《金屬壓鑄工藝與模具設計》第9章壓鑄模成型零部件與.ppt

第9章壓鑄模成型零部件與模體設計,（時間：3次課，6學時）,第9章壓鑄模成型零部件與模體設計,壓鑄模是由成型零件和結(jié)構(gòu)零件組成的。模具結(jié)構(gòu)中構(gòu)成型腔的零件稱為成型零件。模具所必要的其他零部件統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)零部件。,第9章壓鑄模成型零部件與模體設計,9.1成型零件結(jié)構(gòu)設計9.2壓鑄模模體設計與計算,9.1成型零件結(jié)構(gòu)設計,9.1.1成型零件結(jié)構(gòu)形式9.1.2鑲拼式結(jié)構(gòu)設計要點9.1.3成型零件的固定9.1.4成型零件結(jié)構(gòu)尺寸9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1成型零件結(jié)構(gòu)設計,壓鑄模成型零件主要是指鑲塊和型芯。一般澆注系統(tǒng)、溢流與排氣系統(tǒng)也在成型零件上加工而成。這些零件直接與金屬液接觸，承受著高速金屬液流的沖刷和高溫、高壓作用。成型零件的質(zhì)量決定了壓鑄件的精度和質(zhì)量，也決定了模具的壽命。,9.1.1成型零件結(jié)構(gòu)形式,成型零件在結(jié)構(gòu)上可分為整體式和鑲拼式兩種。1整體式結(jié)構(gòu)模具成型部分直接在模板上加工而成，如圖9.1所示。這種結(jié)構(gòu)的成型零件強度、剛度好，不易變形，鑄件外觀沒有模具鑲拼痕跡和披縫，表面光潔平整，結(jié)構(gòu)緊湊，模具外形小，便于設置冷卻水通道。但加工困難。整體式結(jié)構(gòu)一般用于型腔較淺的小型單腔模，結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高和壓鑄合金熔點較低的模具以及鑄件批量小不需進行熱處理的模具。2鑲拼式結(jié)構(gòu)模具成型部分的型腔、型芯是由鑲塊鑲拼而成。鑲塊裝入動、定模套板內(nèi)加以固定，構(gòu)成動、定模型腔，這種結(jié)構(gòu)在壓鑄模中廣泛應用。鑲拼式結(jié)構(gòu)的復雜型腔表面可用機械加工代替鉗工操作，簡化加工工藝，提高模具制造質(zhì)量；可以合理使用優(yōu)質(zhì)鋼材，降低成本；型腔局部結(jié)構(gòu)改變或損壞時，更換、修理方便；拼接處的適當間隙有利排氣。但鑲拼式增加裝配工作量和難度，拼縫處易產(chǎn)生披縫，既影響鑄件外表質(zhì)量，又增加除去披縫的工作量，模具的熱擴散條件也變差了。鑲拼式結(jié)構(gòu)一般用于型腔較深或較大的模具、多腔模具及成型表面比較復雜的模具。鑲拼式結(jié)構(gòu)又分為整體鑲塊式(圖9.2(a)和組合鑲塊式(見圖9.2(b)。整體鑲塊式應用較廣，幾乎已屬標準化，它具有整體式的優(yōu)點，強度、剛度好，不易變形，鑄件上無拼縫溢流痕跡，節(jié)省優(yōu)質(zhì)鋼材。,9.1.1成型零件結(jié)構(gòu)形式,圖9.1整體式結(jié)構(gòu),9.1.1成型零件結(jié)構(gòu)形式,9.1.2鑲拼式結(jié)構(gòu)設計要點,設計鑲塊、型芯應符合如下要求：(1)便于機械加工。