱模斜度相应增大；螺纹型环、螺纹型芯成型部分的螺纹外径、中径及小径尺寸均以大端为基准。 两面留有加工余量的铸件尺寸 (见图 b)：型腔尺寸以小端为基准；型芯尺寸以大端为基准。 单面留有加工余量的铸件尺寸 (见图 c)：型腔尺寸以非加工面的大端为基准，加上斜度值及加工余量，另一端按脱模斜度值相应减小；型芯尺寸以非加工面的小端为基准，减去斜度值及加工余量，另一端按脱模斜度值相应增大。 一般铸件的尺寸公差应不包括因脱模斜度而造成的尺寸误差。 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 (3) 在计算与分型面垂直且有关联的压铸件尺寸时，往往要将计算后的尺寸加以修正。因为在压射时，分型面会有胀开的趋势，胀开的大小与压铸件在分型面上投影面积、金属液的充填压力及锁模力的大小有关。在一般情况下，胀开的数值在 0.2 以在计算这一类型腔尺寸时，将计算结果减小 0.2 时适当提高制造精度。 2影响压铸件精度的因素 压铸件尺寸精度受压铸件本身结构及合金材料、压铸工艺、压铸模设计制造、压铸机性能等多方面的影响。确定成型尺寸时，应综合考虑各影响因素。 (1) 压铸件收缩率的影响 压铸过程中，合金的凝固收缩是影响压铸件尺寸精度的主要因素。对合金冷却收缩的规律和收缩量掌握得越全面越准确，则计算出成型尺寸准确程度越高。 合金收缩过程可分三个阶段。第一阶段是液态收缩。由于金属液的过热度 (超过液相线的温度 )一般都不高，所以这一阶段的收缩值不大。第二阶段是金属由液态转变为固态的凝固收缩。这阶段的收缩值虽大，但因这个阶段是在模具中完成的，受模具限制，自由收缩很困难，其收缩值在压铸件总收缩值中占的比例也不是最大。第三阶段是压铸件随模冷却到开模脱出的固态收缩。开始收缩仍在模具中，脱模后便处于自由收缩状态。这阶段收缩值的大小根据压铸件脱模时的温度而定。压铸件脱模温度越高，收缩值越大。形状简单的、壁厚较厚的压铸件收缩值比复杂的薄壁压铸件收缩值大。此外，收缩率在同一铸件的各个部位可能是不同的。如压铸件包住型芯的径向尺寸收缩率小于轴向尺寸收缩率。又如在模具中处于模温较高部位的收缩率就要大些。 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 (4) 模具结构及压铸工艺影响 对于同一个压铸件，分型面选取不同，压铸件在模具中的位置就不同，压铸件上同一部位的尺寸精度就有差异。另外，选用活动型芯还是固定型芯，抽芯部位及滑动部位的形式与配合精度对压铸件在该部位的尺寸精度也有影响。在压射过程中，采用较大的压射比压时，有可能使分型面胀开而出现微小的缝隙，因而从分型面算起的尺寸将会增大。涂料涂刷的方式、涂料涂刷的量及其均匀程度也会影响压铸件尺寸精度。 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 成型零件成型尺寸计算 压铸模模体设计与计算 压铸模模体设计 动定模套板边框厚度计算 动模支承板厚度计算 动定模座板设计 导向机构设计 压铸模模体设计与计算 压铸模模体是将镶块、型芯、抽芯机构和导向机构等加以组合和固定，使之成为模具，并能安装在压铸机上进行生产的部分。模体包括动定模套板、支承板、动定模座板及合模导向机构等。 压铸模模体设计 压铸模模体设计时应根据使用要求综合考虑其结构及镶块布置。 1模体结构 对模体结构有如下要求。 (1) 模体应有足够的强度和刚度，在模具使用中不破坏、不变形。 (2) 型腔的胀模力中心应尽可能接近压铸机合模力的中心，以防压铸机受力不均造成锁模不严。 (3) 镶块到模体边缘的模面上需留有足够的部位设置导柱、导套、销钉、紧固螺钉。当镶块为组合式时，模体边缘的宽度应进行验算。对设有抽芯机构的模具，模边框应满足滑块导滑长度和设置楔紧块的要求。 (4) 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度，以保证推板推出时平稳。 (5) 模体不宜过重，以便装卸、修理和搬运，并减轻压铸机负荷。模体上要设置吊运的吊环或螺孔。 (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，位置分布要均匀。 压铸模模体设计 2镶块设计原则 镶块是型腔的基体，在成型加工后经热处理镶入套板内。设计镶块时应考虑以下几点： (1) 一模多腔生产同一种铸件的模具，一个镶块上只宜布置一个型腔，以利于机械加工和减少热处理变形的影响，也便于镶块在制造和压铸生产中损坏时进行更换。 (2) 一模多腔生产不同种类压铸件的模具，不应将壁厚、体积和复杂程度相差很多的各种铸件布置在一副模具内 (尤其是铸件质量要求较高时 )，以避免同一个工艺参数不适应不同铸件的要求。 (3) 凡经金属液流经的部位 (如浇道、溢流槽处 )均应在镶块范围内。凡受金属液强烈冲刷的部位，宜设置单独镶块，以备更换。 (4) 镶块的排列应为模体各部位创造热平衡条件，并留有调整的余地。 (5) 镶块外形根据型腔的几何形状来确定，一般为圆形、方形和矩形，以便于套板孔加工。 3镶块在分型面上的基本布置形式 压铸模镶块在分型面上的布置按压铸机类型不同而有如下几种： (1) 热压室或立式冷压室压铸机压铸模的镶块布置见图 压铸模模体设计 压铸模模体设计 压铸模模体设计 动定模套板边框厚度计算 动定模套板边框厚度计算 动定模套板边框厚度计算 动定模套板边框厚度计算 动定模套板边框厚度计算 动定模套板边框厚度计算 动模支承板厚度计算 动模支承板厚度计算 动模支承板厚度计算 动模支承板厚度计算 动定模座板设计 压铸模是通过动定模座板将动模与定模分别安装在压铸机上的。 1定模座板设计 定模座板与定模套板构成压铸模定模部分的模体。由于定模座板与压铸机上的定模安装板贴紧，一般不作强度计算，其厚度根据压铸机型号在表 动定模座板设计 动定模座板设计 动定模座板设计 定模座板上的孔 D(见表 压铸模在压铸机上安装时的定位孔，浇口套安放在此。安装模具时，压铸机压室端面或喷嘴端面与模具上的浇口套端面相吻合，设计时要精确计算模具上浇口套与压室或喷嘴之间的配合尺寸。 定模座板上要留出安装压板或紧固螺钉的位置 (表 30 60 可以沿座板四周留出位置，也可以在相对的两边留出位置，以便将定模压紧固定在压铸机上，双点划线处可以是定模座板的外形尺寸。当定模套板上安装镶块的孔是盲孔，即以定模套板替代定模座板时，仍然需要留出安装压板或紧固螺钉的位置。 2动模座板、垫块的设计 动模座板与垫块一起构成模座。模座与动模套板、动模支承板及推出机构组成压铸模动模部分模体。垫块是支承模体承受机器压力的构件。垫块的一端与动模的支承板相连，另一端则紧固在压铸机的动模安装板上。垫块的两端在压铸生产过程中承受压铸机的锁模力，在推出铸件时又承受较大的推出反力，因此垫块与动模模板的紧固形式必须稳固可靠。在模体较小的情况下垫块还可以用来调整模具的总厚度，满足最小压铸模厚度 (压铸机的参数)的要求。垫块还应满足推出机构和推出行程的要求。 模座的基本形式有角架式、积木式和整体式三种。 角架式模座结构简单、制造方便、质量轻、节省材料，适用于小型模具 (见图 a)。 积木式模座由垫块和动模座板组合而成，使用较普遍，适用于中小型模具 (见图 b)。 整体式模座是整体铸出的，强度、刚度都较高，适用于大中型模具 (见图 c)。 动定模座板设计 导向机构设计 导向机构的作用：一是导向作用，引导动模按规定的方向移动，以保证在安装和合模时动模运动方向准确。二是定位作用，保证动定模两大部分之间精确对合，从而保证压铸件形状和尺寸精度，并避免模具内各种零件发生碰撞。 最常用的导向机构由导柱、导套组成。 1导柱的结构和尺寸