熔模铸造模具设计和制造

1、三、熔模铸造模具设计和制造3.1模具分类 模具是用来制造熔模的重要工艺装备。模具应满足以下要求；（1） 保证制出的熔模能达到要求的尺寸精度和表面粗糙度。（2） 装拆方便，轻巧、耐用，便于起模。（3） 模具的各个零部件均应加工方便、经济、合理。（4） 小件一型多腔以提高熔模生产率。（5） 不同特征的模具分类见表3-1。表3-1 模具分类特征分类应用范围精度高精度（GB/T6414-1986,CT3-4）涡轮叶片、叶轮及其它高精度铸件正常精度（GB/T6414-1986,CT5-7）常用机械零件的铸件能清晰复制出所要求的轮廓艺术铸件复杂性简单，中等复杂，复杂取决于铸件的复杂程度，机械化程度及模具中

2、的孔凹数量模具材质非金属材料：塑料、石膏、水泥、橡胶、木材等单件小批生产金属材料：钢、铝合金、锌合金和易熔合金成批、大批大量生产复合式（含有金属插件、嵌件）小批、成批生产模具制造方法用母模复制：浇注，喷涂，电铸小批生产，艺术铸件，特殊情况用钢、铝合金等机械加工成形成批、大批生产精度要求高、表面粗糙度细的机械零件母模复制和机械加工结合成批生产机械零件模料注入方式自由浇注浇注补缩系统组员，空心熔模液态模料压力注入高精度熔模膏壮模料压力注入一般精度熔模模具冷却方法冷却介质（空气、水）静止冷却单件、成批生产冷却水沿模具型壁内管道流动大批大量生产每型生产件数一型单件大尺寸和复杂熔模的单件、小批生产一型多

3、件大批大量生产机械化程度手工单件小批生产机械化成批、大批大量生产自动化大批大量生产分型面的位置垂直用于自动压蜡水平用于手工和机械压蜡3.2机械加工模具3.2.1模具的结构与类型 图3-1所示为常见手工压蜡的模具结构，主要由型体、型芯、定位元件、锁紧机构、抽芯机构、起模机构等组成。3.2.2模具的设计3.2.2.1分型面选择 选择不同的分型面会导致模具结构明显不同，并直接影响到模具的加工、使用及熔模的生产率。分型面的选择原则见表3-2。表3-2分型面的选择原则原 则图 例说 明1.保证能从模具中方便地取出熔模-、-均能保证方便取出熔模，-则由于突缘A过长和B处凹陷而难以取出熔模2.方便模具加工和

4、起模操作型腔不要太深-分型面较-分型面型腔浅，加工方便，起模容易分型面尽量平直，但当不能满足起模和型面加工要求时可采用有规则的曲面-分型面为曲折分型面，加工困难。-分型面为平直分型面，加工方便原 则图 例说 明2.方便模具加工和起模操作尽量减少抽芯和镶件-分型面P处需设置抽芯。-分型面P处不必设置抽芯有利于设置顶出机构和抽芯机构-分型面可以保证开型后熔模留在预定的型体内，便于设置顶出机构3.保证熔模的精度要求尺寸精度要求较高非加工部位尽量放在同一型体内 -为分型面时熔模上有飞边，难以保证（20+-0.15）mm的尺寸精度，-则可以保证尽量把加工基准和加工面放在同一型体内 加工螺纹时一方头为基准

5、，-为分型面时方头和螺纹处于不同型体内，同轴度低，因此螺纹部位加工余量大。-为分型面加工余量小尽量避免分型面截过重要表面 -分型时月牙面易产生错移和飞边，加工修正困难。-分型时月牙面完整光洁4.有利于内浇道的设置 -分型面不利于带斜度内浇道部位的取出，且型腔较深。-有利于熔模取出原 则图 例说 明4.有利于内浇道的设置 -分型面不能满足设置易割内浇道，-分型面能设置易割内浇道5. 有利于型腔内气体排除，避免形成气袋 -分型面的蝶翼部位型腔过深，形成气袋。-分型面时加工起模方便，熔模成形好3.2.2.2 形体结构设计 1.型体外形与壁厚 型体外形尺寸应与压蜡机相配。为了减轻重量、便于操作，在保证