如圖9.3(a)所示結(jié)構(gòu)加工困難，如圖9.3(b)所示結(jié)構(gòu)則加工方便。(2)避免銳角和薄壁，以免在模具加工、熱處理及壓鑄件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生變形和裂紋。如圖9.4(a)所示兩個型芯全鑲拼，加工雖較簡單，但型芯之間的鑲塊壁很薄，強度較差，易出現(xiàn)材料熱疲勞，熱處理后易變形和產(chǎn)生裂紋。改為如圖9.4(b)所示結(jié)構(gòu)，鑲塊強度高，使用壽命長。如圖9.5(a)所示中鑲塊邊緣A處有銳角影響鑲塊壽命，改為如圖9.4(b)所示結(jié)構(gòu)則鑲塊強度高。(3)鑲拼間隙處的披縫方向與脫模方向應一致，以免影響脫模。如圖9.5(a)所示鑲拼形式會在鑄件上產(chǎn)生與脫模方向不一致的披縫，如圖9.5(b)所示結(jié)構(gòu)披縫不影響脫模。(4)提高鑲塊、型芯與模板相對位置的穩(wěn)定性。如圖9.6(a)所示型芯細長一端固定，穩(wěn)定性差，易彎曲甚至斷裂。如圖9.6(b)所示型芯兩端固定就避免上述問題。(5)鑲塊、型芯應便于維修、更換。,9.1.2鑲拼式結(jié)構(gòu)設計要點,9.1.2鑲拼式結(jié)構(gòu)設計要點,9.1.2鑲拼式結(jié)構(gòu)設計要點,9.1.2鑲拼式結(jié)構(gòu)設計要點,9.1.3成型零件的固定,成型零件安裝時與相關構(gòu)件應有足夠的穩(wěn)定性，還要便于加工和裝拆。1鑲塊的固定鑲塊通常裝在模具的套板內(nèi)并加以固定。套板分通孔和盲孔兩種，因而固定的形式有所不同，但都要求固定時保持與相關零件的穩(wěn)定性和可靠性，以及便于加工和裝拆。(1)對盲孔的套板，鑲塊用螺釘直接緊固在套板上(見圖9.7)。該形式多用于圓形鑲塊或型腔較淺的模具。非圓形鑲塊只適用于單腔模具。(2)對通孔的套板，用臺階壓緊鑲塊或直接用螺釘將鑲塊和座板緊固。臺階固定形式如圖9.8所示，多用于型腔較深或一模多腔的模具，以及對于狹小的鑲塊不便于用螺釘緊固的模具。無臺階式則是鑲塊與支承板(或壓板)直接用螺釘緊固(見圖9.9)。若動、定模都是通孔的，則動模及定模上鑲塊安裝孔的形狀和大小應該一致，以便于組合加工，容易保證動、定模的同軸度，防止壓鑄件錯位。2型芯的固定型芯大多采用臺階式的固定方式。型芯靠臺階固定在鑲塊、滑塊或動模套板內(nèi)，制造和裝配都很方便(見圖9.10)。此外，也可采用螺釘式(見圖9.11)、螺塞式(見圖9.12)、銷釘式(見圖9.13)等。3螺紋型芯與螺紋型環(huán)螺紋型芯和螺紋型環(huán)是分別用來成型壓鑄件內(nèi)螺紋和外螺紋的。壓鑄件的螺紋部分脫模有在模內(nèi)進行，亦有在模外手工進行。模外手工脫模時，螺紋型芯或螺紋型環(huán)與模體不固定連接，壓鑄成型后，將螺紋型芯或螺紋型環(huán)與壓鑄件一起從模內(nèi)推出，在模外手工將它們分開。合模成型前，再將螺紋型芯或螺紋型環(huán)放入模內(nèi)，也就是說它們是活動的鑲件。圖9.14是活動螺紋型芯在模內(nèi)的安裝形式。