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課程設計說明書 課程名稱： 壓鑄工藝及模具設計 題 目： “#######”壓鑄工藝與模具設計 學 院： 機電工程 系： 材料加工 專 業(yè)： 材料成形與控制工程 班 級： 材成##### 學 號： ############# 學生姓名： ####### 起訖日期： 2012.12.10~12.28 指導教師： 李 克 職稱： 教授 審核日期： 1 設計前準備工作 1 1.1 零件分析 1 1.2 初步確定設計方案 1 2 壓鑄件工藝分析 2 2.1 壓鑄合金工藝分析 2 2.2 壓鑄件工藝分析 2 2.3 分型面的選擇 2 3 澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設計 4 3.1 澆注系統(tǒng)的設計 4 3.2 排溢系統(tǒng)的設計 6 3.2.1溢流槽的設計要點 6 3.2.2溢流槽位置的選擇 6 4 壓鑄模結構設計 8 4.1 壓鑄機的選擇 8 4.1.1 確定模具分型面上鑄件的總投影面積 8 4.1.2 確定壓射比壓 9 4.1.3根據鑄件的材料、結構、壁厚： 9 4.2 型腔和型芯尺寸的設計 9 4.3 鑲塊、型芯、模板的設計 11 4.3.1 鑲塊的設計 11 4.3.2 模板的設計 12 4.4 導柱、導套的設計 13 4.5 推出機構、復位機構的設計 14 5壓鑄模總裝技術要求 15 5.1結構零件的公差和配合 15 5.2壓鑄?？傃b技術要求 15 5.3壓鑄模的材料選擇和熱處理 15 6 壓鑄工藝流程 17 參考文獻 18 1 設計前準備工作 1.1 零件分析 金屬壓鑄成型是將熔融的金屬液在較高的壓力下，以高速的填充入壓鑄模型腔，并使金屬液在高壓狀態(tài)下凝固而形成金屬壓鑄件的過程。它是目前所有金屬鑄造成型方法中效率最高的一種。隨著金屬壓鑄成型技術的發(fā)展，金屬壓鑄成型技術與塑料注射成型、金屬板的沖壓成型并列為三大成型體系。金屬壓鑄成型的顯著特點是：可以成型形狀復雜、壁薄的有色金屬結構件，是一種高效率、高精度、高互換性、低消耗的精密零件成型技術。 金屬壓鑄成型的過程是將熔融的金屬液注入壓鑄機的壓室，在壓射沖頭的高壓作用下，高速度地推動金屬液經過壓鑄模具的澆注系統(tǒng)，注入并充滿型腔，通過冷卻、結晶、固化等過程，成型相應的金屬壓鑄件。 1.2 初步確定設計方案 1、此鑄件的材料為ZL102，應在適當?shù)臏囟认铝鲃有暂^好是澆注，使能充滿型腔。 2、鑄件的精度為6級，采用壓力鑄造的方法能達到此精度。 3、確定壓鑄工藝及模具制造能力。 4、確定壓鑄模結構（包括型腔數(shù)目，模板的尺寸設計，導柱、導套盡量使用國標能縮短制造周期，以及采用型芯、型腔鑲塊節(jié)約貴重金屬）。 5、模具設計是要留收縮率尺寸。 2 壓鑄件工藝分析 2.1 壓鑄合金工藝分析 鋁合金具有良好的壓鑄性能，導電性和導熱性都很好。鋁合金的密度小比強度和比剛度高是其突出的優(yōu)點。鋁合金的高溫力學性能也很好，在低溫下工作是同樣保持良好的力學性能，且鋁合金熔鑄工藝簡單，成形和切削加工性能良好，有較高的力學性能和耐蝕性，但在熔煉的時，鋁液要在溶劑保護下進行熔煉和保溫，以防合金液吸氣和產生氧化夾雜物。 2.2 壓鑄件工藝分析 為了從根本上防止壓鑄件產生缺陷，比以低成本，連續(xù)不斷地生產高質量的壓鑄件，必須使壓鑄件的結構適合于壓鑄。