壓鑄模具設計畢業(yè)設計說明書

目錄第一章 壓鑄合金與壓鑄件的設計 .31.1 壓鑄合金 .31.1.1 工件的材料性能 .31.1.2 工件注意事項 .31.2 壓鑄件的設計 .41.2.1 鑄孔的設計 .41.2.2 脫模斜度的設計 .51.2.3 齒輪的設計 .5第二章 壓鑄機的選用與壓鑄工藝 .62.1 壓鑄機的分類和特點 .62.1.1 壓鑄機的分類 .62.1.2 壓鑄機的特點 .62.2 壓鑄機的型號及主要參數(shù) .62.3 壓鑄機的選用 .72.3.1 壓鑄機的基本參數(shù)選擇 .72.3.2 計算壓鑄機的鎖模力 .72.3.3 壓室容量的校核 .92.4 壓鑄工藝 .102.4.1 壓射壓力的選擇 .102.4.2 充填速度的選擇 .112.4.3 壓鑄時間的選擇 .11第三章 分型面、澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)設計 .133.1 壓鑄模的結構組成 .133.2 分型面的設計 .143.2.1 分型面的類型 .143.2.2 分型面的選擇原則 .143.2.3 澆注系統(tǒng)設計 .153.2.4 溢流與排氣系統(tǒng)的設計 .16第四章 成型零件與模架設計 .184.1 成型零件的結構設計 .184.2 成型零件的成型尺寸的計算 .184.3 模架的設計 .204.4 加熱與冷卻系統(tǒng)設計（該模具不采用加熱冷卻系統(tǒng)，略） .20第五章 抽芯結構設計 .21參考文獻 .22附錄（翻譯） .23摘要隨著我國與國際接軌腳步的不斷加快，市場競爭的日益加劇， ，人們開始越來越認識到產品食量、成本和新產品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一，模具制造技術現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。壓力鑄造簡稱金屬壓鑄。它是通過將熔融的液態(tài)金屬注入壓鑄機的壓室，運用壓射沖頭的運動，是液態(tài)金屬在高壓力的作用的，高速通過模具的澆注系統(tǒng)填充型腔，在壓力下結晶并迅速冷卻凝固形成鑄件的一種高效率的少、無切削金屬的成型工藝。壓鑄的起源說法不一，應該講是從半永久和永久型的發(fā)展中分支出來的。最早是用來制備青銅類的生活器皿，錢幣等，后來發(fā)展為用金屬型來制備簡單的武器，比如青銅箭頭。在 1822 年，威廉姆.喬奇(Wiliam Church)制造出了一臺鉛字的鑄造機，展示出了壓鑄工藝巨大的生產潛力。在1839 年，一種活塞式壓鑄機獲得了第一個壓力壓鑄專利。1927 年捷克人 Jesef Pfolak 設計了立式冷室壓鑄機，壓鑄技術有了一個很大的進步，使得鋁、鎂、銅等合金均可采用壓鑄生產。從目前來看，壓鑄工藝已經(jīng)得到了廣泛的應用，成為汽車、電氣儀表等領域許多零件的非常重要的生產手段。未來壓鑄生產主要是向著自動化、智能化方向發(fā)展。關鍵詞：壓力鑄造、金屬鑄造、自動化、智能化。第一章 壓鑄合金與壓鑄件的設計1.1 壓鑄合金壓鑄合金是壓鑄生產的要素之一，要生產優(yōu)良的壓鑄件，除了要零件的結構合理、壓鑄模的設計完善和壓鑄機的工藝性能優(yōu)越外，還需要有性能良好的合金。