锌合金压铸模具的设计与开发

第一章绪论1111实习目的12实习企业概况13实习內容概述第二章模具设计制造2121铸件工艺性分析211铸件立体图及工程图212铸件分型面确定213浇注位置的确定22压铸成型过程221卧式冷室压铸机结构222压铸成型过程23浇注系统设计231带浇注系统铸件立体图24压铸模具的总体结构设计第三章模具成型零件结构设计3131成型零件设计概述32浇注系统成型零件设计33铸件件的加工余量第四章推出机构和模体设计4141推出机构设计411推出机构概述412推杆设计413推板导向及限位装置设计414复位机构设计415推出、复位零件的表面粗糙度、材料及热处理后的硬度42模体设计421模体设计概述422模板导向的尺寸和构件材料选择43模具工作过程模拟第五章总结51参考文献致谢附件锌合金压铸模具的设计与开发摘要压铸是一种利用高压强制将金属熔液压入形状复杂的金属模内的一种精密铸造法，是一种精密的铸造方法，经由压铸而铸成的压铸件之尺寸公差甚小，表面精度甚高，从一般的照相机件、打字机件、电子计算器件及装饰品等小零件，以及汽车、机车、飞机等交通工具的复杂零件大多是利用压铸法制造的。压铸模是压铸生产三大要素之一，结构正确合理的模具是压铸生产能否顺利进行的先决条件，并在保证铸件质量方面起着重要的作用。由于压铸工艺的特点，正确选用各工艺参数是获得优质铸件的决定因素，而模具又是能够正确选择和调整各工艺参数的前提，模具设计实质上就是对压铸生产中可能出现的各种因素预计的综合反映。如若模具设计合理，则在实际生产中遇到的问题少，铸件下机合格率高。反之，则产品的质量得不到保证。所以在模具设计时，必须全面分析铸件的结构，熟悉压铸机的操作过程，要了解压铸机及工艺参数得以调整的可能性，掌握在不同情况下的充填特性，并考虑模具加工的方法、钻眼和固定的形式后，才能设计出切合实际、满足生产要求的模具。关键词模具压力铸造锌合金铸件ABSTRACTDIECASTINGISAUSEOFHIGHPRESSUREFORCEDWILLMELTINTOHYDRAULICMETALCOMPLEXSHAPEOFWITHINTHEMETALMOULDAPRECISIONCASTINGMETHOD,ISAPRECISIONCASTINGMETHOD,FORGEDBYDIECASTINGDIECASTINGSIZETOLERANCEOFVERYSMALL,VERYHIGHPRECISIONSURFACE,FROMTHEGENERALCAMERAPIECES,TYPEWRITERPARTS,ELECTRONICCOMPUTINGDEVICESANDDECORATIONS,ANDOTHERSMALLPARTS,ANDCAR,MOTORCYCLE,THEAIRPLANETRAFFICTOOLPARTSOFTHEMOSTCOMPLEXISUSINGDIECASTINGMETHODOFMANUFACTURINGDIECASTINGDIEISONEOFTHREEELEMENTSOFTHECASTINGPRODUCTION,RATIONALMOULDSTRUCTURERIGHTISDIECASTINGTHEPREREQUISITEFORSUCCESS,ANDINQUALITYCASTINGPLAYSANIMPORTANTROLEBECAUSEOFTHECHARACTERISTICSOFTHEDIECASTINGTECHNOLOGY,THEPROCESSPARAMETERSISTHECORRECTCHOICEFORHIGHQUALITYCASTINGDECISIONFACTORS,ANDMOULDISABLETOCORRECTTHEPROCESSPARAMETERSSELECTIONANDADJUSTMENTOFTHEPREMISE,MOULDDESIGNISESSENTIALLYTODIECASTINGPRODUCTIONOFPOSSIBLEISEXPECTEDTOTHECOMPREHENSIVEREFLECTIONOFVARIOUSFACTORSIFTHEMOULDDESIGNISREASONABLE,THENINTHEACTUALPRODUCTIONOFTHEPROBLEMSOFTHELITTLE,CASTINGTHEPLANEQUALIFIEDRATEISHIGHCONVERSELY,THEPRODUCTQUALITYNOTGUARANTEESOINTHEMOLDDESIGN,THECOMPREHENSIVEANALYSISOFTHESTRUCTUREMUSTBECASTING,FAMILIARWITHTHEOPERATIONOFTHECASTINGPROCESS,TOUNDERSTANDTHEDIECASTINGMACHINESANDTHEPROCESSPARAMETERSTOADJUSTTHEPOSSIBILITY,MASTERINTHEDIFFERENTCONDITIONSINTHEFILLINGCHARACTERISTICS,ANDCONSIDERTHEMOULDPROCESSINGMETHOD,DRILLINGEYEANDFIXEDFORM,CANDESIGNAPRACTICALANDMEETTHEPRODUCTIONREQUIREMENTSOFTHEMOLDKEYWORDSDIECASTINGMOLDPESSURECASTINGZINCALLOYCASTINGS第一章绪论11实习目的能够运用课堂上所学到的知识，结合实际情况，达到学以致用。通过在实习单位的两个月的磨练，能够充分意识到社会对学生的要求有哪些方面，需要什么样的态度和心态。通过实习也要能够发现和提高自己的不足之处，巩固所学到的知识，积累经验，迎接未来真正的挑战。12实习企业概况宁波鄞州力兴机械模具厂位于交通便利、经济快速发展的宁波市鄞州区芸江工业区。力兴模具创建于2002年，拥有一批经验丰富的模具专业人才是以各类高难度的铝合金压铸模、锌合金压铸模设计、开发、制造为主的专业模具厂。企业拥有高精度CNC加工中心，配套了数控电火花机、数控线切割机及通用加工设备，提高了制模质量和交货期，同时采用CAD/CAM/CAE技术对模具进行设计制造。企业坚持“树企业形象，抓质量管理，满足顾客的最大期望”为宗旨，积极引进一大批具备优秀品质及丰富模具设计制造经验的技术人才，并全面贯彻实施ISO9001质量体系标准。在国内外客户的大力支持下，得到了更近一步的发展。13实习内容概述刚进企业，技术部的师傅带领我参观了生产车间，初步的讲解了各种零件和模具类型，基本工艺过程，相应的设备。正式工作的时候我参与了车间里面各种基层的工作，包括数控车铣床操作、产品的检验和包装、普车普铣的操作、设备维修、摇臂钻床操作、等工作。12月份初的时候我参与了许师傅等人开发设计的锌合金机盖铸件压铸模具，从中学到了许多课堂中学不到的知识，让我受益匪浅。压铸模具是铸造液态模锻的一种方法，一种在专用的压铸模锻机上完成的工艺。它的基本工艺过程是金属液先低速或高速铸造充型进模具的型腔内，模具有活动的型腔面，它随着金属液的冷却过程加压锻造，既消除毛坯的缩孔缩松缺陷，也使毛坯的内部组织达到锻态的破碎晶粒。毛坯的综合机械性能得到显著的提高。设计的主要内容是锌合金机盖铸件压铸模具设计，主要包括浇注系统和排溢系统，成形零件，推出机构以及模体结构等，其设计步骤如下1设计压铸模具总体结构；2设计浇注系统；3设计成型零件系统；4设计模体、顶出及复位机构。主要设计方法为运用CAD和SOLIDWORKS绘制整个模具的零件图、装配图和立体图。然后对整个模具的工作过程进行模拟以保证其动作过程灵活。第2章压铸模具的整体设计21铸件工艺性分析211铸件立体图及工程图所用零件为锌合金机盖，铸造精度CT5,铸件中心是一个较深的型腔。