毕业设计论文-基于数值模拟技术的圆形电机盖压铸模具设计与制造

1、PAGE PAGE 45基于数值模拟技术的圆形电机盖压铸模具设计与制造【摘 要】本设计的对象为圆形电机盖，材料为ADC12，其壁厚不均，具有凹孔和凸台结构，无侧抽芯。根据电机盖的结构特点，设计了三种浇注系统，通过Flow3D软件对整个金属流动过程进行模拟，确定了以扇形侧浇口进行进浇的方案。根据此方案的金属流向和卷气位置设置排溢系统，经Flow3D验证合理。同时，对模具的其它结构进行了设计，并对真空阀的安装位置和使用方式进行了讨论。最后，对圆形电机盖模具的生产周期和生产成本进行了估算。【关键词】圆形电机盖，Flow3D，浇注系统，卷气，排溢系统Die-casting mold design an

2、d manufacturing of circular motor cover based on the numerical simulation technology【Abstract】The circular motor covers raw material is ADC12， which with a recessed hole and boss structure, no side core-pulling, and its wall thickness is uneven . According to the structure characteristics of the mot

3、or cover, three kinds of gating system was designed, Simulated the metal flow process by Flow3D software, and determined to use the fan side gate pouring plan. According to the metal flow and the gas volume location of the plan to set the exhaust system, it has been verified by Flow3D ,and is proved

4、 reasonable. At the same time, design other structural of the mould and discuss the mounting position and manner of use of the vacuum valve. Finally, arrange the product cycle and account mold cost to circular motor cover mould.【 key words 】 the circular motor cover， Flow3D， gating system， gas volum

5、e， exhaust system目录 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc357180108 【摘 要】 PAGEREF _Toc357180108 h I HYPERLINK l _Toc357180109 【关键词】 PAGEREF _Toc357180109 h I HYPERLINK l _Toc357180110 1前言 PAGEREF _Toc357180110 h 1 HYPERLINK l _Toc357180111 1.1 压铸的概念 PAGEREF _Toc357180111 h 1 HYPERLINK l _Toc357180112 1.2

6、压铸铝合金在工业化中的应用及发展 PAGEREF _Toc357180112 h 1 HYPERLINK l _Toc357180113 1.3 真空压铸技术介绍 PAGEREF _Toc357180113 h 1 HYPERLINK l _Toc357180114 1.3.1真空压铸的原理 PAGEREF _Toc357180114 h 1 HYPERLINK l _Toc357180115 1.3.2 真空压铸的优点与缺点 PAGEREF _Toc357180115 h 1 HYPERLINK l _Toc357180116 1.3.3 真空压铸的国内外现状 PAGEREF _Toc357

7、180116 h 2 HYPERLINK l _Toc357180117 1.3.4 真空压铸在本设计中的应用 PAGEREF _Toc357180117 h 2 HYPERLINK l _Toc357180118 2 圆形电机盖的工艺分析 PAGEREF _Toc357180118 h 3 HYPERLINK l _Toc357180119 2.1 设计任务书 PAGEREF _Toc357180119 h 3 HYPERLINK l _Toc357180120 2.2 零件工艺分析 PAGEREF _Toc357180120 h 3 HYPERLINK l _Toc357180121 2.

8、2.1 零件结构分析 PAGEREF _Toc357180121 h 3 HYPERLINK l _Toc357180122 2.2.2 零件材料分析 PAGEREF _Toc357180122 h 4 HYPERLINK l _Toc357180123 3 分型面的设计及压铸机的初步确定 PAGEREF _Toc357180123 h 4 HYPERLINK l _Toc357180124 3.1 分型面的设计 PAGEREF _Toc357180124 h 4 HYPERLINK l _Toc357180125 3.2 压铸机的初选 PAGEREF _Toc357180125 h 5 HY

9、PERLINK l _Toc357180126 3.2.1 压铸机的分类和选择 PAGEREF _Toc357180126 h 5 HYPERLINK l _Toc357180127 3.2.2 相关压铸参数的选用 PAGEREF _Toc357180127 h 6 HYPERLINK l _Toc357180128 压铸压力的选择 PAGEREF _Toc357180128 h 6 HYPERLINK l _Toc357180129 压铸速度的选择 PAGEREF _Toc357180129 h 6 HYPERLINK l _Toc357180130 压铸温度的选择 PAGEREF _Toc

10、357180130 h 7 HYPERLINK l _Toc357180131 压铸时间的选择 PAGEREF _Toc357180131 h 7 HYPERLINK l _Toc357180132 3.2.3 压铸机吨位的确定 PAGEREF _Toc357180132 h 9 HYPERLINK l _Toc357180133 胀型力的计算 PAGEREF _Toc357180133 h 9 HYPERLINK l _Toc357180134 锁模力的计算 PAGEREF _Toc357180134 h 9 HYPERLINK l _Toc357180135 浇入合金液重量的计算 PAGE

11、REF _Toc357180135 h 10 HYPERLINK l _Toc357180136 压铸机的选用 PAGEREF _Toc357180136 h 10 HYPERLINK l _Toc357180137 4 基于Flow3D的浇注系统的设计 PAGEREF _Toc357180137 h 10 HYPERLINK l _Toc357180138 4.1 内浇口设计 PAGEREF _Toc357180138 h 11 HYPERLINK l _Toc357180139 4.1.1 内浇口类型的选择 PAGEREF _Toc357180139 h 11 HYPERLINK l _T