1.1.1 工件的材料性能該課題的壓鑄件的材料為：鑄造鋅合金，鋅合金的主要特性如下:1） 鋅合金擁有很好的壓鑄性能，結晶的溫度范圍小，不易于產生疏松；容易充填成型；澆注溫度較低，模具使用壽命長；不容易黏附模具型壁；鑄件精度一般都較高；電磁屏蔽性能優(yōu)越等特點。于此同時，它的力學性能也比較高，特別是抗壓與耐磨性能很好。2） 鋅合金鑄件能夠很好的接受各種表面處理，尤其是電鍍，所以在壓鑄的發(fā)展史中，鋅合金壓鑄占有了相當重要的地位。壓鑄鋅合金雖經(jīng)過了許多年的發(fā)展并且取得了顯著成效，但任然備受人們的關注，顯示出其巨大的應用發(fā)展?jié)摿?。同時在一些無高溫強度要求的情況下，鋅合金壓鑄件是銅合金等壓鑄件的有力競爭者。通過對鋅合金的壓鑄件進行氧化處理獲得古銅色的外觀，是鋅合金藝術鑄件的一大突破，它們可以和銅藝術鑄件相媲美。3） 鋅合金的最嚴重的缺點就是老化現(xiàn)象，它是鋅合金應用范圍受到限制的主要原因。鋅合金零件的工作溫度一般是不能超過 100 攝氏度的。嚴格的控制鋅合金原材料的純度和熔煉工藝過程，在合金中添加少量的 Mg 和適量的 Cu，可以減輕或者消除老化現(xiàn)象以及改善切削加工性能。1.1.2 工件注意事項1） 鋅合金與鋁、銅、鎂和塑料相比具有成本低和較高的抗磁場干擾能力。鋅加熱到 450 是非常具有破壞性的，其結果可能會是增加了鑄件的廢品率和對壓鑄模造成損傷。在壓鑄機的噴嘴區(qū)域通常為了減少凝結，加熱的溫度一般要超過 450 ，故澆口套就要冷卻至相對應的溫度，以及要減小噴嘴與澆口套的接觸面積，一般均為線接觸。2） 生產鋅壓鑄件的缺點是過高的模具磨損、鑄件會有氣泡和鑄件的粗糙度達不到要求。如果噴嘴中的熔體溫度超過 450 ，或者熔體中的含鐵量太高了，就會產生這些缺陷。3）如果鑄件的尺寸精度要求高，鑄件還需要進行熱處理(本設計中的鑄件不需要進行熱處理)1.2 壓鑄件的設計壓鑄件的設計是壓鑄生產技術過程中間首先會遇到的工作。合理壓鑄件的機構不僅能夠簡化壓鑄模具的結構，降低制造成本，于此同時也還能夠改善壓鑄件的質量。1.2.1 鑄孔的設計能夠較好的鑄出較深的小孔是壓鑄工藝的一個特點。對于一些精度要求不是特別高的孔，可以不用再進行機械加工就鞥直接使用，從而節(jié)省了金屬和機械加工工時。壓鑄件的孔一般是指構成了局部部位的孔（例如穿越壁厚而存在的孔） ，其中又以裝配連接用的圓孔較多，如圖 1-1。 零件上的被壓鑄出來的孔，其直徑與其深度具有一定的關系，一般較小的孔只能壓鑄較淺的深度。一般情況下，孔徑不小于 2.00mm，孔的深度不大于孔徑的 48 倍，孔間距在 110mm 以上。故設計該工件的各個孔的孔徑以及孔深如圖 2-1 所示。側孔直徑為 8mm，孔深為 5mm；底孔直徑為 8mm，孔深為10mm；盲孔的直徑為 22mm，孔深為 15mm。圖 1-1 壓鑄件圖1.2.2 脫模斜度的設計為了方便壓鑄件脫出模具的型腔和型芯，防止表面的劃傷，延長模具的壽命，壓鑄件應該有合理的脫模斜度脫模斜度的大小取決于壓鑄件的壁厚以及合金種類。壓鑄件的壁厚越厚，合金對型芯的包緊力也就越大，脫模斜度也就越大。合金的收縮率越大，其熔點越高，脫模斜度也就越大。此外，壓鑄件的內表面或孔的脫模斜度要比外表面的大。在允許范圍內，宜采用較大的脫模斜度，用以減小所需的推出力或者抽芯力。確定脫模斜度時可以參考表 1-1。表 1-1 脫模斜度配合面的最小脫模斜度 非配合面的最小脫模斜度合金 外表面 內表面 外表面 內表面 鋅合金 10 15 15 45鋁、鎂合金 15 30 30 1銅合金 10 10 10 10故工件的脫模斜度分別取為:外表面 ，內表面10 15。