压铸成型工艺及模具设计课程设计指导书.doc

课程设计指导模具教研室 甘肃畜牧工程职业技术学院 《压铸成型工艺与模具设计》课程设计指导书 2010/12/10 1 设计模具应注意的问题 设计模具时，值得讨论和注意的问题很多，现在就其应特别注意的问题简述如下： 一、合理选择模具结构 根据零件图样及技术要求，研究和选择适当的成型方法及成型设备，结合 工厂的机械加工能力，提出模具的结构设计方案，并经充分讨论，以便设计出结构简单合理的模具，能够成型出符合质量要求的压铸件，且模具操作方便、安全，取件顺利可靠。对工艺性较差的零件，可以根据模具设计和加工的需要，向有关人员提出修改零件图的建议，但不能擅自改动零件图。 ’ 二、正确确定模具成型零件的尺寸 模具成型零件的尺寸和表面粗糙度，对零件的成型质量影响极大，必须特别注意。计算成型零件尺寸时，一般采用平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量。极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量的计算方法主要用于高精度的塑件。 三、设计的模具应便于制造 设计模具时，应尽量使所设计的模具制造容易，成本低。特别对那些比较复杂的成型模具。零件应考虑采用一般机械加工方法还是采用特种加工方法，加工后如何进行装配，这些问题在设计模具时一定要认真研究和解决，同时还需考虑试模后具有足够的修模余量 。 四、模具设计时， 应充分考虑铸件的结构特点，尽量减少后加工 在允许的范围内，尽可能地由模具成型出铸件上的孔、槽、凸、凹等部位，避免铸件在成型后再用其它加工方法加工这些部位。 五、设计的模具应满足生产率的要求且使用安全 设计的模具应适合合金的工艺特性，脱模装置、侧向抽芯装置等要安全可靠，不引起铸件的变形、破裂；切除浇口、浇道容易。 六、模具成型零件工作表面应有一定的耐磨性；结构零件尽量选用标准件。 顶杆等销轴类零件，在工作条件下易卡住、弯曲、折断，占模具故障的绝大部分。因此，在设计模具时应写明这些零件的材料、加工方法及热处理要求等。 七、根据压铸合金的成型特性设计模具 模具设计时，除了考虑压铸合金能满足使用要求(力学性能、电气性能、耐热性、耐化学性、耐候性)外，还应充分掌握压铸合金的成型工艺性，以便使所设计的模具能成型出优质铸件。压铸合金的铸造性能及特点应按教材的相关内容进行相关设计。 八、时间安排 序号 完 成 内 容 备 注 天数 1 熟悉任务，讲解相关内容 教师指导 0.5 2 查阅相关资料，进行设计 教师指导 1 3 校正、填写说明书 教师指导 1 4 绘制压铸模具装配图（每人一张图）；零件图（动、定模；侧抽芯机构；浇口套。每人四张图）(绘图比例1：1) 教师指导 2 5 检查、完成 教师指导 0.5 2压铸模设计程序 理解、明确设计任务书 收集、分析原始资料 收集、分析原始资料 收集、分析原始资料 收集、分析原始资料 收集、分析原始资料 根据任务书，工艺确定成型方式，并进行必要的工艺计算 决定分型面浇道，浇口形式，模具基本结构 分析具体结构的工艺性，防止铸件废品采取的措施尽量选用标准件 选用成型设备，并考虑其他辅助工具的选用与设计 校核模具与相应设备的有关参数，最后确定所选的方案 绘制草图，确定最佳方案 交指导老师或有关人员审批 绘制模具总图，制定总技术要求，填写标题栏 绘制模具零件工作图，确定其材料，热处理等技术要求 最终校对，审图签名 编写说明书装订成册 然后作进一步修改 一 明确设计任务 模具设计任务书是 (教师)根据成型铸件的要求提出，该任务书的内容包括铸件图样(应注明压铸合金代号)、技术要求和生产数量，还有可能提供铸件的样品。