第10章课件压铸模总体设计

第10章压铸模总体设计10.1模体的基本类型10.2结构零部件的设计10.3压铸模的冷却10.4压铸模模体的常用材料10.5压铸模典型实例10.1模体的基本类型1.不通孔的二板式结构定模板2和动模板6由整体形成，如图10-1所示。成形的定模镶块1和动模镶块5分别镶嵌在定模板和动模板的盲孔套内，用螺栓紧固。模体由两组模板组成。开模时，由主分型面分型。推杆7推出压铸件，复位杆8复位。2.通孔的二板式结构定模部分和动模部分分别由定模座板1、定模板3和动模板5、支承板8组成。成形的定模镶块2和动模镶块4分别装入定模板3和动模板5的通孔模套内，用螺栓压紧。开模时，由主分型面分型，推杆10推出压铸件，复位杆9复位，如图10-2所示。下一页返回10.1模体的基本类型3.带卸料板的结构如图10-3所示，带卸料板的结构是在二板式结构的基础上，增设推出压铸件的卸料板5。动模部分由卸料板5、动模板8和支承板9组成。开模时，首先从主分型面分型，使压铸件脱离型腔后，推板16推动卸料推杆10、卸料板5以及推杆11共同作用，使压铸件脱模。合模时，定模板推动卸料板及卸料推杆带动推出机构复位，不必另设复位杆。卸料板由于推出力均衡，压铸件在脱模时不易变形，是薄壁压铸件常用的脱模形式。上一页下一页返回10.1模体的基本类型4.二次分型的三板式结构在卧式压铸机上采用中心浇口时，为取出浇口余料，必须设置可移动的模板，如图10-4所示。即在主分型面分型前，模具从辅助分型面Ⅰ处分型。压铸件包紧力在压射冲头送料的推力作用下，定模板5与浇口余料一起与动模板移动。继续开模，限位杆20阻止定模板的移动而拉断浇口余料（或采用其他切料机械切断余料）。从主分型面Ⅱ处分型，并使压铸件脱模。为支承定模板5，应设置定模导柱2。5.多次分型的多板结构当一次分型不能使压铸件完全脱模时，应采取二次分型或多次分型的结构形式。图10-5

所示为采用三次分型的结构形式，增加了型腔板9和11两块可移动的模板，形成分型面Ⅰ和分型面Ⅱ两个辅助分型面和主分型面Ⅲ。上一页下一页返回10.1模体的基本类型为了限制分型面Ⅰ和分型面Ⅱ的分型距离，达到定距分型的效果，还分别设置了限位杆1和13，以及对各模板分别导向的动模导柱5和定模导柱8。这种结构有时还应设置顺序分型脱模机构，按先后顺序，按一定的定距程序分型。上一页返回

10.2结构零部件的设计10.2.1动、定模套板的边框厚度动、定模套板一般受拉伸、弯曲、压缩3种应力，变形后会影响型腔的尺寸精度。因此，在考虑套板的尺寸时，应兼顾模具结构与压铸工艺。1.圆形套板边框厚度的尺寸计算圆形套板分为不通式和穿通式两种，如图10-6所示。图10-6（a）为套板不通的形式，图10-6（b）为套板穿通的形式。下一页返回

10.2结构零部件的设计型腔不通式套板的厚度可按下式计算型腔穿通式套板的厚度可按下式计算上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计受力时弹性变形量δ按下式计算各式中S——套板边框厚度，mm；p——压射比压，MPa；

［σ］——许用抗拉强度，45号钢调质后取80～100MPa；

E——材料的弹性模量，取2×105MPa；D——型腔直径，mm；H1——型腔深度，mm；H——套板厚度，mm；

δ——受力后弹性变形量，mm。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计2.矩形套板边框厚度的尺寸计算矩形套板如图10-7所示，其边框厚度可按下式计算式中F1——边框长侧面受的总压力，F1=pL1H1，N；F2——边框短侧面受的总压力，F2=pL2H1，N；L1——型腔长侧面的长度，mm；L2——型腔短侧面的长度，mm。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计3.套板厚度的经验数据动、定模套板边框厚度的经验数据推荐值可如表10-1所示。10.2.2动模支承板的厚度1.动模支承板厚度的计算动模支承板的受力情况如图10-8所示。支承板的厚度可按下式计算上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计式中h——