圖9.15是活動螺紋型環(huán)的安裝。4鑲塊、型芯的止轉(zhuǎn)當圓柱形鑲塊或型芯的成型部分有方向性時，為了保持動、定模鑲塊和其他零件的相對位置，必須采用止轉(zhuǎn)措施。常用的止轉(zhuǎn)形式是采用銷釘止轉(zhuǎn)和平鍵止轉(zhuǎn)(見圖9.16和圖9.17)。銷釘止轉(zhuǎn)形式加工方便，應用范圍較廣，但因接觸面小，經(jīng)多次拆卸后裝配精度會下降，而平鍵止轉(zhuǎn)形式因接觸面大故精度較高。,9.1.3成型零件的固定,圖9.7鑲塊在盲孔套板中的固定形式,9.1.3成型零件的固定,圖9.8通孔套板臺階固定,9.1.3成型零件的固定,圖9.9通孔套板無臺階式,9.1.3成型零件的固定,圖9.10型芯固定形式,9.1.3成型零件的固定,圖9.11螺釘固定型芯,9.1.3成型零件的固定,圖9.12螺塞固定型芯,9.1.3成型零件的固定,圖9.13銷釘固定型芯,9.1.3成型零件的固定,圖9.14活動螺紋型芯的安裝,9.1.3成型零件的固定,9.1.3成型零件的固定,圖9.16銷釘止轉(zhuǎn)形式,9.1.3成型零件的固定,圖9.17平鍵止轉(zhuǎn)形式,9.1.4成型零件結(jié)構(gòu)尺寸,鑲塊、型芯非成型部分的尺寸稱成型零件結(jié)構(gòu)尺寸。1鑲塊的結(jié)構(gòu)尺寸鑲塊結(jié)構(gòu)尺寸主要包括鑲塊壁的厚度、鑲塊底的厚度、臺階的高度及寬度等。(1)鑲塊壁厚尺寸推薦值見表9.1。表中型腔的邊長L及深度尺寸H1是對整個型腔側(cè)面的大部分面積而言的，對不規(guī)則的型腔中的一些小的凸塊與凹坑忽略不計。鑲塊壁厚尺寸S與型腔的側(cè)面積(LH1)成正比。對幾何形狀復雜、型腔深度H1較小而套板又采用通孔結(jié)構(gòu)的情況，鑲塊高度應與套板厚度一致。,9.1.4成型零件結(jié)構(gòu)尺寸,9.1.4成型零件結(jié)構(gòu)尺寸,9.1.4成型零件結(jié)構(gòu)尺寸,9.1.4成型零件結(jié)構(gòu)尺寸,9.1.4成型零件結(jié)構(gòu)尺寸,9.1.4成型零件結(jié)構(gòu)尺寸,9.1.5成型零件成型尺寸計算,成型零件的成型尺寸是指成型零件中直接決定壓鑄件幾何形狀的尺寸，又稱成型零件工作尺寸。1成型尺寸分類成型尺寸主要可分為：型腔尺寸(包括型腔徑向尺寸和深度尺寸)、型芯尺寸(包括型芯徑向尺寸和高度尺寸)、成型部分的中心距和位置尺寸、螺紋型芯尺寸和螺紋型環(huán)尺寸等五類尺寸。為方便成型尺寸計算，對其作了一些規(guī)定：壓鑄件尺寸偏差的正負符號應按鑄件在機械加工或修整、磨損過程中的尺寸變化趨向而定。模具成型部分制造偏差的正負符號應按成型部分在機械加工或修整、磨損過程中的尺寸變化趨向而定。當零件在機械加工過程中，按圖紙設計基準順序，尺寸趨向于增大的偏差符號為“+”；尺寸趨向減小的偏差符號為“-”；尺寸變化趨向穩(wěn)定的偏差為“”，如中心距離、位置尺寸。(1)型腔類尺寸在計算中采用單向正偏差，它們在加工、磨損后尺寸增大。型芯類尺寸在計算中采用單向負偏差，它們在加工、磨損后尺寸減少。與之相應，壓鑄件外形尺寸采用單向負偏差，內(nèi)腔尺寸采用單向正偏差。