铝合金焊丝锭坯模具设计-模具设计课程设计

1、铝合金焊丝锭坯（限定尺寸）永久模设计一、设计书总述在该设计中，需要设计一个铝合金焊丝锭坯的永久模，永久模用于重复浇铸，因此，应该选择金属型模具。这主要是因为金属型有诸多优点：a、 金属型冷却速度快，具有激冷效果，可使铸件晶粒细化，组织致密。铸件的力学性能好。b、 金属型尺寸准确，表面光洁，从而提高了铸件的尺寸精度及表面质量。c、 同一铸型可以反复使用，节省了造型时间和车间面积，可以提高铸件车间单位面积上的铸件产量。d、 易于实现机械化、自动化，提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。适于批量生产。e、 冷却速度快，改变了金属的凝固条件，减少了冒口系统的尺寸，提高了金属液利用率。在我的设计中，我选择

2、了球墨铸铁QT500-7作为金属型模具材料。在确定了模具材料后，就要开始设计金属型模具，包括模具结构确定、型腔设计、浇冒口系统设计、金属型的定位等。设计的依据为浇铸的金属液为铝合金以及金属型铸件成型技术的一些相关公式和原理。在满足铸件尺寸要求的条件下，应尽可能保证模具易于开模，锭坯部分无缩孔、组织致密；并且尽可能提高模具生产率、减小模具重量、节约成本。在相关尺寸确定后，就可以计算出永久模的生产率、模具的重量，编制出模具各部分的加工工序，核算出模具成本。二、永久模材料的选择金属型材料的选择是决定金属型寿命和制造成本的主要因素。在我的设计中，我选择了ZAl105成分的焊丝，其熔点在660左右，可选

3、择球墨铸铁作为金属模材料，其硬度为147-241HBS，并要经过退火热处理。属铁素体和珠光体混合集体的球墨铸铁，具有良好的耐热和耐蚀性能，与片状石墨铸铁制成的金属型发生裂纹的可能性低，是制造金属型较好的材料。总的来说，它具有以下优点：a、 具有较高的高温强度和热稳定性，有足够的强度和韧性b、 温度急剧变化时产生的热应力小c、 铸造性能和机械加工性能都很好d、 价格比较便宜综上，完全能够生产要求。三、金属型模具的设计金属型模具的设计包括：结构确定与分型面选择、型腔设计、浇冒口系统设计、金属型的定位、排气系统等。金属型应结构简单、制造容易、操作安全、方便、能保证铸件质量、生产效率高。1、 结构形式

4、与分型面选择根据设计要求，铸件形状为60×220的圆柱，故应选择垂直分型面，使得圆柱体的两个半月牙形体配置在两个半型中。这样可以方便开模取出铸件、易于设置浇冒口，并且可以简化金属型结构、降低加工成本。关于金属型外形的设计，应选择圆柱形，如此可以获得等厚的金属型璧，从而使得金属型各部位散热基本相同，获得的铸件组织更加均匀。2、 型体及型腔设计由于铸件为规则的圆柱体，故型腔只需设计为比铸件尺寸略大的圆柱形即可。1）型腔尺寸计算金属型型腔尺寸的计算，除根据铸件尺寸和公差外，还应该考虑合金从固相线冷却到室温的收缩、涂料厚度和金属型材料从室温到预热浇注温度的膨胀率。其计算公式为：AX=(AP+

5、APK±) ±AX式中，AX型腔尺寸，mm；AP铸件的平均尺寸，mmk-综合收缩率，%-涂料厚度，mmAX-型腔尺寸制造公差，mma、对于型腔的直径，由于铸件柱面为凸形，前应去“-”，AX 前应取“+”AP=60mm，经查表知可取k=1%,=0.2mm, AX=0.15mm代入数据得：AX=60.55mm考虑到加工余量，取AX=62mm。b、对于型腔的高度，AP=220mm，经查表知可取k=1%,=0, AX=0.15mm代入数据得：AX=222.25mm考虑到加工余量，取AX=224mm。2）、金属型壁厚的确定金属型的壁厚与铸件壁厚、材质与铸型外轮廓尺寸等有关。查表可得，

6、当件>30mm时，型=（0.8-1.2）件，其中型表示铸型的壁厚，件表示铸件的壁厚。代入数据件=30mm,故型可取27mm，符合要求。3、 浇冒口系统设计冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，冒口可补偿铸件凝固时的收缩，以防止缩孔、缩松等缺陷，并具有排气、集渣的功能。金属型冒口位置的确定，常用结晶等温线法及内切圆法，找出铸件上可能产生缩孔或缩松的热节部位，在热节出设置冒口。浇口是向金属型中浇入金属液的通口，在本设计中，铸件形状简单，冒口可充当浇口使用，同时还兼具了排气孔的功能，这样简化了金属型的结构，节约了成本。金属型冒口可以根据具体的情况设计成不同的形式与结构，按是否与大气相通，可分为明冒