12、oc357180140 4.1.2 内浇口截面积计算 PAGEREF _Toc357180140 h 11 HYPERLINK l _Toc357180141 4.2 横浇道设计 PAGEREF _Toc357180141 h 13 HYPERLINK l _Toc357180142 4.3 直浇道设计 PAGEREF _Toc357180142 h 14 HYPERLINK l _Toc357180143 4.4 三种浇注系统的分析与比较 PAGEREF _Toc357180143 h 14 HYPERLINK l _Toc357180144 5 排溢系统的确定 PAGEREF _Toc35

13、7180144 h 18 HYPERLINK l _Toc357180145 5.1 溢流槽的设计 PAGEREF _Toc357180145 h 18 HYPERLINK l _Toc357180146 5.2溢流槽的分析结果 PAGEREF _Toc357180146 h 20 HYPERLINK l _Toc357180147 5.3 真空排气通道的设置 PAGEREF _Toc357180147 h 23 HYPERLINK l _Toc357180148 5.3.1 真空装置的设计要点 PAGEREF _Toc357180148 h 24 HYPERLINK l _Toc357180

14、149 5.3.2真空通道的布置 PAGEREF _Toc357180149 h 24 HYPERLINK l _Toc357180150 6 成型零件与模架设计 PAGEREF _Toc357180150 h 25 HYPERLINK l _Toc357180151 6.1 成型零件的结构形式 PAGEREF _Toc357180151 h 25 HYPERLINK l _Toc357180152 6.1.1 整体式结构的设计 PAGEREF _Toc357180152 h 25 HYPERLINK l _Toc357180153 6.1.2 型芯的固定及止转形式 PAGEREF _Toc3

15、57180153 h 26 HYPERLINK l _Toc357180154 6.2 成型尺寸的确定 PAGEREF _Toc357180154 h 26 HYPERLINK l _Toc357180155 6.2.1 影响压铸件尺寸精度的主要因素 PAGEREF _Toc357180155 h 26 HYPERLINK l _Toc357180156 6.2.2 成型尺寸分类及计算要点 PAGEREF _Toc357180156 h 26 HYPERLINK l _Toc357180157 6.2.3 成型尺寸的运算 PAGEREF _Toc357180157 h 27 HYPERLINK

16、 l _Toc357180158 6.3 模架的设计 PAGEREF _Toc357180158 h 28 HYPERLINK l _Toc357180159 6.4 模具厚度与开模行程的核算 PAGEREF _Toc357180159 h 30 HYPERLINK l _Toc357180160 7 其他系统的设计 PAGEREF _Toc357180160 h 31 HYPERLINK l _Toc357180161 7.1 推出机构的设计 PAGEREF _Toc357180161 h 31 HYPERLINK l _Toc357180162 7.2 冷却系统的设计 PAGEREF _T

17、oc357180162 h 32 HYPERLINK l _Toc357180163 8 模具的装配 PAGEREF _Toc357180163 h 33 HYPERLINK l _Toc357180164 8.1 模具装配图 PAGEREF _Toc357180164 h 33 HYPERLINK l _Toc357180165 8.1.1 模具结构装配图 PAGEREF _Toc357180165 h 33 HYPERLINK l _Toc357180166 8.1.2 模具工作原理 PAGEREF _Toc357180166 h 34 HYPERLINK l _Toc357180167

18、9 主要零部件加工工艺编制 PAGEREF _Toc357180167 h 35 HYPERLINK l _Toc357180168 10 模具生产周期估算和成本核算 PAGEREF _Toc357180168 h 39 HYPERLINK l _Toc357180169 10.1 生产周期 PAGEREF _Toc357180169 h 39 HYPERLINK l _Toc357180170 10.2 模具价格计算 PAGEREF _Toc357180170 h 39 HYPERLINK l _Toc357180171 10.2.1影响价格的因素 PAGEREF _Toc357180171

19、 h 39 HYPERLINK l _Toc357180172 10.2.2材料费 PAGEREF _Toc357180172 h 39 HYPERLINK l _Toc357180173 10.2.3 工时工资 PAGEREF _Toc357180173 h 40 HYPERLINK l _Toc357180174 10.2.4 其他费用 PAGEREF _Toc357180174 h 40 HYPERLINK l _Toc357180175 11 结论 PAGEREF _Toc357180175 h 41 HYPERLINK l _Toc357180176 致谢 PAGEREF _Toc3

20、57180176 h 41 HYPERLINK l _Toc357180177 参考文献 PAGEREF _Toc357180177 h 431前言1.1 压铸的概念压铸，换个词来说就是压力铸造，其实是指在高压力、高速条件下将熔融的合金液体充填到模具型腔内，然后快速冷却，从而实现成型的一种精密的铸造方法。高压和高速构成了压铸成型的两大特点，这两大特点是压铸与低压铸造、差压铸造和重力铸造等其他铸造方法的最根本区别。1.2 压铸铝合金在工业化中的应用及发展铝合金保持了纯铝的质轻的特点，但力学性能比纯铝明显提高。铝合金的密度仅为铁、铜、锌的1/3左右，具有较高的比强度和比刚度。其高温力学性能很好，在