模具设计人员要以成型铸件图和模具设计任务书为依据设计模具。 二、收集分析原始资料 收集整理有关铸件使用、结构设计的要求，成型工艺、成型设备以及本单位的机械加工和特种加工的设备，以便设计模具时使用。 1．分析研究铸件图 分析研究铸件图，了解用途及结构工艺性、尺寸精度、技术要求等，如使用性能、表面要求、；几何结构、斜度、嵌件等是否合理，各种缺陷的允许程度，有否有涂装、电镀、钻孔等后加工；估计成型公差是否低于铸件要求；根据压铸合金品种分析其物理——化学性能和成型工艺性、成型工艺参数等。 2．了解和分析工艺资料 分析任务所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当。 3．熟悉工厂实际情况（在工厂进行课程设计时） 主要了解成型设备的技术参数，便于进行有关的参数校核。要熟悉模具制造车间的制模能力、标准及设计参考资料等，不使所设计的模具脱离生产实际。 三、拟定模具总体方案并绘制模具草图 拟定模具总体方案时，根据设计任务书要求首先确定模具类型，然后考虑型腔布置、分型面的设置、浇注系统、脱模和设备的选取。 1．确定模具的基本结构 (1)确定模具类型；压铸成型模采用单分型面还是多分型面，是否需要侧向分型抽芯，考虑在热（冷）压室；卧（立）式机安装等。 (2)确定模具类型的主要结构：在绝对可靠的条件下使模具本身的工作满足铸件的几何形状、表面粗糙度和尺寸精度的要求。结构尽量选用标准模架。结构力求简单、生产率高、模具寿命合适，成本低。 2．保证铸件质量 (1)合理布置型腔位置及数量。根据铸件结构特点、尺寸精度，批量大小、制模难易程度以及压铸机的能力来确定型腔数目和排列方式。 (2)合理确定分型面。分型面的选择关系到模具成败。分型面的位置要有利于成型、脱模、安放嵌件、排气，有利于模具的加工和提高塑件的质量。 (3)确定浇注系统和排气。 (4)选择合理的推出机构及抽芯方式。 (5)确定冷却和加热方式。合理设计冷却系统和加热系统。 3．绘制模具草图 (1)草图绘制时，一般用1：1的比例，以便发现问题。 (2)在多种方法中选样最佳方案。 (3)草图绘制后，根据模具选择成型设备。 对安装尺寸及其它有关参数进行校核。如压铸机的压射量、锁模力、开模行程及喷嘴和压室等： 四、交指导老师审阅后绘制模具总图 五、绘制模具总图 按国家制制图标准绘图，国标未规定的可结合工厂习惯画法，成型后只要去除毛刺，不进行其它机械加工。 1．总装图的绘制 绘制总装图尽量采用1：1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。模具总装图上应明确表达清楚以下列内容： (1)成型部分结构。 (2)浇注系统、排溢系统结构。 (3)分型面及脱模取件方式。 (4)模具外形结构及所有连接件、定位件、导向件的位置。 (5)辅助工具(取件卸模，校止等工具)。 (6)标注型腔、模具总体尺寸及运动件的极限尺寸位置等。 (7)零件编出序号，填写零件明细表。 (8)标注技术要求和使用说明书，其内容包括：模具有关部分的装配要求：模具的装配工艺要求：(分型面的贴合间隙不大于0．05mm，模具上、下平面的平行度等)模具的使用和装拆方法：所使用压机的型号；模具防腐处理、模具编号、标记和字符、密封、保管等以及有关试模和检验方面等要求。 2．绘制全部零件的零件图 根据模具总装图，先内后外、先复杂后简单、先成型零件后结构件的原则绘制零件图。 (1)零件图也需按国家制图标准绘制，零件图应与总装图一致。 (2)尺寸标注要注意基准，尺寸要集中、完整。特别是主要零件的尺寸和脱模斜度及配合尺寸等。 (3)零件图上的表面粗糙度的标注方法应按国家机械制图标准的要求标注。 (4)其它内容。填写零件图标题栏及一些必要的技术要求，如热处理、装配后的机械加工、表面处理等。 六、校对与审核 首先自我校对，然后相互检查，最后交教师批阅。自我校对内容包括： 1．模具及模具零件与铸件图的关系 模具零件的材质、硬度、尺寸精度及模具结构等是否符合塑件图要求。 2．成型设备与模具的关系 工艺参数满足要求。 4．模具结构方面 (1)分型面位置是否选择恰当，有否溢料，开模后铸件应留在有推出装置的一边。一般留在动模。 (2)脱模方式：推杆、推管大小及位置、数量是否合适，推板是否会被卡住或擦伤铸件。 (3)模具温度的调节。加热器的功率和数量、冷却介质的流动路线、位置、大小和数量是否合适。 (4)具有侧凹和侧孔的抽芯机构有否干涉。 (5)浇注、排气系统是否合理。 ； 5．设计图样 (1)装配图上各模具零件是否表达清楚，各视图有无矛盾，投影是否正确，有否遗漏。 (2)零件图上零件的结构件艺性、尺寸精度和表面粗糙度是否合理；热处理、表面处理及表面精加工：等是否表达清楚：修模或修磨余量、装配后的补充加工等均应说明。 (3)计算成型零件的工作尺寸。 6．校核辅助工具的主要工作尺寸。 七、编写课程设计说明 (1)说明书目录。 (2)制件图样及设计任务书。 (3)铸件的工艺分析，包括尺寸、公差、表面质量和结构形式等方面。 (4)模具总体方案拟定过程。 (5)设备有关工艺参数的校核。 (6)重要数据的计算过程。 (7)对本设计进行技术经济分析。 (8)其它需要说明的内容、收获和体会。 (9)参考资料索引。 3 设计实例 AX100汽缸盖压铸成型工艺及模具设计 摘要：压铸是近无余量铸造，它具有生产效率高、节约能源和原材料、成本低、适于大规模生产、铸件质量好等一系列优点。压铸在汽车、拖拉机、电子仪表与电信、计算机、航空等工业部门得到广泛的应用。在压铸生产中，压铸机、压铸合金和压铸模是三大要素，压铸模是压铸的主要工艺装备，高压和高速充填压铸模是压铸的两大特点。AX100汽缸盖成型工艺及成型模具。AX100汽缸盖为铝合金压铸件，其散热片部分壁厚较薄，成型比较困难。通过考虑铸件的实际用途和加工效率等，经过比较设计出总体的模具结构方案；经过一系列的参数计算及铸件的工艺性的分析，设计出合理的浇注系统、溢流和排气系统、抽芯机构、加热与冷却系统、推出机构、模架、型芯、型腔以及成型零件等等。 关键词：AX100汽缸盖，压铸工艺，压铸模设计 1 压铸件分析 图1.1 AX100汽缸盖三维造型图 AX100汽缸盖的形状较为复杂，壁厚较薄，侧壁有孔，质量要求较高，成型比较困难。图1.1所示为AX100汽缸盖压铸件图。 1.2 材料 压铸件所选用材料为ZL102，为压铸铝合金。铝合金在许多方面特别是使用性能方面比锌合金优越。铝合金具有良好的压铸性能，密度较锌合金较小（2.5-2.9g/cm3），比强度大，高温力学性能也很好，在低温下工作时同样保持良好的力学性能（尤其是韧性）。ZL102的主要成分为含Si10～13％,其余为Al，其他含量不超过2.3%。此材料适用各种薄壁铸件，所以ZL102适合用作压铸该零件的材料。 1.3 结构 图1.1所示为AX100汽缸盖的压铸件图，该零件结构复杂，在3个方向均有侧面凹孔，因此，压铸时要采用抽芯机构。零件表面曲面较多，用一般的机械加工方法加工模具型腔比较困难，因此，型腔部分宜采用电脉冲机床加工。铸件普遍壁厚较薄，但是在主要成型结构处壁厚较厚，应注意出现热结的情况出现。 1.4 尺寸精度 压铸件能达到的尺寸精度是比较高的，其稳定性也很好，基本上依压铸模制造精度而定。