6、强度和刚度条件下，模具型体壁厚应尽可能薄。表3-3所示为型体壁厚的参考尺寸。表3-3 型 体 壁 厚 （单位：mm）型体材料b钢10-2015-25铝合金15-2520-302.型体定位 表3-4所示为型体的常见定位方式。定位销的相关尺寸见表3-5。选择定位销位置和直径的参考尺寸见表3-6。每一对定位面一般需设置两个以上定位销才能限制其自由度，但过多的定位销会引起过定位。定位销之间的间距越大，定位精度越高。表3-4 型体常见定位方式定位方式图 例定位销定位定位方式图 例转动定位插销定位凸台定位D-凸台定位直径键定位盒体定位复合定位表3-5 固定式定位销（GB/T2203-1980） （单位：m

7、m）简 图DHdD1LhBcb基本尺寸偏差r63-686+0.02312163D-0.520.414+0.0152276-8108+0.028+0.01914203D-130.6182878-101210+0.028+0.01916244D-230.62234810-141412+0.034+0.02318264D-2412436914-181615+0.034+0.02322305D-241264010注：D的公差带按设计要求决定。表3-6 定位销直径和位置的参考尺寸 （单位：mm）（A+B）/26060-100100-150150-220220d68101216H10121620243.型

8、体锁紧 型体锁紧有固定式和活动式两种。常用型体锁紧的方式见表3-7。表3-7锁紧机构类型锁紧方式图 例固定式活节螺锁紧方式图 例固定式固定夹钳摩擦夹螺钉夹固定夹钳棱块夹偏心手柄锁紧方式图 例固定式快速螺旋机构钩夹活动式活动套夹螺栓套夹压夹摩擦套夹锁紧方式图 例活动式偏心套夹锥套缺口插销叶片螺栓4.型体附属结构 型体除含有形成熔模的型腔外，尚需有注蜡、开型等一些附属结构（表3-8）表3-8型体附属结构名 称图 例说 明切割线切割线是区分铸件与内浇道的标志线，即内浇道与铸件本体有明显的分界线（面）开型槽开型槽是为了便于开型设置的小槽，人工开型时可借助撬杠开型，但如上下型之间有明显的凸耳凸起时则无需

9、设置注蜡口a-d为注蜡口的几种形式。注蜡口最好设置在内浇道或有加工余量的表面上，尺寸应与压蜡机的射蜡嘴相配，一般不宜过大，以免模料充型过快，不利于模具型腔中空气排出3.2.2.3 起模机构 常用的起模机构见表3-9。表3-9 常用的起模机构起 模 方 式图 例顶管起模起模方式图例顶管起摸顶板（托板）起模顶块起模复合起模3.2.2.4 模具排气 模料注入模具时，如果型腔内的气体来不及排除或在型腔深处形成气袋，往往造成熔模成形不良，因此模具型腔应有良好的排气条件。不通孔型芯的端部，抽芯时易产生负压造成熔模凹陷、破裂，因此也应采取防治措施。表3-10所示为模具的排气方式。表3-10 模具的排气形势排

10、气方式图 例排气部位分型面间隙排气分型面、活动块、镶块的界面处型芯间隙排气型芯与型体的配合处顶杆间隙排气顶杆与型体的配合处排气槽排气分型面，活动块界面处排气孔排气型腔封闭气袋处3.2.2.5 模具工作图设计 1.型腔工作尺寸计算 模具型腔的工作尺寸要综合考虑铸件的综合收缩率和铸件的尺寸精度要求等因素。由于模料对型腔的磨损非常小，因此一般说型腔尺寸的计算可以不必考虑磨损量。表3-11所示为模具型腔工作尺寸的计算公式及其图解。 表3-11 型腔工作尺寸计算铸件尺寸型腔尺寸的计算式图 解L+a=(l-/2) (1+) -a/2+a L+a=l(1+) - a/2+aL+a=(l-+/2) ( (1+

11、) - a/2+aL-a=(l +/2) (1+) + a/2-a注：L型腔尺寸（mm）; l铸件基本尺寸（mm）; la铸件尺寸平均值（mm）; -铸件公差（mm）；、-铸件偏差值； 考虑了合金的收缩率、模料的收缩率、型壳的膨胀率后的铸件综合收缩率（%）; a-模具制造公差。表3-11中的综合收缩率值受原材料性质、铸件结构及工艺因素等的影响而很难精确确定，模具设计人员习惯按经验选定，重要的零件可经试生产实测再对模具进行修正。表3-12和3-13所示为值选用的参考数据。表3-12 碳钢、合金结构钢熔模铸件综合收缩率参考数据铸件壁厚/mm模料及型壳分类综合收缩率（%）自由收缩部分受阻收缩受阻收缩