壳体的底端有4个直径为30MM的小孔，铸件平均壁厚4MM,其立体图如图21，工程图如图22。图21图22212铸件分型面确定压铸模的定模与动模表面通常称为分型面，分型面是由压铸件的分型线决定的。而模具上垂直于锁模力方向上的接合面，即为基本分型面。选择分型面使铸件整体放在定模中，为了保证铸件的同轴度，有利于气体的排出，应选择铸件的最大投影面，同时合模必须要严，减少分型面处产生不易清除痕迹的飞边，还要保证浇注系统的放置。故经过综合考虑选择A线所在的面为分型面。213浇注位子的确定铸件中心有型芯，所以不宜采用中心浇注，因此采用底端浇注，浇注位置选在平台的端面。22铸造成型过程及压铸机选用221卧式冷室压铸机结构卧式冷室压铸机结构基本组成如24图所示此类压铸机的基本结构分为5部分1压射机构主要作用是在高压力下将熔融的金属液压入型腔的压射机构。2合模机构其作用是通过4根轴承的运动带动模具实现压铸模的开启和闭合动作。3顶出机构在压铸件冷却固化成型并开模后，顶出缸驱动压铸模的推出机构，将成型压铸件从模具中顶出。4控制系统控制系统控制柜指令液压系统和机械系统的传动元件，按压铸机压射过程预定的工艺路线和运行程序动作，将液压动作和机械动作有机的结合起来。222压铸成型过程卧式冷室压铸机的压铸成型过程大致分3个步骤，入下图25图25A图过程表示合模后，通过定量勺往压室倒入足量的液体金属；B图过程表示压射冲头在液压缸活塞的带动下，将金属液体压入型腔中；C图过程表示待液态金属冷却结晶后，模具开启，铸件被顶杆推出。23浇注系统设计浇注系统的设计目标是形成良好的充型模式、减少或避免气体卷入、减少动能及热量损失、生产质量合格的压铸件，由于压铸件结构差别，工艺因素较多，浇注系统并无精确的设计规则或计算公式，进行此设计，经验是最重要的。231带烧注系统的铸件立体图铸件立体图如图26所示，溢流槽设于分型面四个对角处，用于有序的排除型腔中的各种杂质。图2624压铸模具的总体结构设计压铸模由定模和动模两个主要部分组成。定模固定在压铸机压室一方的定模座板上，是金属液开始进入压铸模型腔的部分，也是压铸模型腔的所在部分之一。定模上有直浇道直接与压铸机的喷嘴或压室连接。动模固定在压铸机的动模座板上，随动模座板向左、向右移动与定模分开和合拢，一般抽芯和铸件顶出机构设于其内。压铸模具的基本结构及零件通常包括以下五个部分。（1）成型零件部分。在合模后构成成型部分的零件即为成型零件。成型零件包括固定的和活动的镶块与型芯，如图中的镶块、主型芯、小型芯等。有时成型零件还构成浇注系统的一部分，如内浇口、横浇道、溢流口和排气道等。（2）浇注系统。浇注系统是熔融金属由压铸机压室进入压铸模成型空腔的通道，如图中浇口套、浇道镶块以及横浇道、内浇口、排溢系统等。由于成型零件和浇注系统的零件均与高温的金属液直接接触，所以它们应选用经过热处理的耐热钢制造。（3）模体结构。各种模板、座架等构架零件按一定程序和位置加以组合和固定，将模具的各个结构件组成一个模具整体，并能够安装到压铸机上，如图中的垫块、支撑板、动模压板、定模套板、定模座板和动模座板等。导柱和导套是导向零件，又被称为导准零件。它们的作用是引导动模板与定模板在开模和合模时能沿导滑方向移动，并准确定位。（4）顶出和复位机构。将压铸件或浇注余料从模具上脱出的机构，包括推出零件和复位零件，如图中的推杆、推杆固定板和推板。同时，为使顶出机构在移动时平稳可靠，往往还设置自身的导向零件推板导柱和推板导套。为便于清理杂物或防止杂物影响推板的正确复位，还在推板底部设置限位钉。（5）其它。除以上各结构单元外，模具内还有其它用于固定各相关零件的内六角螺栓以及销钉等。第3章模具零件结构设计31模具零件设计概述成型零件是与高温金属液接触的零件，用于形成浇注系统和铸件。成型零件由浇注系统成型零件和铸件成型零件两部分组成。（1）浇注系统成型零件浇道镶块、浇口套，用于形成浇注系统。（2）铸件成型零件型芯用于形成铸件。