21、低温下工作的同时保持的良好的力学性能，尤其是韧性，耐久性好、适用范围广。而且，铝合金熔铸工艺简单，可以在多种压铸机上进行压铸。其压铸件成型及切削加工性良好，是代替钢铁铸件的最具潜力的压铸合金材料。因铝合金与铁有很大的亲和力，容易粘模。故铝合金应在冷室压铸机上进行压铸1。铝合金的铸造用途很广泛，主要生产结构件一般都与碰撞有关，例如汽车底盘零件、车身等；另外用于离合器壳体、发动机部件、转向器壳体、变速器壳体、后桥壳等壳体类零件的频率也是相当高的2。 在二十世纪的中期，铝合金压铸件得到了很大的发展，在这之前人们经常使用铁来进行压铸的生产，然而当人们意识到铝合金的优点以后，铝合金基本可以用来替代铁来进

22、行压铸，因此应该将铝合金压铸件放在在最重要的地方。所以随着时间的推动，到现在为止铝合金已经成为了全球主要采用的压铸原始材料了。本文主要从铝合金压铸，特别是在真空压铸这一方面来介绍工业生产的圆形电机盖的模具设计与制造。1.3 真空压铸技术介绍1.3.1真空压铸的原理真空压铸的基本原理主要是利用在设计出来的模具中开设集渣包，然后利用在模具上的排气通道将型腔内部连接到集渣包里面，最后在集渣包上开设相应的通道与真空装置相连接，使排气通道完整的链接到外部装置中。1.3.2 真空压铸的优点与缺点真空压铸的优点主要有以下几点：经过真空压铸后的铸件其致密度较高，可进行热处理，它的力学性能较。（2）真空压铸能消

23、除由于型腔内部气孔造成的压铸件的表面缺陷，从而改善了铸件的表面质量。（3）从铸型型腔抽出空气，显著地降低了充填反压力，并可在提高强度的条件下采用较低的比压（较常用的比压约低1015）压铸出较薄的铸件，使铸件壁厚减小2550。（4）可减少浇注系统和排气系统尺寸。（5）采用真空压铸法可提高生产率1020。在现代压铸机上可以在几分之一秒内抽成需要的真空度，并且随铸型中反压力的减少增大了铸件的结晶速度，缩短了铸件在铸型中停留的时间3。真空压铸的缺点主要有以下两点：（1）模具密封结构复杂，制造及安装较困难，因而成本较高。（2）真空压铸法如控制不当，效果就不是很显著。1.3.3 真空压铸的国内外现状随着国

24、内外压铸技术的发展，国内压铸界在高真空压铸技术方面开发了一套具基于PLC 和触摸屏的、在普通压铸机上使用的高真空控制系统。此系统能和现有的压铸机相匹配，适应于压铸机的普通压铸(无真空) 和高真空压铸工作模式，并且能对模具的密封状况及真空系统管路进行检测。同时，在压铸过程中系统会自动化地监测模具型腔中的真空度、真空抽气管路的堵塞情况，以确保高真空压铸生产的可靠性和稳定性。此系统现已在某汽车底盘保安零件的压铸生产中受到应用，满足了高真空压铸的要求。这种技术的突破进一步说明了真空压铸在国内工业生产的进步与适用性4。 目前，市场上对于大部分压铸件的质量要求并不是很高，其中利润相对低薄在一定程度上限制了

25、真空压铸的运用；但是如果是高端产品，真空技术依靠其技术上的优势可以有效的降低铸件中的气孔、优化金属液在型腔中的流动、加长压铸件和压铸模的工作寿命，使铸件获得良好的物理性能和工艺而生产出几乎接近完美的压铸产品5。1.3.4 真空压铸在本设计中的应用目前，真空压铸主要用于生产要求耐压、机械强度高、尤其是要求热处理的高质量零件，如传动箱体、汽缸体等重要而结构复杂的铸件。本设计中的零件结构虽然简单，但壁厚不均匀，在铝合金金属液充型过程会形成卷气、气孔等不良缺陷。这会影响产品的后续加工以及质量，使得该电机盖的强度等力学性能达不到要求。对于该电机盖也是属于大批量生产的，成品率的要求也较为严格，所以在压铸过

26、程中可采用真空压铸技术抽真空。通过查阅相关资料设计浇注系统，考虑使用CAE软件Flow3D来确定最佳的浇注方案，观察排气点，引出排气通道，并由此设计排溢系统，通过对试验结果运用多指标综合加权评分法分析，在最佳试验范围内获得最佳成型工艺参数组合，并且在气流终点利用真空阀进行抽真空，设计时把真空阀装置安装在模具的侧边，采用机械真空阀控制其的关闭，从而实现真空阀工作的排气功能，使产品的表面质量和性能达到一定的要求。2 圆形电机盖的工艺分析2.1 设计任务书该电机盖所使用的压铸原材料是铝合金ADC12，其线收缩率为0.5%，利用PROE软件对其进行分析得出产品的质量约为370g，产品的三维图如图2-1