7、口和暗冒口；按位置高低可分为顶冒口和侧冒口。在这里，我设置的为明顶冒口。明顶冒口形状为圆形，在同等断面时圆形周长最短，所以保温良好，并且与铸件需要补缩出形状相仿，便于补缩。为了使冒口的上端最后凝固，冒口的尺寸设计为下小上大，由上到下成5°-8°斜度。在这里，我选用了7°。其尺寸可有以下公式确定：D=（1.2-1.5）d；其中d为铸件热节圆直径，mmD为冒口根部直径，mm显然，在本设计中，d=60mm；但是，根据冒口设计要求，其根部尺寸，应略小于铸件尺寸。综合考虑，取D=1.0d=60mm,这样既方便加工，又满足设计要求。关于顶冒口高度的确定，可由以下公式确定：H=

8、（0.8-1.5）D；其中H-冒口高度，mmD-冒口根部直径，mm因此，可取H=76mm,满足要求。4、 金属型的定位设计为防止金属型分块后发生错位，金属型半型件需定位。在这里我采用了三个定位销联合两个紧箍定位。定位销定位，定位销用紧配合固定在半型上，而与另一半型的孔位动配合。紧箍装配时，用两个螺栓连接，装卸方便，效率较高。需要注意的是，浇注时，为了防止金属型过热，在设计金属型时，定位销孔表面至铸型边缘的距离不小于10mm。在这里，我设计的距离15mm,完全满足要求。四、永久模生产率的确定永久模的生产率就是浇铸后到完全凝固的时间，铸件的凝固时间可用以下经验公式计算：=（1/k²）*（

9、v/s）²=R²/k²式中-铸件的凝固时间；k-凝固系数；V-铸件的体积；S-铸件的散热表面积；R-铸件的折算厚度。在本设计中，v=3.14x30²x220mm³=621720mm³=621.72cm³，s=2x3.14x30x220+2x3.14x30²=44274mm²=47.10cm³查表可得，k=3.1cm·min-1/2代入公式得，R=13.20cm=18.13s五、永久模容纳的铝合金熔体量的确定永久模容纳的铝合金熔体量包括两部分：型腔的体积和冒口部分的体积，即：V容3.14

10、x31²x224mm³+3.14x 0.5x(40+31) ²=679886.15mm³其质量为M容=ZAl105·V容=2.68x679.89g=1822.11g=1.82kg六、模具重量的计算先计算模具实体部分的体积V实，V实=3.14x58²x327 mm³- V容-V销，其中V销3.14x4²x(2x58+116)mm³故V实=2762.55cm³M模=QT500-7·V实=7.25x2762.55g=20028.49g=20.03kg七、模具加工工序的制定该模具内腔结构较为简

11、单，加工比较方便，由于凉快半模完全相同，在此，只对其中一块半模的加工工序作以简要说明。其加工工序可分为以下几步完成：a、 配料 切割一块330mmx60mmx30mm的长方形球磨铸铁块b、 粗加工铣削表面 将半型表面加工至59mmc、 粗加工铣削内表面 先将整个内表面加工至61mm，然后加工冒口，铣削至锥底直径为61mm，锥高度为76mm，锥度为7°的内锥面。d、 精加工铣削外表面 将半型外表面加工至58mm，高度加工至327mme、 精加工铣削内表面 先把型腔部分加工至62mm,然后加工冒口部分，铣削至锥底直径为62mm，锥高度为 76mm, 锥度为7°的内锥面。加工完毕

12、。八、模具成本的核算模具的成本包括原料成本和加工成本两部分。经查证，目前，QT5007的市场价为10500元/吨，则原料成本为10.5x20.03元=210.32元。该模具结构较为简单，加工成本经估算大约在300元左右。因此，模具成本大约为510元左右。九、焊丝SAl4009的熔炼工艺及相关设备SAl4009其成分为2AlSi5Cu1Mg,即ZAl105.根据铸造铝合金生产条件不同，可采用不同的熔炉熔化，如坩埚炉、反射炉、感应电炉等。坩埚炉一般采用电阻元件加热，如电阻丝和硅碳棒，坩埚有铸铁坩埚和碳化硅坩埚等。熔炼铝合金的反射炉所用的燃料有液体燃料、气体燃料和焦炭等。铝合金使用的感应电炉的原理和

13、结构与钢铁使用的相同，只是熔化温度低，因此对炉衬的耐火度要求也低。以下是ZAl105在电阻炉或者中频感应炉中的具体熔炼工艺。（1） 熔炼准备，该工艺主要包括：a、 清炉和洗炉b、 预热坩埚和工具到200-300c、 对坩埚和工具进行喷涂涂料d、 清理和预热炉料e、 准备熔剂和变质剂f、 配料计算，由于熔炼中Si、Mg烧损大，成分含量变化大，故配料是应按标准成分的上限计算（2） 装料 熔炼时炉料的装料顺序为：a、 回炉料b、 铝硅中间合金c、 铝锭（3） 熔化及精炼：当炉料装完之后，升温熔化。待炉料全部熔化后，除渣并加入熔剂。当温度达到680时，用钟罩将预热到200-300的Al-Mg中间合金或金属镁块压入合金液，时间为3-5min,然后升温到730-750，用占炉料总质量0.7%-0.75%的六氯乙烷分三次用钟罩压入合金液中对合金液进行精炼，精炼时间为10-15min,并缓慢在炉内绕圈。待精炼完后静置1-2min,做炉前分析和成分调整。（4） 变质处理：ZAl105合金因含量在一下，故不做变质处理（5） 浇注当变质完