该零件的尺寸精度为IT13级，用压铸方法生产该零件完全能达到精度要求。未标注的铸造圆角一律按照图纸标示为R2。 图2.1 分型面的选择 1.5 脱模斜度 为了便于铸件脱出模具的型腔和型芯，压铸件上应具有足够和尽可能大的脱模斜度。最好在设计零件时就考虑到斜度。当零件的结构上未设计斜度时，则应由压铸工艺来考虑脱模斜度。 该压铸件成型部分的脱模斜度统一采用1为脱模斜度。 2 压铸模具总体结构设计 2.1 分型面的确定 分型面可选择在B-B面，如图2.1所示，因为在B-B处壁厚较厚，其他部分较薄。一般意义上来讲，分型面应取在壁厚较厚处。另外由于压铸件结构的问题，而A-A面为曲面，不宜设置分型面。C-C面设置分型面的话，对压铸件的脱模造成一定难度。 2.2 压铸机的选择 2.2.1 确定主胀型力 F胀 由式 …………………………………………………（2.1） 查表：比压推荐值[3]取该零件的压射比压p 为70Mpa 面积A为铸件以及浇铸系统、排溢系统在分型面上的投影面积 A=14685.4mm21.3=19091.02mm2≈1.9110-2m2 图2.2 浇注系统示意图 所以 =1000701.9110-2=1337kN 2.2.2 确定锁模力F锁 经校核得出实际所需的锁模力为2364.34,而J1125G型压铸机的锁模力为2500，故锁模力能满足要求。 该压铸机的主要参数为: 合型力（kN） 2500 压铸模厚度（mm） 250～650 压射力（kN） 143～280 压室直径（mm） 50/60/70 铸件投影面积（cm2） 175～886 最大金属浇注量（kg） (铝)3.2 动模座板行程（mm） 400 图 2.3 浇口套三维造型图 2.3 浇注系统的设计 由于压铸件上散热片的特殊结构，许多部分壁厚较薄，所以先初步设计浇注系统为侧浇道。由于工件两侧有两凹孔，所以浇道只能设置在没有凹孔的两面。图2.2为浇注系统简图。 2.3.1 内浇口的设计 内浇口截面积的计算 查内浇口经验数据表，可取内浇口厚度为2mm 2.3.2 浇口套的设计 2.3.3 横浇道的设计 此横浇道的设计采用漏斗形的扇形浇道设计。 图2.4 漏斗形扇形浇道示意图 2.4 溢流排气系统的设计 溢流槽的布置应有利于排除型腔中的气体，排除混有气体，氧化物，分型剂残渣的金属液，改善模具的热平衡状态。 排气槽用于从型腔内排出空气及分型剂挥发产生的气体，其设置的位置与内浇口的位置及金属液的流态有关。为使型腔内的气体在压射时尽可能被压铸的金属液排出，要将排气槽设置在金属液最后填充的部位。排气槽一般与溢流槽配合，布置在溢流槽后端以加强溢流和排气的效果。在有些情况下也可在型腔的必要部位单独布置排气槽。 此模具的排气槽采用分型面上布置排气槽的结构形式。 查表：排气槽尺寸，得到排气槽深度和宽度，根据压铸件材料为铝合金，所以选用深度为0.15mm,排气槽的宽度选10mm 。 3 压铸模及成型零件设计 3.1 总体结构设计 AX100汽缸盖压铸模总装图如图3.1所示。（尺寸计算） 图3.3 定模部分三维造型 图3.2 动模部分三维造型 3．2 加热与冷却系统的设计 图3.1 AX100汽缸盖压铸模具总装三维造型图 模具在压铸生产前应进行充分的预热，并在压铸过程中保持在一定温度范围内。压铸生产中模具的温度由加热与冷却系统进行控制和调节。其作用如下： 1） 使模具达到较好的热平衡和改善铸件顺序凝固条件，使铸件凝固速度均匀并有利于压力传递，提高铸件的内部质量。 2） 保持压铸合金填充时的流动性，具有良好的成型性和提高铸件表面质量。 3） 确定铸件尺寸精度，改善铸件机械性能。提高压铸生产率。 4） 降低模具热交变应力，提高模具使用寿命。 