27、所示： 图2-1圆形电机盖的三维图2.2 零件工艺分析2.2.1 零件结构分析零件铸件具体结构、尺寸及质量成型等要求如图2-2所示：图2-2圆形电机盖零件图（1）铸件多个地方具有凹孔、凸台的结构，为对称零件，不需要抽芯机构。铸件壁厚不均，最大9mm，最小为2.5mm，平均壁厚为5mm。铸件质量为370g。2.2.2 零件材料分析选取常见铝合金：ADC12作为压铸材料。ADC12具有良好的压铸性能，它保持了纯铝的质轻特点，但力学性能比纯铝明显提高。其中，比强度和比刚度较高，高温力学性能也较好，其表面有一层致密的氧化膜，又具有一定的耐腐蚀能力6-8。铝硅合金流动性能好，凝固温度范围窄，热脆性及收缩

28、倾向小，不易产生裂纹，致密性好。此外还有较好的耐腐蚀性、导热性、良好的力学性能以及较低的热膨胀性，适合压铸大型、薄壁、复杂及有密封性要求的压铸件，如液压泵壳体、箱盖、缸体等。由于该铸件是大量生产的轻金属压铸件，因此在正常情况下能达到IT1114的公差等级，但由于铸件的部分尺寸受分型面及型芯装配的影响从而增大了尺寸公差，因此选精度等级为IT13。3 分型面的设计及压铸机的初步确定3.1 分型面的设计动模与定模的接触面，即将动模与定模分开的曲面，成为分型面。一般情况下，压铸件和浇注系统凝料在完成压铸时由分型面开模取出。因此，分型面的选择对压铸模的结构合理性和制造难易程度，对压铸生产的高效和可靠性和

29、对操作的方便和安全性等等都起着关键的、决定性的影响。分型面的选择与压铸件有关。确定分型面时，应遵循以下基本原则：（1）分型面的选择应便于压铸件的顺利脱模。（2）分型面应选在压铸件外形最大轮廓处。（3）分型面的选择应有利于浇注和排溢系统的布置和排气。 （4）分型面的选择应保证压铸件的尺寸精度和表面质量要求。 （5）分型面的选择应使模具结构简化且便于模具加工。 （6）分型面的选择应考虑压铸合金的性能 ，避免使压铸模具出现易损部位。考虑到本电机盖壁厚不均匀，且电机盖上下端圆形开口处都存在圆弧结构，还有浇注系统的布置，因此本压铸件有上下两个分型面，分型方案如图3-1所示，箭头方向为工件顶出方向。图3-

30、1 分型面示意图分模后压铸件将留在动模部分，易于浇注系统和排溢系统的布置，这样的模具结构比较简单，且便于加工与制造。3.2 压铸机的初选压铸机为压铸生产的基本设备之一，通过压铸机可以实现压铸过程中各种特性。因此，对压铸机进行了解是进行压铸生产的前提。在整个压铸模具的设计过程中，压铸机的选用非常关键，所以，熟知压铸机的特点、技术规格，才能选择合适的压铸机从而保证压铸生产的顺利进行9。3.2.1 压铸机的分类和选择压铸机的类型一般根据生产状况确定，首先要考虑铸造合金种类，其次要考虑压铸件特征及质量要求等。热式压铸机仅适用于锌合金、镁合金，铝合金及铜合金不能采用热式压铸机；而冷室压铸机可用于压铸铝、

31、锌、镁、铜合金，冷室压铸机具有增压机构，使压铸件在高压压室的的条件下进行压铸，所以生产出的产品致密性较好，压铸件强度也较高。对于壁厚大的压铸件及结构件，一般采用冷室压铸机进行生产。本铸件的材料为铝硅合金，结合铸件的成型要求及上述压铸机的选择条件，决定选用卧室冷室压铸机进行生产。卧式冷室压铸机具有如下特点：（1）压室的中心线垂直于分型面，且呈水平分布；（2）熔融金属液进入型腔后转折少，压力损耗小，增压机构能更好的发挥其作用；（3）冷室卧式压铸机一般有偏心和中心两个浇注位置，或可任意调节两浇注位置，以便模具设计时选用；（4）易于操作、方便维修，便于实现自动化；（5）金属液在压室内与空气接触面积大，

32、如若压射速度选择不当，使空气和其它夹渣卷入；（6）设置中心浇道时，模具结构复杂。3.2.2 相关压铸参数的选用压铸工艺的基本参数包括四个方面，即压力、速度、时间及温度。 压铸压力的选择压力是压铸工艺基本特征，又称压射比压，金属液的充填流动和压实都是在压力的作用下完成的，压力是确保铸件致密性的重要参数之一，压射比压应根据压铸件的形状、尺寸、复杂程度、壁厚、合金的特性来选取。 铝合金的压射比压范围如表3-1所示。由于此圆形电机盖属于承载件，因此选择压射比压范围为5080MPa，这里我们取60Mpa.表3-1 常用的压铸合金压射比压推荐值 （MPa）铸件类型合金种类锌合金铝合金镁合金铜合金一般件一般