1.2.3 齒輪的設計壓鑄齒輪的最小模數(shù)可按照表 1-2 選取，其脫模斜度按照表 1-1 中的內表面的值來選取，對有些要求高的齒輪，齒面應留有 0.20.3 的加工余量。表 1-2 壓鑄齒輪的最小模數(shù)壓鑄合金類型 鋅合金 鋁、鎂合金 銅合金最小模數(shù) 0.3 0.5 1.5根據(jù)實際情況，選取齒輪模數(shù)為 m=2.5，故而齒輪 z= -2 =8。 第二章 壓鑄機的選用與壓鑄工藝壓鑄機是壓鑄生產過程中最為基本的設備，是壓鑄生產中提供能源和選擇最佳的壓鑄工藝參數(shù)的條件，同時也是獲得優(yōu)良壓鑄件的技術保證。在設計壓鑄模時，首先應該選擇合適的壓鑄機，為了使壓鑄生產的正常進行和獲得優(yōu)質鑄件得到保證，必須使所選擇的壓鑄機的技術規(guī)格以及其性能能符合壓鑄件客觀的要求。相反的，如果壓鑄機已經(jīng)確定了，那么所設計的壓鑄模就必須要滿足壓鑄機的規(guī)格和性能的要求。2.1 壓鑄機的分類和特點 2.1.1 壓鑄機的分類壓鑄機一般按照壓室的受熱條件不同分為冷壓室壓鑄機（簡稱為冷室壓鑄機）和熱壓室壓鑄機（簡稱為熱室壓鑄機）兩大類。冷室壓鑄機又因為壓室和模具放置的位置和方向不同分為臥式、立式和全立式三種。2.1.2 壓鑄機的特點熱室壓鑄機的結構通常都比較簡單，操作方便，生產效率較高，工藝穩(wěn)定，鑄件的夾雜物少，且質量好。但是由于壓室和壓射沖頭長時間浸泡在金屬液中，容易產生黏結和腐蝕，影響模具的使用壽命，且壓室更換不方便，因此它通常用于壓鑄鋅合金、鉛合金以及錫合金等熔點較低的合金。又因其生產效率高，金屬液體純度高及溫度波動范圍小，故而近年來還擴大應用于壓鑄鎂、鋁合金鑄件。冷室壓鑄機有其獨特的優(yōu)點：壓力大，能壓鑄較大的有色金屬以及黑色金屬鑄件；它的缺點就是: 熱量損失大，操作比較煩瑣，并且上產效率不如熱室壓鑄機高。2.2 壓鑄機的型號及主要參數(shù)目前，國產的壓鑄機都已經(jīng)標準化了，其型號主要反映了壓鑄機的類型和合模力大小等基本參數(shù)。壓鑄機的型號是用漢語拼音字母和數(shù)字組成的。如前面的字母 J 表示金屬型鑄造設備，JZ 則表示自動壓鑄機。字母后面的第一位數(shù)字表示的是冷室壓鑄機或者是熱室壓鑄機:1 表示冷室，2 表示為熱室。第二位數(shù)字表示的是壓鑄機的結構:1 表示為臥式壓鑄機，2 表示為立式壓鑄機。第二位以后的數(shù)字表示的是最大合模力的 1/100KN，在型號的后面加有A、B 、 C、D、. 等字母的時候，表示經(jīng)過了幾次改型設計。由于該工件的材料為鋅合金，選用的是熱室壓鑄機，可以參考表 2-1 選取壓鑄機的參數(shù)。表 2-1 熱室壓鑄機基本參數(shù)模具厚度合模力 壓射力最小/最大動模行程頂出力頂出行程壓射位置一次金屬澆入量標準壓室直徑空循環(huán)周期kN kN mm mm kN mm mm kg mm s630 50 150/350 250 60 0 1.2 60 41000 70 150/450 300 80 80 0/ 50 2.5 70 51600 90 200/500 350 100 100 0/ 60 3.5 80 62500 120 250/650 400 140 120 0/ 80 5 90 74000 150 300/750 450 180 150 0/100 7.5 100 82.3 壓鑄機的選用2.3.1 壓鑄機的基本參數(shù)選擇在實際的生產過程中，并不是每一臺壓鑄機都是能夠滿足壓鑄各種產品的需要，而是要依照具體的情況來進行選擇的。