动模支承板的厚度，mm；F——动模支承板所受的总压力，N，F=pA，其中p为压射比压，MPa，A为压铸件、浇注系统和溢流槽在分型面上不重合的投影面积之和，mm2；L——垫块间距，mm；B——动模支承板的长度，mm；［σw］——钢材的许用弯曲强度，MPa，正火态45号钢，［σw］取92MPa。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计2.动模支承板厚度的经验数据动模支承板厚度的经验数据是按支承板所受总压力的大小选取的，具体推荐值如表10-2所示。3.动模支承板的加强当压铸件、溢流槽及浇注系统在分型面上的投影面积较大而垫块的间距L较长或动模支承板厚度h较小时，为了加强支承板的刚度，可在支承板和动模座板之间设置与垫块等高的支柱；也可以借助于推板上的导柱加强对支承板的支撑作用，如图10-9所示。

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10.2结构零部件的设计10.2.3定模座板的设计定模座板与定模套板构成了压铸模定模部分的模体，由于定模座板与压铸机的固定模板大面积接触，故一般不作强度计算。卧式压铸机用定模座板，其厚度H可按经验数据选取，如表10-3所示。表10-3还列出了不同型号的压铸机用的定模座板与压室的配合孔直径D和配合深度h的尺寸与公差。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计10.2.4动模模座的设计

动模座板与垫块组成动模的模座。模座与动模套板、动模支承板及推出机构组成了动模部分的模体。压铸时，动模部分模体通过动模座板连接固定在压铸机的移动模板上，因此动模座板上也必须留出安装压板或紧固螺钉的位置。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计小型压铸模的模座一般采用图10-10（a）所示的形式，垫块与动模座板的平面接触，用螺钉连接和用销钉定位；小型压铸模的模座有时也设计成支架式模座，如图10-10（b）所示，这种结构制造方便、重量轻、省材料；对于中型压铸模，常常将垫块部分镶入动模座板和动模支承板内，如图10-10（c）所示；大型压铸模的动模座板和垫块合为一个整体，采用铸造方法成形，如图10-10（d）所示。模座通常采用铸钢或球墨铸铁，这样既减少了零件数，提高了模具的刚性，又节省了原材料。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计10.2.5合模导向机构的设计1.导柱和导套的结构（1）导柱的结构。压铸模导柱的典型结构按照国家标准分为A型（带头导柱）和B型（有肩导柱）两种。图10-11（a）为A型导柱，固定部分的直径d1与导向部分的直径d基本尺寸相同，只是偏差值不同；图10-11（b）为B型导柱，固定部分的直径d1比导向部分的直径d大，且其大小和与之相配用的导套外径一致，这样可使导柱和导套的安装固定孔大小一致，以便两孔同时加工，保证它们的同轴度。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计（2）导柱的固定。为了取件的方便，压铸模的导柱一般固定在定模部分。如果模具采用推件板脱模，导柱必须安装在动模部分；而卧式压铸机采用中心浇口的模具，则导柱必须安装在定模座板上；若卧式压铸机采用中心浇口模具的同时又采用推件板脱模，则在模具的动、定模部分都要设置导柱。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计（3）导柱的尺寸。当导柱为4根时，导向部分的直径按下面的经验公式选择式中d——

导柱导向部分的直径尺寸，cm；A——模具分型面的表面积，cm2；k——系数，一般在0.07～0.09内选取，当A>2000cm2时，k取0.07，当A=400～2000cm2时，k取0.08，当A<400cm2时，k取0.09。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计（4）导套的结构。导套的结构按照国家标准分为A型（直导套）和B型（带头导套）两种。图10-12（a）为A型导套，它主要用于动、定模套板较厚或套板后面无支承板或定模座板的情况，常安装在推件板内；图10-12（b）为B型导套，它通常用于动、定模套板后面有动模支承板或定模座板的场合。（5）导柱与导套的技术要求。导柱和导套通常都可采用20号钢表面渗碳处理或采用T18、T10钢进行淬火处理。导柱应有良好的韧性和抗弯强度，其工作表面应有较高的硬度且耐磨，热处理硬度一般为52～56HRC。导套的表面硬度应比导柱略低，便于磨损后更换导套。导套有时也可用铜合金等耐磨材料制造。导柱和导套的固定部分的表面粗糙度Ra为0.8μm；导向部分的表面粗糙度Ra为0.4～0.8μm。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计2.导柱与导套的配合导柱与导套的配合如图10-13所示。图10-13（a）为B型导柱与B型导套相配合的形式；图10-13（b）为A型导柱与B型导套相配合的形式；图10-13（c）为A型导柱与A型导套相配合的形式；图10-13（d）为B型导柱与A型导套相配合的形式。上一页下一页返回