模具上的中心距與磨損無關，采用雙向等值正、負偏差，壓鑄件上中心距尺寸也同樣采用雙向等值正、負偏差。(2)凡是有脫模斜度的各類成型尺寸，首先應保證與鑄件圖上所規(guī)定尺寸的大小端的部位一致。如鑄件圖上未明確規(guī)定尺寸的大小端的部位時，則視鑄件尺寸是否留有加工余量而定(見圖9.18)。對無加工余量的鑄件尺寸，以保證鑄件裝配時不受阻礙為原則，對留有加工余量的鑄件尺寸，以保證切削加工時有足夠的加工余量為原則。故作如下規(guī)定：無加工余量的鑄件尺寸(見圖9.18(a)：型腔尺寸以大端為基準，另一端按脫模斜度相應減小；型芯尺寸以小端為基準，另一端按脫模斜度相應增大；螺紋型環(huán)、螺紋型芯成型部分的螺紋外徑、中徑及小徑尺寸均以大端為基準。兩面留有加工余量的鑄件尺寸(見圖9.18(b)：型腔尺寸以小端為基準；型芯尺寸以大端為基準。單面留有加工余量的鑄件尺寸(見圖9.18(c)：型腔尺寸以非加工面的大端為基準，加上斜度值及加工余量，另一端按脫模斜度值相應減?。恍托境叽缫苑羌庸っ娴男《藶榛鶞?，減去斜度值及加工余量，另一端按脫模斜度值相應增大。一般鑄件的尺寸公差應不包括因脫模斜度而造成的尺寸誤差。,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,(3)在計算與分型面垂直且有關聯(lián)的壓鑄件尺寸時，往往要將計算后的尺寸加以修正。因為在壓射時，分型面會有脹開的趨勢，脹開的大小與壓鑄件在分型面上投影面積、金屬液的充填壓力及鎖模力的大小有關。在一般情況下，脹開的數(shù)值在0.050.2mm之間，所以在計算這一類型腔尺寸時，將計算結(jié)果減小0.050.2mm，同時適當提高制造精度。2影響壓鑄件精度的因素壓鑄件尺寸精度受壓鑄件本身結(jié)構(gòu)及合金材料、壓鑄工藝、壓鑄模設計制造、壓鑄機性能等多方面的影響。確定成型尺寸時，應綜合考慮各影響因素。(1)壓鑄件收縮率的影響壓鑄過程中，合金的凝固收縮是影響壓鑄件尺寸精度的主要因素。對合金冷卻收縮的規(guī)律和收縮量掌握得越全面越準確，則計算出成型尺寸準確程度越高。合金收縮過程可分三個階段。第一階段是液態(tài)收縮。由于金屬液的過熱度(超過液相線的溫度)一般都不高，所以這一階段的收縮值不大。第二階段是金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的凝固收縮。這階段的收縮值雖大，但因這個階段是在模具中完成的，受模具限制，自由收縮很困難，其收縮值在壓鑄件總收縮值中占的比例也不是最大。第三階段是壓鑄件隨模冷卻到開模脫出的固態(tài)收縮。開始收縮仍在模具中，脫模后便處于自由收縮狀態(tài)。這階段收縮值的大小根據(jù)壓鑄件脫模時的溫度而定。壓鑄件脫模溫度越高，收縮值越大。形狀簡單的、壁厚較厚的壓鑄件收縮值比復雜的薄壁壓鑄件收縮值大。此外，收縮率在同一鑄件的各個部位可能是不同的。如壓鑄件包住型芯的徑向尺寸收縮率小于軸向尺寸收縮率。又如在模具中處于模溫較高部位的收縮率就要大些。,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,(4)模具結(jié)構(gòu)及壓鑄工藝影響對于同一個壓鑄件，分型面選取不同，壓鑄件在模具中的位置就不同，壓鑄件上同一部位的尺寸精度就有差異。