3.3 抽芯机构的设计 由于该压铸件的两侧面,有两个直径为30的孔径,所以考虑到其成型以及脱模的因素,这里选用斜销两侧抽芯机构来方便该压铸件的成型与脱模。抽芯机构如图3.4所示 图3.4 斜抽芯机构 1．螺栓 2.垫圈 3.弹簧 4.滑块 5.斜销 6.螺钉 7.限位块 8.侧型芯 9.动模套板 10.定模套板11.楔紧块 12.螺钉 13.销钉 这里采用的斜销抽芯的结构形式为“T”型滑块结构，该结构稳定可靠，为最常用形式。 3.4 复位机构的设计 在压铸的每一个工作循环中，推出机构推出铸件后，否必须准确的恢复到原来的位置。这个动作通常是借助复位杆来实现的，并用挡钉作最后定位，使推出机构在合模状态下处于准确可靠的位置。这里采用的复位杆。 3.5 推出机构的设计 压铸模中是铸件从模具的成形零件中脱出的机构，称为推出机构。推出机构一般设置于动模上。推出机构一般由推出元件（如推杆、推管、卸料板、成型推块、斜滑块等）、复位元件、限位元件、导向元件结构元件组成。在这里推出机构选用较为常用的推杆推出机构。 4 压铸工艺流程 4.1 模具的预热 压铸模在使用前要预热到一定的温度，预热的作用有两个方面：其一是避免高温液体金属对冷压铸模的“热冲击”，以延长压铸模使用寿命。其二是避免液体金属在模具中因激冷而很快失去流动性，使铸件不能顺利充型，造成浇不足、冷隔、“冰冻”等缺陷，或即使成型也因激冷增大线收缩，引起铸件产生裂纹或表面粗糙度增加等缺陷。此压铸模的预热温度，查表：模具的预热规范铝合金压铸件压铸模的预热温度在 180～200℃之间 。 4.2 模具的工作温度 在连续生产中，压铸模温度往往升高，尤其是压铸高熔点合金时，温度更高很快。温度过高除产生液体金属粘型外。还可能出现铸件因来不及完全凝固、推出温度过高而导致变形、模具运动部件卡死等问题。同时过高的压铸模温度会使铸件冷却缓慢，造成晶粒粗大而影响其力学性能。因此在压铸模温度过高时，应采取冷却措施，将模具工作温度控制在一定范围内。查表：不同压铸合金的压铸模工作温度[1]，得出这副模具的连续工作保持温度在200～220℃之间。其浇注温度为680～700℃。 4.3压铸用涂料 在压铸过程中，为了避免压铸模与铸件粘合，减少顶出铸件时的摩擦阻力和避免压铸模过分受热。对型腔壁面、型芯表面、模具和机器的摩擦部分等所喷涂的润滑材料和稀释剂的混合物，通称为压铸涂料。对压铸涂料的谨慎选用与合理的喷涂操作是保证铸件质量，提高压铸模寿命的一个重要因素。 查表：压住用涂料及配制方法[1]。选用胶体石墨作为这副模具的压铸涂料。 2教材例题 零件实体图 模具模块开模示意图 动模 定模 参 考 文 献 [1] 模具实用技术丛书编委会.压铸模设计应用实例[M].北京:机械工业出版社,2004. [2] 潘宪曾.压铸模设计手册(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2006. [3] 屈华昌.压住工艺与模具设计【N】.北京：机械工业出版社,2008.. 《压铸成型工艺与模具设计》设计任务书 题目 一 壳体压铸件 技术条件： 1.未注铸造圆角为R1；2.未注公差为IT14级；3.脱模斜度为1；4.材料为YL102。 题目：二 支座压铸图 技术条件：1、材料为YL102（铝硅合金）。 2、未注铸造圆角为R2。 3、未注公差为IT1级。 题目（三） 上盖压铸件图 技术条件：1、材料为YL102（铝硅合金）。2、未注铸造圆角为R2。3、未注公差为IT14级。 题目（四） 衬套铸件图 技术条件：1、材料为YL102（铝硅合金）。2、未注铸造圆角为R１。3、未注公差为IT14级。 16