33、件1320305030504050承载件2030508050805080耐气密性件25408010080100电镀件2030 压铸速度的选择 与压射比压一样，充填速度也是压铸工艺的主要参数之一，充填速度的高低直接影响压铸件的内部和外观质量。充填速度过小会使铸件的轮廓不清，甚至不能成形。充填速度选择过大，会引起铸件粘型并使铸件内部气孔率增加，使力学性能下降。一般应遵循的原则：对于厚壁或者内部质量要求较高的铸件应选择较低的充填速度，对于薄壁或者表面质量要求高的铸件以及复杂的铸件应选择较高的充填速度10。常用充填速度如表3-2、表3-3所示。表3-2 不同合金常用的冷室压铸充型速度合金种类铝合金锌合

34、金镁合金铜合金充型速度/(m/s)2060305040902050表3-3 基于压铸件壁厚的冷室压铸充型速度平均厚度/mm1.02.03.04.05.06.07.08.0充型速度/(m/s)46554250384634423240303728342632根据表3-2和表3-3以及此电机盖的平均厚度，选择充填速度为32m/s。 压铸温度的选择温度是压铸工艺中的热因素，主要涉及金属液的浇注温度和压铸模具温度。（1）浇注温度。浇注温度是指金属液进入浇注系统或型腔时的温度。各种合金的推荐浇注温度如表3-4。表3-4 各种压铸合金的推荐浇注温度铝合金浇注温度/铝硅系620690铝硅铜系630720铝镁系

35、620700本压铸件的材料为ADC12，属于铝硅系，因此浇注温度范围是620690，初选680。压铸模具工作温度。压铸模具温度对压铸件质量、尺寸精度及压铸模具寿命都有影响。通常，压铸模具温度控制在浇注温度的1/3左右，薄壁、结构复杂的压铸件可适当调高。推荐的压铸模具温度如表3-5。.表3-5 推荐的压铸模具工作温度 （单位：）合金锌合金铝合金镁合金压铸模具温度150200210300240300初选模具工作温度为255。 压铸时间的选择压铸工艺中的时间参数包括充填时间、保压时间和留模时间三个部分。（1）充填时间自液态金属开始进入型腔起到充满型腔止，所需的时间称为充填时间。充填时间长短取决于铸件

36、的体积的大小和复杂程度。对大而简单的铸件，充填时间要相对长些，对复杂和薄壁铸件充填时间要短些。表3-6 铸件的平均壁厚与充填时间的推荐值 （单位：s）铸件平均壁厚b/mm 充填时间t/s 铸件平均壁厚b/mm 充填时间t/s 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0.010.014 0.0140.020 0.0180.026 0.0220.032 0.0280.040 0.0340.050 0.0400.060 5 6 7 8 9 10 0.0480.072 0.0560.064 0.0660.100 0.0760.116 0.0880.138 0.1000.160 本壳体属于复杂较大铸件，

37、铸件平均壁厚约为5mm，参考表3-6，其充填时间为0.0400.060s，取充填时间为0.05s。（2）保压时间从液态金属充填型腔到内浇口完全凝固时，继续在压射冲头作用下的持续时间，称为持压时间。持压的作用是使压力传递给未凝固的金属，保证铸件在压力下结晶，以获得致密的组织。持压时间的长短取决于铸件的材质和壁厚，参考表3-7。表3-7 生产中常用的持压时间 （单位：s）合金 铸件壁厚2.5mm 铸件壁厚2.56mm 锌合金 铝合金 镁合金 铜合金 12 12 12 23 37 38 38 510 参考表3-7，壳体壁厚平均为5mm，较大，其持压时间为38s，取6s。（3）留模时间 在完成充填和保

38、压阶段后，为了保证零件得以达到要求的冷却效果以及避免在过热的情况下露置在空气中的过分冷却需要对其进行考虑相关的停留时间。从压射终了到压铸模打开的时间，称为留模时间11。留模时间应根据铸件的合金性质、铸件壁厚和结构特性参考表3-8选择。 表3-8 各种压铸合金常用停留时间合金 铸件壁厚5mm 锌合金 铝合金 镁合金 铜合金 510 712 712 815 712 1015 1015 1520 2025 2530 1525 2530 壳体的铸件平均壁厚约为5mm，参考表3-8，其留模时间为1015s，取13s。对于上述对的时间分析，在对零件压铸的过程中的时间t约为： （31）总结上述参数的设计，我

39、们将各参数罗列如表3-9，以便接下来的设计使用：表3-9 压铸工艺参数表压力（Mpa）速度（m/s)温度()时间(s)浇注温度模具温度充填时间保压时间留模时间60326802550.056133.2.3 压铸机吨位的确定 胀型力的计算胀型力的计算一般包括主胀型力和分胀型力，由于本铸件采用了侧抽芯机构，所以我们需要考虑分胀型力。主胀型力的计算主胀型力的计算公式为： （3-2）式中：F主 主胀型力（kN）； A 铸件在分型面上的总投影面积，一般增加30作为浇注系统和溢流排气系统的面积（cm2），A245.5130319.15cm2 ； p 压射比压（MPa） ，取p=60MPa经过计算得： F主=