主要對鑄件的壁厚、圓角、筋、出型斜度，孔，螺紋、加工余量、文字、標志、圖案等進行分析。 對次鑄件壁厚均勻適合壓鑄。鑄件本身有斜度且能減少出型時與型壁的摩擦。鑄件邊緣有孔且與型芯方向一致，所以在鑄造時鑄出。鑄件上有螺紋與型芯方向垂直，不宜在鑄造時鑄出，且螺紋的鑄造模具加工時相當?shù)睦щy，所以螺紋在鑄件鑄出后進行加工。 1）該壓鑄件尺寸比較小，一般精度等級，為降低設計難度和設計周期，應采一模一腔，且需要對壓鑄件去除澆口廢料。 2）為了節(jié)約成本和方便加工與熱處理，型腔型芯均采用鑲塊式結構。 3) 零件的密度為2.65，重量約為25.94g。 4) 為了提高生產效率并且考慮到鋁合金的熔點,選用冷室臥式壓鑄機用鑄模。 2.3 分型面的選擇 在分型面選擇的時候有兩種方案： 首先考慮模具起模時，鑄件留在動模上，所以有（圖1）所視Ⅰ與Ⅱ兩種方案。 方案Ⅰ：方案Ⅰ容易起模，易使鑄件留在動模上，起模方便，適合本鑄件的起模方式。 方案Ⅱ：易留在定模上，不適合。 綜上所述，選用方案Ⅰ，分型面形式見圖（1）。 （圖1）零件圖 3 澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設計 3.1 澆注系統(tǒng)的設計 經過對鑄件的結構分析，鑄件是板件，對澆注系統(tǒng)的選擇可選擇側澆口，在澆注時金屬液從型腔側面導入，然后自下而上推向進型腔，有利于金屬液的充填和排氣。澆注系統(tǒng)的結構見（圖2）。 （圖2）鑄件圖 對澆注系統(tǒng)尺寸的選擇 如（圖3） L2+3L1 h2>2h h3=2L1 （圖3）橫澆道與內澆口和鑄件之間的連接方式 H鑄件平均壁厚為2.7 取h1=1.2；L1=2；h2=4 （圖4）橫澆道尺寸 根據鑄件結構和尺寸，b取3.5，h取4。 3.2 排溢系統(tǒng)的設計 3.2.1溢流槽的設計要點 （1）正確布置溢流槽在模具中的位置 1）是金屬液在橫澆道內或進入型腔后最先沖擊的部位。 2）是受金屬液沖擊型芯后面或多股金屬液相匯合處容易產生渦流裹氣或氧化夾雜的部位。 3）是金屬液最后充填的部位。 4）是型腔溫度較低的部位。 5）內澆口兩側或其他金屬液不能直接充填的死角部位。 6）其他需控制局部金屬液流動狀態(tài)以消除疵病的部位。 （2）溢流槽的溢流口總截面積應小于內澆口的總截面積。 （3）采用多個單獨的溢流槽要比一個同等容積的溢流槽，更容易控制從壓鑄件周圍任何部分外流的金屬液。 （4）根據溢流槽的作用確定其容積。 3.2.2溢流槽位置的選擇 溢流槽位置的選擇應遵循如下的原則： （1）溢流槽應開設在金屬液最先沖擊的部位，排除金屬液流前頭的氣體和冷污金屬液，穩(wěn)定流態(tài)狀態(tài)，減少渦流。 （2）溢流槽應開設在兩股金屬液流會和的地方，清除集中于該處的氣體、冷污金屬液和冷料殘渣等。 （3）溢流槽應開設在內澆口兩側或金屬液不能順利充填的死角區(qū)域，起到引流充填的作用。 （4）溢流槽應開設在壓鑄件局部壁厚的地方，并且增大其容量和溢流口的厚度，以便將氣體。夾渣和縮松轉移到該處，改善壓鑄件厚壁處的質量。 （5）溢流槽應開設在金屬液昨晚充填的地方，以改善模具的熱平衡狀態(tài)和充填排氣條件。 （6）溢流槽應的開設應防止壓鑄件的變形，并要求不影響壓鑄件的外觀。 