另外，選用活動型芯還是固定型芯，抽芯部位及滑動部位的形式與配合精度對壓鑄件在該部位的尺寸精度也有影響。在壓射過程中，采用較大的壓射比壓時，有可能使分型面脹開而出現(xiàn)微小的縫隙，因而從分型面算起的尺寸將會增大。涂料涂刷的方式、涂料涂刷的量及其均勻程度也會影響壓鑄件尺寸精度。,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.1.5成型零件成型尺寸計算,9.2壓鑄模模體設計與計算,9.2.1壓鑄模模體設計9.2.2動定模套板邊框厚度計算9.2.3動模支承板厚度計算9.2.4動定模座板設計9.2.5導向機構(gòu)設計,9.2壓鑄模模體設計與計算,壓鑄模模體是將鑲塊、型芯、抽芯機構(gòu)和導向機構(gòu)等加以組合和固定，使之成為模具，并能安裝在壓鑄機上進行生產(chǎn)的部分。模體包括動定模套板、支承板、動定模座板及合模導向機構(gòu)等。,9.2.1壓鑄模模體設計,壓鑄模模體設計時應根據(jù)使用要求綜合考慮其結(jié)構(gòu)及鑲塊布置。1模體結(jié)構(gòu)對模體結(jié)構(gòu)有如下要求。(1)模體應有足夠的強度和剛度，在模具使用中不破壞、不變形。(2)型腔的脹模力中心應盡可能接近壓鑄機合模力的中心，以防壓鑄機受力不均造成鎖模不嚴。(3)鑲塊到模體邊緣的模面上需留有足夠的部位設置導柱、導套、銷釘、緊固螺釘。當鑲塊為組合式時，模體邊緣的寬度應進行驗算。對設有抽芯機構(gòu)的模具，模邊框應滿足滑塊導滑長度和設置楔緊塊的要求。(4)推出機構(gòu)受力中心要求與壓鑄機的推出裝置基本一致。當推出機構(gòu)偏心時，應加強推板導柱的剛度，以保證推板推出時平穩(wěn)。(5)模體不宜過重，以便裝卸、修理和搬運，并減輕壓鑄機負荷。模體上要設置吊運的吊環(huán)或螺孔。(6)連接模板用的緊固螺釘和定位銷釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量應根據(jù)受力大小選取，位置分布要均勻。,9.2.1壓鑄模模體設計,2鑲塊設計原則鑲塊是型腔的基體，在成型加工后經(jīng)熱處理鑲?cè)胩装鍍?nèi)。設計鑲塊時應考慮以下幾點：(1)一模多腔生產(chǎn)同一種鑄件的模具，一個鑲塊上只宜布置一個型腔，以利于機械加工和減少熱處理變形的影響，也便于鑲塊在制造和壓鑄生產(chǎn)中損壞時進行更換。(2)一模多腔生產(chǎn)不同種類壓鑄件的模具，不應將壁厚、體積和復雜程度相差很多的各種鑄件布置在一副模具內(nèi)(尤其是鑄件質(zhì)量要求較高時)，以避免同一個工藝參數(shù)不適應不同鑄件的要求。(3)凡經(jīng)金屬液流經(jīng)的部位(如澆道、溢流槽處)均應在鑲塊范圍內(nèi)。凡受金屬液強烈沖刷的部位，宜設置單獨鑲塊，以備更換。(4)鑲塊的排列應為模體各部位創(chuàng)造熱平衡條件，并留有調(diào)整的余地。(5)鑲塊外形根據(jù)型腔的幾何形狀來確定，一般為圓形、方形和矩形，以便于套板孔加工。3鑲塊在分型面上的基本布置形式壓鑄模鑲塊在分型面上的布置按壓鑄機類型不同而有如下幾種：(1)熱壓室或立式冷壓室壓鑄機壓鑄模的鑲塊布置見圖9.22。