40、2074.475KN。 锁模力的计算锁模力是选用压铸机时首要确定的参数，其作用主要是为了克服压射时的反压力，及胀型力，以锁紧模具的分型面，防止因模具松动，引起金属液飞溅、伤人，保证铸件的尺寸精度12。锁模力的计算公式为： （3-4）式中，F锁是压铸机应有的锁模力（KN）；F主是主胀型力（KN）；F分是分胀型力（KN），K是安全系数（一般取K1.25）。 经过计算得：F锁2593.09KN 浇入合金液重量的计算 铸件净重G1=370g，浇注系统按铸件30%算，G2=3700.3=111g 浇入金属液总重G总=370+111=481g。 压铸机的选用根据锁模力的大小，参考压铸模设计手册，选择J11

41、40顺德华大压铸机厂卧式冷压室压铸机，该压铸机锁模力为4000KN。根据压力机的参数选择压室直径为60mm，相关参数如表3-10。表3-10 顺德华大压铸机厂卧室冷室压铸机 J1140参数顺德华大压铸机厂卧室冷室压铸机 J1140参数 合模力F合/kN 拉杆间的内尺寸AB/mm 动型座板行程L行/mm 压铸型厚度H模/mm 压射力F压/kN 压室直径D/mm 最大金属浇注量G浇/kg 4000 755655450 300750400 60 4.5 最大铸造面积A/cm2压铸件顶出力F顶/kN 铸件顶出行程S顶/mm 系统工作压力P工/MPa一次空循环时间t/s 机器总重W/t 机器外形尺寸mm

42、（长宽高） 1250 180 120 12 10 16.5 732518502400 4 基于Flow3D的浇注系统的设计在压力作用下将金属熔体充填至型腔的通道，成为浇注系统。该系统对金属熔体的流动方向、压力的传递、充填的时间、充填速度、模具的热分散和排气条件等方面起着重要的控制和调节作用，决定着金属熔体流动的状态，是影响压铸件质量的重要因素。因此，正确设计浇注系统是提高铸件质量、稳定压铸生产的关键之一。上述所选的卧室冷室压铸机的浇注系统由直浇道、横浇道和内浇口三部分组成，余料与直浇道合为一体。开模时，压铸件与整个浇注系统随动模一起脱离定模，之后，由设置在动模上的推出机构将压铸件推出。同时压铸

43、件的结构特点、技术要求、合金种类及其特性，压铸机类型及特点都是设计浇注系统时要考虑的因素13-15。 浇注系统设计包括三个基本内容：1）浇口位置的确定。2）浇注系统类型的选择。3）浇注系统各部分的形状及尺寸确定。卧式冷室压铸机的浇注系统一般结构直浇道、横浇道、内浇口三个部分，基本结构如图4-1所示。4-1 卧式冷室压铸机浇注系统的组成浇注系统一般采用反向设计顺序，即先从内浇口开始，根据压铸件特征及工艺参数首先确定内浇口尺寸。依据内浇口尺寸，使用一定的扩大系数，计算横浇道尺寸。最后进行直浇道设计，其尺寸与横浇道匹配。这种设计顺序保证以内浇口尺寸为基准，便于设计调整，减少过程反复。4.1 内浇口设

44、计内浇口是指横浇道到型腔的一段通道。其作用是使横浇道输送出来的低速金属熔体加速，并形成理想的流态，充填型腔。设计内浇口时，主要是确定内浇口的位置和方向以及内浇口的截面尺寸，预计金属液在填充过程中的流态，并分析可能出现的死角区或裹气部位，从而在适当部位设置有效的溢流槽和排气槽。4.1.1 内浇口类型的选择常用的内浇口大致可分为下列几种类型：侧向内浇口、中心式浇口、顶浇口、环形浇口、缝隙浇口、多支浇口和点浇口。其中侧向内浇口适合于盘盖类、型腔不太深的壳体类压铸件，而且此种浇口去除方便，适应性强，因此选择此类型的内浇口。4.1.2 内浇口截面积计算内浇口速度和填充时间直接由内浇口的截面面积决定。当内

45、浇口的速度一定时，若内浇口的截面积过大，型腔内的气体会由于金属液充填型腔的时间过短而来不及排出，导致产品产生气孔等压铸缺陷。反之，填充时间被延长，部分金属液在充填过程中冷却过快，则会产生充不满的现象。显然，确定内浇口的截面积是整个模具设计过程中的一个非常重要的步骤。确定内浇口截面积有多种方法，其中经验是计算过程中非常重要的因素。下面选用公式法进行计算。Ambass公式Ag=KW1/2 （4-1）式中Ag浇口面积（mm2）;K质量系数；W填充质量（通过内浇口的合金液质量）(g）；由PROE分析模拟得铸件净重W1=370g，排溢系统按铸件30%算，W2=3700.3=111g，浇入金属液总重W=

46、W1+W2=370+111=481K值主要由压铸件质量来决定，压铸件质量越大，K值也相应的取得越大。压铸件质量在150350g之间，K值可在2.53.5之间选取。若压铸件质量更大，K值可取4.0以上。圆形机盖的W=481350g，所以取K=6，则算出Ag=KW1/2 =64811/2=131.6mm2 。根据经验表格4-1和4-2选取内浇口厚度=2，内浇口长度=2mm。表4-1 内浇口厚度的经验数据（单位：mm）铸件壁厚0.61.51.53366合金种类复杂件简单件复杂件简单件复杂件简单件铸件壁厚之比（%）内浇口厚度铝、镁0.61.00.61.20.81.51.01.81.52.51.83.0