在排溢系統(tǒng)設計，因為此鑄件是中心澆口澆注，澆注是有利于排氣和充填，所以只需在分型面設置排氣在澆注的槽，這樣便可充滿。溢流槽可不設，在試模的時候如出現(xiàn)因渦流引起的缺陷時，或者是出現(xiàn)逐漸末段出現(xiàn)收縮變形可增設溢流槽，具體位置與尺寸如（圖5）。 （圖5）溢流槽 4 壓鑄模結構設計 4.1 壓鑄機的選擇 合理的選擇壓鑄機，設計壓鑄模時，應熟悉壓鑄機的特性和技術規(guī)格，通過必要的設計計算，合理的選擇壓鑄機。 計算脹型力：鎖模力是表示壓鑄機最基本參數(shù)，其作用是克服壓鑄充填時的脹型力，使模具分型面不致張開，故設計壓鑄模時，首先確定脹型力的大小來選擇壓鑄機，當壓鑄機的鎖模力大于脹行力，則可認為該壓鑄機可以使用。 鎖模力和脹型力的關系式見式（1）： …………………………………………（1） ——壓鑄時的反壓力； ——作用與滑塊楔緊面上的法向反壓力； ——安全系數(shù)。 反壓力的計算： = ——鑄件總投影面積 P ——壓射比壓 4.1.1 確定模具分型面上鑄件的總投影面積 投影面積見公式（2） ΣF=F鑄+F澆+F余+F溢（厘米2）……………………………………………….（2） F鑄——鑄件在分型面上的投影面積； F澆——澆道內澆口在分型面上的投影面積； F余——余料在分型面上的投影面積； F溢——溢流槽在分型面上的投影面積。 4.1.2 確定壓射比壓 4.1.3根據鑄件的材料、結構、壁厚： 選450～600公斤/厘米2 此件選用壓射比壓為500 公斤/厘米2 根據要求選擇J1113A型臥室冷室壓鑄機。 壓室為D=40mm 4.2 型腔和型芯尺寸的設計 型腔尺寸計算見公式（3）：Y+a=(Y0+KY0-n△)+a…………………………………（3） 型芯尺寸計算見公式（4）：Y-a=(Y0+KY0+n△)-a ……………………………….（4） Y0——鑄件的公稱尺寸； n ——補償和磨損系數(shù)。取n=0.7； △——鑄件偏差；（如 表1） a ——模具成型部分的制造偏差；（如 表1） K ——壓鑄件的計算收縮率。（如 表2） 表1 按鑄件公差所推薦的模具制造公差（GB6級） 公稱尺寸 1～3 3～6 6～10 10～18 18～30 30～50 50～80 △ 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.170 0.200 a 0.012 0.016 0.020 0.024 0.028 0.034 0.040 表2 鑄件計算收縮率推薦值 收 縮 條 件 阻礙收縮 混合收縮 自由收縮 計 算 收 縮 率（%） 鋁合金 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～1.0 型腔成型尺寸計算：(單位：mm) （圖6）鑄件成型尺寸標號 型腔尺寸 1、77+0.200→77.32+0.040 2、27+0.140→27.06+0.028 3、14+0.120→14.00+0.024 4、12+0.120→11.99+0.024 型腔深度尺寸 5、13+0.120→12.99+0.024 6、7+0..100→6.97+0.020 7、6+0.100→5.97+0.020 型芯尺寸 8、73-0.200→73.58-0.040 9、9-0.100→9.06-0.020 10、5.5-0.080→5.59-0.016 11、23.5-0.140→23.74-0.028 型芯高度尺寸 12、3.5-0.080→3.58-0.016 13、6-0.100→6.12+0.020 4.3 鑲塊、型芯、模板的設計 4.3.1 鑲塊的設計 為了節(jié)約貴重金屬，所以在與金屬液接觸的部分制作成鑲塊，型芯，型腔按照上述尺寸才用H13制造，澆道與金屬液接觸部分也有H13制作成鑲塊。 （圖7）鑲塊尺寸 如（圖7）所示，具體尺寸如下：(單位：mm) h=30 C=3.5 H=8 H2=20 4.3.2 模板的設計 模板設計是要合理，能使模具制造出來安裝在所選的壓鑄機上。并且要滿足：H行程≥H1+H2+b+a H行程壓鑄機開模行程; H1動模零件高度; H2定模零件高度; b鑄件澆道總厚度; a取件時鑄件與動、定模之間的最小距離。 1)套板尺寸： 套板的壁厚根據鑲塊的尺寸來確定，取套板的壁厚為75mm 2)動模支撐板厚：選擇20mm 3)推桿固定板的尺寸： 根據壓鑄機的型號選，厚為20（單位：mm） 4)模座的設計： ①定模座板：根據套板尺寸選為 （單位：mm） ②動模墊塊與座板：具體尺寸如（圖9）所示 （圖9）積木式模座 4.4 導柱、導套的設計 尺寸如（圖10）所示 （圖10）導柱與導套 4.5 推出機構、復位機構的設計 根據零件的具體結構，選擇推桿推出方式為推桿推出，推桿的總數(shù)為5。 推桿形式見圖（11） （圖11）復位桿、推桿結構 在合模時需要有復位機構，所以設置復位桿，且直徑為12mm，個數(shù)為4。 5壓鑄模總裝技術要求 5.1結構零件的公差和配合 壓鑄模是高溫條件下進行工作，因此在選擇結構零件的極限和配合時，不僅要求在室溫下達到一定的裝配精度，而且要求在工作溫度下確保各結構件的穩(wěn)定性，動作可靠性，特別是金屬液直接接觸的部位，在充填過程中受到高壓、高速、高溫金屬液的沖擦和熱交變應力作用時，結構件在位置上所產生偏移以及間隙的變化，都會影響生產的正常運行。 結構零件的公差和配合主要考慮： ①結構零件軸與孔的配合和精度； ②結構零件的軸向配合； ③未注公差尺寸的極限偏差； ④形位公差。 5.2壓鑄?？傃b技術要求 壓鑄模總裝技術要求包括： ①壓鑄模裝配圖上需注明的技術要求； ②壓鑄模外形和安裝部位的技術要求； ③總體裝配精度的技術要求。 5.3壓鑄模的材料選擇和熱處理 壓鑄模型腔直接和高溫、高壓和高速充填的金屬液接觸，在短時間內溫度變化很大，所以壓鑄模的工作環(huán)境十分惡劣，因此對壓鑄模材料的選擇應慎重。壓鑄模主要零件的材料選用及熱處理要求見表7-1 表7-1 壓鑄模的材料選擇和熱處理方法 6 壓鑄工藝流程 （圖11）壓鑄工藝流程圖 參考文獻 [1]《壓鑄模及壓鑄工藝課程設計指導書》 黃勇編 沈陽理工大學材料學院 2005 [2]鑄造手冊—特種鑄造. 王君卿編 機械工業(yè)出版社， 2002 [3]模具實用技術叢書編委會. 壓鑄模設計應用實例 機械工業(yè)出版社， 2005 [4] 《壓鑄模設計手冊》編寫組. 壓鑄模設計手冊. 機械工業(yè)出版社. 1981 [5] 孫保純. 現(xiàn)代壓鑄技術. 東北大學出版社， 1996 [6]《壓鑄模具工程師手冊》 姜銀方、股衛(wèi)星主編， 機械工業(yè)出版社， 2009 [7]《鑄造手冊》.《鑄造工藝5》中國機械工程學會鑄造分會 編，北京-機械工業(yè)出版社，2004.05 [8]《壓鑄工藝與模具設計》 楊裕國主編， 機械工業(yè)出版社， 2000