成型零件的结构形式主要可以分为整体式和组合式两类。1）整体式结构型腔和型芯都由整块材料加工而成，即型腔或型芯直接在模板上加工成型。2）整体组合式结构型腔和型芯由整块材料制成，装入模板的模套内，再用台肩或螺栓固定。3）局部组合式结构型腔和型芯由整块材料制成，局部镶有成型镶块的组合形式。4）完全组合式结构由多个镶拼件组合而成的成型空腔。成型零件直接接触高温、高压、高速的液态金属，受机械冲击、磨损、热疲劳和化学侵蚀的反复作用，热应力和热疲劳导致的热裂纹则是破坏失效的主要原因，所以对成形零件的尺寸精度的要求尺寸精度高34级，对粗糙度的要求比铸件粗糙度高2级。32浇注系统成型零件设计（1）浇口套的结构在浇口套中形成直浇道，选用制造和装卸比较方便，在中小型模具中应用比较广泛常用的。（2）浇口套与压室的连接方式为平面对接，保证同轴度应提高加工精度和装配精度。即平面对接的方式，此类连接便于装卸。（3）浇注系统成型零件的材料和硬度的要求压铸模具的浇注系统成型零件直接与高温、高压、高速填充的液态金属液接触，在短时间内温度变化很大，压铸模的工作环境十分恶劣，因此对浇注系统成型零件材料的选择应慎重。机盖铸件模具设计按国家标准选取的材料为4CR5MOSIV1,热处理要求为4448HRC。33压铸件的加工余量由于铸件具有较为精确的尺寸和良好的铸造表面，所以一般情况下，可以不进行机械加工。同时，由于压铸件内部可能有气孔，所以应尽量避免再进行机械加工。但是，某些部位还是应该进机械加工。如装配表面、装配孔、成型困难没有铸出的一些形状，去除内浇口、溢流口后的多余部分等。关于金属压铸的加工余量，任何加工手册都不会准确的，因为这个都跟模具设计，压铸机器的生产条件及产品结构等等都有关系，一般都是根据实际经验来取这个值的。本次设计由于不需要另外的机械加工，可以不用考虑这个问题。第4章推出机构和模体设计41推出机构设计411推出机构概述开模后，是压铸件从成形零件上脱出的机构称为推出机构。推出机构一般设置在动模部分。推出机构一般由下列部分组成（1）推出元件。直接推动压铸件脱落，如推杆、推管、以及卸料版、成型推块等。（2）复位元件。在合模过程中，驱动推出机构准确地回复到原来的位置，如复位杆、卸料板等。此次设计推杆可以代替复位杆，所有不用做另外的设计。（3）限位元件。调整和控制复位装置的位置，起止退限位作用，并保证推出机构在压射过程中，受压射力作用时不改变位置，如限位钉及挡圈等。（4）导向元件。引导推出机构往复运动的移动方向，并承受推出机构等构件的重量，防止移动时倾斜，如推板导柱和推板导套等。（5）结构元件。将推出机构各元件装配并固定成一体，如推杆固定板和推板以及其它辅助元件和螺栓等连接件。推出机构常按照推出元件的结构特征不同可分为推杆推出、推管推出、卸料板推出、推块推出和综合推出等多种推出形式。412推杆设计（1）推杆的结构采用圆形截面的推杆结构，如图41所示。（2）推杆的固定形式固定形式为整体沉入式，如图42所示。图41图42（3）推杆尺寸及配合推杆的直径是有推杆端面在压铸件上允许承受的受推力决定的，由参考文献查得，其截面积计算公式为PN推FA式中A推杆前端截面积，；推杆承受的总推力推F，N；N推杆数量；P许用受推力。根据参考文献查得，锌合金的许用受推力P为40MPA，推12000N。设计中共使用4个推杆。由截面积计算公式可求出，推杆前端的截面积应不小于75,由于本设计压铸模增加了动模压板，因此推杆较长，为保证推杆的稳定性，将推杆的前端直径选为26MM，配合精度为H7/F7。413推板导向及限位装置设计（1）推板的限位装置选择机构如图43所示，利用限位钉对推板进行精确定位。图43（2）推板的导向采用图44的推板导向机构，将导柱安装在动模压板与动模座板之间，保证了刚性要求，推板导柱尺寸见附录。图44414复位机构设计复位杆的布置采用如图45的复位杆布置，在成型镶块外设置对称的复位杆。