47、40604-2 内浇口宽度和长度的经验数据（单位：mm）内浇口进口部位压铸件形状内浇口宽度内浇口长度说明矩形或长方形板件铸件边长的0.60.8倍23mm指从铸件中轴线处侧向注入，如离轴线一侧的端浇口或点浇口则不受此限圆形板件铸件外径的0.40.6倍内浇口以割线注入圆环件、圆筒件铸件外径和内径的0.250.3倍内浇口以切线注入方框件铸件边长的0.60.8倍内浇口从侧壁注入4.2 横浇道设计横浇道是指直浇道末端到内浇口前端之间的连接通道。横浇道的设计应符合下列要求：提供稳定的金属液流；对金属液的流动有较小的阻力；金属液在流动时包卷的气体量少；使金属液有适宜的凝固时间，既不妨碍补缩压力的传递，又不延

48、长压铸的循环周期；横浇道的结构形式主要取决于压铸件的结构形式和轮廓尺寸、内浇口的位置、方向和宽度以及型腔的分布情况。内浇口按照其在分型面上的投影形状可分为等宽、扇形、T形三种基本形式，根据设计要求，分流道、横浇道与直浇道都采用等宽扁梯形，金属液热量损失小，加工方便，应用广泛，与内浇口连接方式设计如下图4-2：图4-2 横浇道与内浇口连接方式卧式冷室压铸机场合扁梯形横浇道尺寸的计算公式如下：，此处我们取为15，r=23式中，Ag内浇口截面积，mm2； Ar横浇道截面积，mm2； D横浇道深度，mm； T内浇口宽度，mm； W横浇道宽度，mm。各尺寸如下： 厚度h（1.52）H，H为压铸件平均厚度

49、，H为5mm，则h分别取10mm，10mm。 长边长度b（1.253）/h，取b18mm，18mm。脱模斜度1015，取15。4.3 直浇道设计直浇道是指金属液从压室进入型腔首先经过的通道，是传递压力的首要部位。卧式冷室压铸机的直浇道由压铸机上的压室和压铸模上的浇口套组成，结构要比立式冷室压铸机的直浇道简单。卧室冷室压铸机的直浇道结构和设计要点为：根据所选择的压射比压、金属液的总容量以及压室的充满度，选择适宜的压室直径和浇口套内径；浇口套的长度应小于压铸机压射冲头的跟踪距离，以便于在开模后浇注余料从直浇道中完全推出；为了便于浇注余料从浇口套中顺利脱模，直浇道前端应有一段斜度为5左右的圆锥面；在

50、一般情况下，直浇道应该开在横浇道入口处下方，其下沉距离应大于直浇道直径的2/3以上，以防止在压铸前金属液的预填充；分流器上成型余料的凹腔的深度等于横浇道的深度，直径与浇口套相等，沿脱模斜度约5度；压室和浇口套的内孔应在热处理和精磨后，再沿着脱模的方向研磨，其表面粗糙度不大于Ra0.2um。4.4 三种浇注系统的分析与比较根据之前设计的分型面，设计了三种不同的浇注系统。方案一：采用扇形侧浇口，从电机盖一侧进浇，用Flow3D软件对金属流动进行模拟并且对整个过程的卷气情况进行观察，如图4-3所示。 图4-3 方案一方案二：采用侧向从电机盖两个位置成角度进浇，其分析结果如图4-4所示。图4-4 方案

51、二方案三：采用侧向浇口从切向进浇，其分析结果如图4-5所示。图4-5 方案三表4-3 三种浇注系统的参数对比浇口布置方案一方案二方案三浇口截面233.36mm2210.10mm2176.63mm2最终卷气率0.8980.8570.860充型时间0.0460.043s0.044s铸件温度差65.882K68.792K54.125K最大压力5958.062080MPa6423.136201MPa1920.749824MPa表面缺陷13.90114.01312.021根据分析结果和所得的数据对三种浇注系统进行对比，可以看出，虽然方案二的最终卷气率最小，充型时间也合理，但是在整个充型过程中金属液流动非

52、常不稳定，飞溅和严重，这会造成产品的表面缺陷严重，从而影响产品的表面质量和成型性能；方案三的表面缺陷最小，浇口截面也最小，最终卷气率处于中间值，但在充填完成时，卷气范围较大，这也会影响产品的表面质量和成型性能；方案一的卷气虽然是三组中最严重的，但卷气只集中在充填的最后位置，通过抽真空可以解决，且此方案在整个充填过程中金属流动也相对稳定，飞溅较少，这将有益于产品的最终成型。因此综合考虑各种因素，决定选择方案一作为最终的浇注方案。5 排溢系统的确定在铸件上设置溢流槽，不仅可以将型腔内夹杂的气体、杂物和污冷金属引入其内，使铸件的质量和性能符合要求，而且，也可以适当的调节型腔充填时的局部温度，对充填条