10.2结构零部件的设计3.导柱的布置压铸模的外形通常是矩形，个别也有圆形的。除了很小的压铸模可设置2根导柱外，矩形压铸模一般设置4根导柱，如图10-14（a）所示，通常都布置在套板的4个角上。为了防止装配或合模时搞错方位，也可将其中一根导柱作不等距布置。圆形的压铸模一般可设置3根导柱，如图10-14（b）所示，其分布的角度可以略微不等。上一页返回

10.3压铸模的冷却10.3.1压铸模的冷却方法压铸模的冷却方法主要有风冷和水冷两种。1.风冷风冷冷却的风力通常来自鼓风机或压缩空气。冷却的方法是将压缩空气对准压铸模动模和定模的成形部分进行反复喷吹，以使模具的热量尽快散发到空气中，从而降低模具的温度。由于不需要在模具内部设置冷却回路，因此模具的结构大为简化。下一页返回

10.3压铸模的冷却2.水冷水冷是指在模具内开设冷却水通道，将冷却水循环通入成形镶块或型芯内，从而实现冷却。水冷速度比风冷速度快得多，因此能有效地提高生产效率。一般可以通过测定进水口和出水口的温度以及模具型腔或型芯的表面温度来控制冷却水的流量，从而调节冷却效率，以达到压铸生产工艺的要求，所以在压铸过程中水冷是可以实现自动化的。

水冷法的冷却介质除了主要用水外，还可采用其他一些冷却介质以提高冷却效果，这些冷却介质如表10-4所示。除了风冷和水冷外，国外还广泛地采用热管冷却。热管是一种密封的利用液体的蒸发与冷凝原理和毛细管现象来传递热量所设计的管状传热元件，如图10-15

所示。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却10.3.2冷却通道的设计计算1.需要用冷却水传走的模具热量

根据能量守恒定律，压铸模在每个循环的正常工作中，熔融金属传给模具的热量、模具传走的热量以及冷却系统传走的热量应保持平衡。热平衡的表达式为Q=Q1+Q2+Qw（10-7）式中Q——单位时间内熔融金属传给模具的热量，kJ／h；Q——单位时间内模具通过自然对流和向周围辐射传走的热量，kJ／h；Q2——单位时间内通过压铸机上的特定部位传走的热量，kJ／h，特定部位指模具的动、定模座板与压铸机的移动模板和固定模板的接触部位，以及压铸模和压铸机上原来常设冷却通道的部位，如浇口套、分流锥、喷嘴、压室、压射冲头等；Qw——单位时间内需要用冷却水传走的热量，kJ／h。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却因此，需要用冷却水传走的热量为Qw=Q-Q1-Q2

（10-8）（1）熔融金属传给模具的热量单位时间内熔融金属传给模具的热量Q可按下式计算Q=nmq（10-9）式中n——每小时压铸的次数，次／h；m——每次压铸的合金量，kg／次；q——单位质量合金液的凝固热量，kJ／kg，如表10-5所示。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却（2）模具通过自然对流和向周围辐射所传走的热量单位时间内模具通过自然对流和向周围辐射所传走的热量Q1可用下式进行估算Q1=Φ1A1

（10-10）式中Φ1——模具自然对流和向周围辐射传热的热流密度，kJ／（h·m2），其值如表10-6所示；A1——模具总的表面积，m2。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却（3）压铸机上特定部位传走的热量。①通过动、定模座板传导给压铸机的热量。单位时间内通过动、定模座板与压铸机模板的安装接触面传给压铸机的热量可用下式计算式中Q′2——单位时间内模具传给压铸机移动模板和固定模板的热量，kJ／h；h2——模具与压铸机移动模板和固定模板之间的传热系数，W／（m2·℃），其值与动、定模座板的材料有关，采用碳素钢时可取140W／（m2·℃），；A2——动、定模座板与压铸机移动模板及固定模板之间安装的接触面积，m2；θm——模具的平均温度，℃；θr——室温，℃。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却②由压射冲头等传走的热量。单位时间内由压铸机的压射冲头等传走的热量Q”2可以通过实际测量而定。③由分流锥、浇口套、喷嘴和压室等部位传走的热量单位时间由上述几部分传走的热量可由下式进行估算式中