,9.2.1壓鑄模模體設計,9.2.1壓鑄模模體設計,9.2.1壓鑄模模體設計,9.2.2動定模套板邊框厚度計算,9.2.2動定模套板邊框厚度計算,9.2.2動定模套板邊框厚度計算,9.2.2動定模套板邊框厚度計算,9.2.2動定模套板邊框厚度計算,9.2.2動定模套板邊框厚度計算,9.2.3動模支承板厚度計算,9.2.3動模支承板厚度計算,9.2.3動模支承板厚度計算,9.2.3動模支承板厚度計算,9.2.4動定模座板設計,壓鑄模是通過動定模座板將動模與定模分別安裝在壓鑄機上的。1定模座板設計定模座板與定模套板構(gòu)成壓鑄模定模部分的模體。由于定模座板與壓鑄機上的定模安裝板貼緊，一般不作強度計算，其厚度根據(jù)壓鑄機型號在表9.9中選取。,9.2.4動定模座板設計,9.2.4動定模座板設計,9.2.4動定模座板設計,定模座板上的孔D(見表9.9)是壓鑄模在壓鑄機上安裝時的定位孔，澆口套安放在此。安裝模具時，壓鑄機壓室端面或噴嘴端面與模具上的澆口套端面相吻合，設計時要精確計算模具上澆口套與壓室或噴嘴之間的配合尺寸。定模座板上要留出安裝壓板或緊固螺釘?shù)奈恢?表9.9圖中雙點劃線到輪廓線的距離，取3060mm)?？梢匝刈逅闹芰舫鑫恢茫部梢栽谙鄬Φ膬蛇吜舫鑫恢?，以便將定模壓緊固定在壓鑄機上，雙點劃線處可以是定模座板的外形尺寸。當定模套板上安裝鑲塊的孔是盲孔，即以定模套板替代定模座板時，仍然需要留出安裝壓板或緊固螺釘?shù)奈恢谩?動模座板、墊塊的設計動模座板與墊塊一起構(gòu)成模座。模座與動模套板、動模支承板及推出機構(gòu)組成壓鑄模動模部分模體。墊塊是支承模體承受機器壓力的構(gòu)件。墊塊的一端與動模的支承板相連，另一端則緊固在壓鑄機的動模安裝板上。墊塊的兩端在壓鑄生產(chǎn)過程中承受壓鑄機的鎖模力，在推出鑄件時又承受較大的推出反力，因此墊塊與動模模板的緊固形式必須穩(wěn)固可靠。在模體較小的情況下墊塊還可以用來調(diào)整模具的總厚度，滿足最小壓鑄模厚度(壓鑄機的參數(shù))的要求。墊塊還應滿足推出機構(gòu)和推出行程的要求。模座的基本形式有角架式、積木式和整體式三種。角架式模座結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、質(zhì)量輕、節(jié)省材料，適用于小型模具(見圖9.28(a)。積木式模座由墊塊和動模座板組合而成，使用較普遍，適用于中小型模具(見圖9.28(b)。整體式模座是整體鑄出的，強度、剛度都較高，適用于大中型模具(見圖9.28(c)。,9.2.4動定模座板設計,9.2.5導向機構(gòu)設計,導向機構(gòu)的作用：一是導向作用，引導動模按規(guī)定的方向移動，以保證在安裝和合模時動模運動方向準確。二是定位作用，保證動定模兩大部分之間精確對合，從而保證壓鑄件形狀和尺寸精度，并避免模具內(nèi)各種零件發(fā)生碰撞。最常用的導向機構(gòu)由導柱、導套組成。1導柱的結(jié)構(gòu)和尺寸導柱的典型結(jié)構(gòu)如圖9.29所示。其中A型導柱適用于簡單模具和小批量生產(chǎn)的模具。B型導柱固定部位尺寸與導套外徑一致，便于加工，能保證精度，適用于壓鑄件精度要求高及生產(chǎn)量大的模具。,9