图45415推出、复位零件的表面粗糙度、材料及热处理后的硬度（1）零件表面粗糙度根据参考文献，推杆与金属液接触表面粗糙度为，推杆，复位杆和02AR推板导柱配合表面粗糙度为，推板和推板固定板配合表面粗糙度为08AR，其他非工作的非配合表面。08AR63A（2）材料及热处理后硬度导柱,复位杆采用材料T8A，热处理后强度要求为5055HRC，推杆采用4CR2W8,热处理后要求强度为4550HRC,推板和推板固定板采用45钢，热处理要求回火。42模体设计421模体设计概述构成模体的结构件主要包括定模座板、定模板、动模板、动模压板、支承板、垫块、动模座板；导柱、导套。（1）定模座板（45钢）除不通孔的模体结构外，凡通孔的模体结构均应设置定模座板。在设计定模座板时，考虑到以下问题浇口套安装孔的位置与尺寸应与压铸机压室的定位法兰配合。定模座板上应留出紧固螺钉或安装压板的位置。设计后如图45图45（2）定模板（45钢）定模板的主要作用成型镶块、成型型芯以及安装导向零件的固定载体。设置浇口套，形成浇注系统的通道。承受金属液填充压力的冲击，而不产生型腔变形。在不通孔的模体结构中，兼起安装和固定定模部分的作用。设计后如图46图46（3）动模板（45钢）动模板的主要作用是固定成型镶块、成型型芯、浇道镶块以及导向零件的载体。设置压铸件脱模的推出元件，如推杆、推管、卸料板以及复位杆等。设置侧抽芯机构。在不通孔的模体结构中，起支承板的作用。设计后如图47图47（4）动模压板（45钢）动模压板主要作用是在通孔的模体结构中，将成型镶块压紧在动模板内。设计后如图48图48（5）动模支承板（45钢）动模支承板的主要作用是承受金属液填充压力的冲击，而不产生不允许范围内的变形。因此，不通孔的模体结构，有时也可设置支承板。设计后如图49图49（6）模座（45钢）模座是支承模体和模体承受机器压力的构件，其主要作用是1与动模板、动模支承板连成一体，构成模具的动模部分。2与压铸机的动座板连接，并将动模部分紧固在压铸机上。3模座的底端面，在合模时承受压铸机的合模力，在开模时承受动模部分自身重力，在推出压铸件时又承受推出反力。因此，模座应有较强的承载能力。4压铸机顶出装置的作用通道。设计后如图410图410（6）推出板（45钢）推出板包括推杆固定板和推板。在设计推出板时，主要考虑到以下几点1推出板应有足够的厚度，以保证强度和刚度的需要，防止因金属液的间接冲击或脱模阻力产生的变形。2推出板各个大平面应相互平行，以保证推出元件运行的稳定性。设计后如图411图411（7）模块（4CR5MOSIV1）应与带浇注系统的铸件形状相吻合设计后如图412图412422模板导向的尺寸和构件材料选择根据模板导向零件的尺寸和位置得到导柱导滑段直径,D40MM。导柱导滑长度,E170MM。导向位置设置在模板的四个角上。起模槽深度N3MM，便于将动、定模撬开。排气槽C05MM，以消除合模时导向孔内的气体反压力。导柱、导套的材料选用T8A,热处理要求5055HRC,其他零件的材料选用45钢，热处理要求2532HRC。43工作过程模拟利用SOLIDWORKS软件，对铸件的开合模过程进行了模拟，模具的运动过程流畅，零件之间无干涉现象。第5章总结这次技术实习的第一个月，由于对企业的产品和文化不太了解，我被安排在了生产的第一线工作。在做数控车床的操作工时，那些活儿看似简单而轻松的，身体不断的重复着一个动作，是相当的枯燥和烦闷的。但是在工作中遇到的问题还是挺多的，比如说数控编程这一方面，平时在学校里上机模拟编程的时候，感觉都挺简单的，而且自己编得也很熟练，可是在具体的操作中我缺束手无策，编程中的技巧和调试，夹具的安装，车刀的对刀工作等等，对我来讲都是一种考验。在工厂师傅的指导下，种种困难迎刃而解。我们是生长在阳光下的一代，平时的我自由散漫，知难而退，缺乏进取精神，在这一个多月的基层工作中，我学习到的不仅仅是实践经验，更