53、件也有一定的改善作用；必要时，还可以作为压铸件的顶出位置。溢流槽的作用归纳整理如下：(1)引出型腔中的气体，作为集渣包储存混有气体的污冷金属熔体。(2)对金属熔体的流动状态进行控制，防止局部卷气的产生。(3)将模具的温度场分布进行调节，且可以将模具的热平衡状态进行改善。(4)可以作为压铸件的推杆顶出位置，减轻了压铸件的变形。并且避免了推杆痕迹影响压铸件的表面质量。(5)溢流槽设置在动模上，使压铸件对动模的包紧力增大，从而帮助压铸件更好的被动模带出。(6)在压铸件的存放与运输过程中，溢流槽还可作为装夹和定位部分，减少了对压铸件的直接接触16-17。5.1 溢流槽的设计从上述溢流槽的作用来看，通常

54、将溢流槽设置在金属熔体最先冲击和最后充填的位置，或者根据实际情况设置在充填过程中比较容易产生卷气的部位。一般来说，溢流槽常常设置在压铸件的分型面上，根据不同的铸件结构特点的需要，还可以设置在型腔内部，且溢流槽的设计要防止金属倒流。溢流槽在设计过程中需要考虑以下几点：（1）溢流槽设计时，注意当要从压铸件上去除时要方便，且将其去除后尽量不使压铸件外观损坏。（2）所设置的溢流槽应该起到排除型腔中夹杂气体、氧化物和残渣的作用，并且能改善模具的热平衡状态。（3）设置溢流槽时，不应将几个溢流口开在同一个溢流槽上，也不应设置一个很宽的溢流口。这样，不至于使金属熔体倒流。（4）应设置合理的溢流口尺寸，避免排气

55、槽堵气过早。下面，根据溢流槽的设计原则以及上述对浇注系统卷气的分析结果设置溢流槽如图5-1所示。图5-1 排溢系统的设置观察之前没有设置溢流槽时金属溶液的流动状态以及卷气情况发现，在整个充填过程中，有四个位置金属溶液的冲击大，因此在这四个位置上和最后充填的部位设置了总共五个溢流槽。5.2溢流槽的分析结果用Flow3D软件分析加上溢流槽后压铸件的卷气情况，分析结果如图5-2所示。图5-2 排溢系统的充型模拟分析结束后各主要参数如表5-1所示。表5-1 主要分析参数充型时间终点卷气率压力最大温度最小温度表面缺陷0.053s0.9253476.655MPa953K884K13.004对比表4-3和表

56、5-1发现，设置溢流槽后，充型所花的时间变动不大，但压铸件的表面缺陷减少了不少，充填过程中很好的将型腔内的气体引入溢流槽中，金属熔体的流动也相对稳定了，因此，此溢流槽设置合理。在选定排溢系统的方案后，选取几组主要参数进行对比，然后确定最终的充填参数。表5-2 各组对比参数序号冲头速度cm/s模具温度/K熔汤温度/k120051395322004989333200483913421251391352124989336212483953722551393382254989539225483913表5-3 充填结束后的表面缺陷值序号冲头速度cm/s模具温度/K熔汤温度/k表面缺陷值120051395

57、313.008220049893310.578320048391311.169421251391310.507521249893310.606621248395310.42672255139339.803822549895310.101922548391312.134将这九组数据中，观察充填速度，模具温度和熔汤温度对压铸件表面缺陷的影响，从中选择合适的参数，各组参数的对比结果由表5-4，表5-5，表5-6列出。表5-4充型速度对表面缺陷的影响序号冲头速度cm/s模具温度/K熔汤温度/k表面缺陷值（平均值）120051395311.58522004989333200483913421251391

58、310.51352124989336212483953722551393310.67982254989539225483913由上表选出表面缺陷较小下的充型速度：212cm/s。表5-5 模具温度对表面缺陷的影响序号冲头速度cm/s模具温度/K熔汤温度/k表面缺陷值120051395311.10622125139133225513933420049893310.42852124989336225498953720048391311.24382124839539225483913由上表选出最佳的模具温度：498K。表5-6 熔汤温度对表面缺陷的影响序号冲头速度cm/s模具温度/K熔汤温度/k表面

59、缺陷值120051395311.17822124989533225483953420051393310.32952124989336225483933720051391311.27082124989139225483913由上表的对比结果选出最佳的熔汤温度：933K综上所述，确定了最佳的一组模具工艺参数，如表5-7列出。表5-7 模具工艺参数确定充型速度34m/s模具温度225压射比压60MP熔汤温度933K初始型腔压力72KPa初始型腔温度293K慢速冲头速度0.25m/s持压时间5s留模时间13s估计充型时间0.05s5.3 真空排气通道的设置瑞士方达瑞（FONDAREX）建立于1946年

60、，之前其实是一家位于瑞士蒙特勒世铸造厂，1952年研制出了第一个用于压铸的真空系统。它是成功将真空技术运用于压铸工艺的第一发明人，并一直是这个领域的先行者。方达瑞真空系统由真空机和阀体构成。该真空系统可使模具 型腔排气一直到压射完全结束，从而实现将空气和热金属在型腔中来的烟气排出和压射过程同时进行。真空阀能够依靠末端的金属熔液的动能在一毫秒内关闭，保证了“全过程真空排气”18-20。如图5-3所示为瑞士方达瑞真空系统设计的标准。图5-3 真空系统设计标准5.3.1 真空装置的设计要点（1）真空通道注入口要设置在模腔中金属最后抵达之处，以便于在压射的最后一刻将空气排除腔外。在金属特别不易达到之处