——单位时间内每个特定部位传走的热量，kJ／h；Φ2——特定部位冷却传热的热流密度，kJ／（h·m2），如表10-7所示；AL0——特定部位冷却通道的总表面积，m2。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却2.冷却通道的设计知道了需要用冷却水传走的模具热量Qw后，就可计算出总的冷却通道表面积（热传导面积），然后再根据模具的具体情况确定冷却水道的直径和冷却水道的长度。（1）冷却水道的总表面积的计算根据牛顿冷却定律，用水流冷却模具时需用的热传导面积（即冷却水道表壁的面积）为式中Aw——热传导面积，m2；hw——冷却水对其通道表壁的传热系数，W／（m2·℃）；Δθ——热传导面的平均温度与冷却水平均温度的差值，℃，其中冷却水的平均温度为冷却水在进口处和出口处温度的平均值。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却当冷却水在圆形断面直管中呈紊流状态时，模具材料与冷却水之间为稳定换热，则式中λw——冷却水的导热系数，W／（m·℃）；dw——冷却水道的直径，m；g——重力加速度，m／s2；v——冷却水的速度，m／s；ρw——冷却水的平均密度，kg/m3；μw——冷却水的平均黏度，Pa·s；Cpw——冷却水的平均比热容，J/（kg·℃）。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却（2）冷却水道直径和长度的计算如果热传导面积Aw和冷却水道直径dw均已确定，则冷却水道的总长度Lw为至于实际压铸模的冷却水通道直径是否变化，每一通道的长度是否一致，可视具体的模具而定。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却10.3.3冷却系统的布置1.冷却通道的设计要点

在设计冷却水通道时应注意以下几点。

（1）冷却水道要求布置在型腔内温度最高、热量比较集中的区域，流道要通畅，无堵塞现象。

（2）冷却水道至型腔表面的距离应尽量相等，水道壁离型腔表面的距离一般取12～15mm。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却（3）冷却水道孔的直径一般取8～16mm，视压铸件大小和壁厚而定。

（4）为了使模温尽量均匀，设计冷却水道时，应考虑使水道出、入口的温差尽量小。

（5）冷却水道通过两块或多块模板或零件时，要求采取密封的措施，防止泄漏。通常采用橡胶密封圈或橡胶密封片进行密封。

（6）水管接头应尽可能设置在模具的下方或操作者的对面一侧，其外径尺寸应统一，以便接装输水的橡皮胶管。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却2.冷却系统的布置形式（1）浅型腔压铸件模具的冷却。浅型腔的压铸件模具，通常采用在动、定模两侧与型腔表面等距离钻冷却水孔的形式，如图10-16所示。

（2）中等深度型腔的压铸件模具的冷却。中等深度型腔的压铸件模具，在凹模底部附近采用与型腔表面等距离钻孔的形式，而在型芯中，由于容易储存热量，所以按型芯形状铣出矩形截面的冷却水槽进行冷却，如图10-17（a）所示；中等深度的大、中型型腔压铸件模具的冷却，也可采用如图10-17（b）所示的形式进行冷却。上一页下一页返回

10.3压铸模的冷却（3）大型深型腔压铸件模具的冷却。深型腔模具的冷却最困难的是凸模的冷却。图10-18所示为深型腔模具，凸模和凹模均采用螺旋槽冷却水道进行冷却。（4）细长型芯的冷却水道。在细长型芯上开设冷却水道是十分困难的。对于细小的型芯，可以采用间接冷却的方式进行冷却，如图10-19（a）所示。冷却水喷射在铍青铜制成的细小型芯的后端，靠铍青铜良好的导热性能对其进行冷却；当压铸件上的内孔相对较大时，可采用喷射式冷却，如图10-19（b）所示，型芯虽然长，但是可在型芯中部开一个盲孔，盲孔中插入一根管子，冷却水经管子喷到浇口附近的盲孔底部，然后经管子与型芯的间隙从出口处流出，使水流对型芯发挥冷却作用。（5）浇口套与分流锥的冷却。浇口套冷却水道的结构如图10-20所示，在浇口套上车出螺旋槽水道，而在其两端车出密封圈槽。分流锥冷却水道的结构可参考图10-19（b）进行设计。上一页返回

10.4压铸模模体的常用材料除成形零件外，模体的常用材料应能保证模体的强度、刚度要求和在压铸过程中不产生不允许的变形。模体的常用材料及热处理要求如表10-8所示。返回

10.5压铸模典型实例1.夹板压铸模夹板压铸模如图10-21所示，该模具采用推杆推出机构，定模镶块9和动模镶块13组成模具型腔。由于型芯6的成型侧面带有15度的斜度，保证了开模后压铸件能留在动模，随动模后移，并被推出机构推出。夹板及浇注系统如图10-22所示，采用侧浇口进料，充填效果较好。下一页返回

10.5压铸模典型实例2.支架压铸模支架压铸模如图10-2