在選用壓鑄機的時候應該考慮以下兩個方面的問題。首先，應該考慮壓鑄件的不同的品種和批量。在組織多品種的小批量的生產時，一般都選用液壓系統(tǒng)簡單的、適應性強的和能快速調整的壓鑄機。如果組織的是少品種大量生產時，則應該選用配備各種機械化和自動化控制機構的搞效率的壓鑄機。對于單一的品種的大量生產時，可以選用專用壓鑄機。其次，應該考慮壓鑄件的結構和工藝參數(shù)。壓鑄件的外形尺寸、質量、壁厚和工藝參數(shù)的不同，對壓鑄機的選用有重大的影響。根據(jù)鎖模力選用壓鑄機是一種傳統(tǒng)的并被廣泛的采用的方法，而壓鑄機的型號就是根據(jù)合模力的大小來定義的。2.3.2 計算壓鑄機的鎖模力在壓鑄過程中，金屬液體以及其高的速度充填壓鑄模的型腔，在充滿壓鑄模的型腔的瞬間和增壓的階段，金屬液體收到了很大的壓力，此力作用在壓鑄模的各個方向上，力圖使壓鑄模沿著分型面脹開，故而將它稱為脹型力。為了使之不被脹型力脹而鎖緊在壓鑄模的力稱為鎖模力。為了防止壓鑄模被脹開，鎖模力要比脹型力在合模方向上的合力大，其計算公式為=K( ) (2-1) 鎖 主 +分式中 壓鑄機應有的鎖模力，N;鎖K安全系數(shù)， K=1.25；主脹型力，N;主分脹型力，N。分主脹型力的計算公式為=Ap (2-2)主式中 主脹型力，N；主P壓射壓力，pa；A壓鑄件在分型面上面的投影面積， ，多腔模則為各腔投影面積2之和，一般另加 30%作為澆注系統(tǒng)與溢流排氣系統(tǒng)的面積。當有側向抽芯機構組成側向的活動型芯成型壓鑄件時，金屬液體充滿型腔產生的壓力 ，作用在側向活動星系你的成型面上從而使型芯后退，故而常常反使用楔緊塊斜面來鎖緊與活動型芯連接的滑塊，此時，在楔緊塊斜面上就會產生法向的分力，這個法向的分力既是分脹型力，其值為各個型芯所產生的法向力之和。斜銷抽芯以及斜滑塊抽芯的分脹型力的計算公式為( ) (2-3)分 =芯 式中 分脹型力，N；分P壓射壓力，Pa；側向活動型芯成型端面的投影面積， ;芯 2楔緊塊的楔緊角， （） 。根據(jù)表 2-2、圖 2-1 可以得到= - ）50 1.3=380KN主 （ 2122 106= 50 45=2.5KN分 芯 106故而可以知道=K( )=1.25（390KN+2.5KN）=478.125KN 鎖 主 +分查閱壓鑄模設計師手冊，選擇 J216 型熱室壓鑄機 (由上海強晨壓住機械有限公司提供資料)。其主要參數(shù)可以參考表 2-3。圖 2-1 模具的側抽芯結構表 2-2 各種壓鑄合金選用的計算壓射 （MPa）鑄件壁厚3mm合金結構簡單 結構復雜 結構簡單 結構復雜鋅合金 30 40 50 60鋁合金 35 45 55 60鋁鎂合金 35 45 50 60鎂合金 40 50 60 70銅合金 50 60 70 80表 2-3 J216 型熱室壓鑄機主要參數(shù)名稱 主要參數(shù) 名稱 主要參數(shù)合型力/KN 630 液壓頂出器頂出力/KN 50拉桿內間距（水平 ）垂直 320 320 液壓頂出器行程/mm 60拉桿直徑 60 最大金屬澆注兩/Kg 1.4（鋅）動型座板行程/mm 250 一次空循環(huán)時間/s 4壓鑄型壁厚（最小-最大/mm） 150-400 管路工作壓力/Mpa 8壓射位置/mm