12、1-30.61.21.21.81.62.20.41.01.01.61.42.00.20.80.81.41.11.73-100.81.41.42.01.82.40.61.21.21.81.62.20.41.01.01.61.31.910-201.01.61.62.22.02.60.81.41.42.01.82.40.61.21.21.81.52.120-301.21.81.82.42.22.81.01.61.62.22.02.60.81.41.42.01.72.3301.42.02.02.62.43.01.21.81.82.42.22.81.01.61.62.21.92.5注：1.模料和型壳分类

13、为： -蜡基模料，硅酸乙酯（或硅溶胶）-石英粉涂料型壳。-蜡基模料，水玻璃-石英粉涂料型壳。-树脂基模料，硅酸乙酯（或硅溶胶）-刚玉粉涂料型壳。2.高温合金综合收缩率可参照表中选用。表3-13 有色合金熔模铸件综合收缩率参考数据铝合金1-31.21.40.81.10.50.73-101.31.51.01.30.60.8注：-蜡基模料，硅酸乙酯（或硅溶胶）-石英粉涂料型壳。 -树脂基模料，硅酸乙酯（或硅溶胶）-刚玉粉涂料型壳。2.模具的尺寸精度和表面粗糙度 模具型腔的尺寸精度和表面粗糙度应视铸件的技术要求而定。一般模具型腔尺寸的制造公差为铸件公差的1/41/8。型腔的表面粗糙度比铸件细24级。模

14、具如需镀铬，镀层厚度一般取0.0050.01mm，非加工面镀铬时表面粗糙度Ra=3.26.3m。表3-14和表3-15所示为模具各部位的加工尺寸精度和表面粗糙度。表3-14 模具各部位的加工精度模具部位型腔和型芯的形成部位活塞、镶块、顶杆等的配合部位不影响铸件尺寸的自由尺寸尺寸精度等级IT6IT10IT6IT9IT12IT14表3-15模具各部位的表面粗糙度模具部位表面粗糙度Ra模具部位表面粗糙度Ra型腔表面0.20.8浇注系统表面1.66.3芯销、活块、镶块的配合面、定位面0.81.6非工作部分表面6.312.5分型面0.81.63.组合件的配合 模具有许多部件组合而成。这些组合件相互间的配

15、合关系应根据制模时的动作要求确定，表3-16所示为模具常用组合件的配合。表3-16 模具常用组合件的配合组合件配合图例组合件配合图例顶模块与型体定位销与型体型体与型芯活块复位杆与型体芯销与型芯、型体或活块稳定销与连接杆销轴与型体型体与镶块顶杆与型体销套与型体4.模具材料 表3-17所示为模具常用材料及热处理要求。表3-17 模具常用材料零件名称材料热处理型体、型芯、镶块、活块锻铝2A50、2A80、2A1490HBS铸铝ZL102-45钢调质，28-32HRC定位销、销套、插销、顶杆、复位杆45钢淬火，35-40HRC工具钢T7,T8淬火，40-45HRC垫板、压板，顶杆固定板，手柄，支脚45

16、钢，Q235-A钢正火浇注系统模具铸铝ZL102-5.总装技术要求（1）分型面及贴合面的不贴合间隙不大于0.05mm。（2）各组合块及上下型体错位不大于0.05mm。（3）顶杆不得高出型腔表面，可低于型腔表面0.05mm以内；复位杆不得高出分型面，可低于分型面0.05mm以内。（4）型腔表面应平整、光洁，应无凹凸不平和毛刺、麻坑、伤痕等；型腔边缘除注明者外应保持锐边，非型腔表面锐边倒角0.5mm。（5）总装后应经压蜡试模，起模时应无阻卡现象，熔模飞边厚度不大于0.05mm。（6） 模具外表面应打上产品型号、零件号、模具号、制造日期等标记。3.3 浇注补缩系统模具及熔模校正用模具3.3.1 浇注补缩系统模具 浇注补缩系统模具根据其用途可分为通用和专用两种浇注补缩系统用模具，根据其注蜡方式可分为自由浇注用和压注用模具。自由浇注用模承受压力较小，不必设置夹紧力大的锁紧机构，也可采用简单的C形弹性夹。压注用模的结构与机械加工金属模具基本相同。尺寸较小的单一浇注补缩系统组元（如直浇道）也可采用沾帮法成形，沾棒一般采用铝质芯棒，其单边尺寸一般比原组元尺寸小2mm左右的沾蜡量。浇注补缩系统模具的结构应简单，操 作方便，并方便焊装。浇注补缩系统模具的型腔尺寸无需精确计算收缩量，加工精度和表面粗糙度要求可适当放低，但贴合