铝合金轮毂压铸模具设计.doc

x x x x 大 学本科生毕业论文姓 名： xx 学 号： xx 学 院： 专 业： 设计题目： 铝合金轮毂压铸模具设计 专 题： 指导教师： xxx 职 称： xxx 2012 年 6 月 xxxxxx大学毕业设计任务书学院 专业年级 学生姓名 任务下达日期： 毕业设计日期： 毕业设计题目： 毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求：院长签字： 指导教师签字：xxxx大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字：xxxx大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字：xxxx大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要 轮毂是电动自行车上极为重要的行驶部件和安全部件，应具有良好的综合力学性能，在正常行驶过程中不应发生变形和疲劳失效。 近几年来半固态加工技术因其节能、高效、环保式生产以及成型件的高性能等诸多优点，得到了世界各国的广泛关注。半固态铸造成形技术不但综合了铸造成形和锻压成形的优点。而且部分产品的性能会接近甚至于达到锻压产品的性能。因此，采用半固态挤压成形工艺来加工电动自行车轮毂将会是一个新的发展方向。 模具在半固态挤压成型方法中是至关重要的一部分，因此，它的设计和制造成了成品件质量的关键所在。 本文对电瓶车轮毂进行二维造型比较形象的展示轮毂的外形。并主要从电动自行车轮毂的发展状况、铝合金的成型与铸造方法、半固态挤压成型工艺及特点，模具总体方案的选择以及模具结构的设计等方面介绍了轮毂半固态挤压模具的设计。该款轮毂的材料采用了铝合金材料（zl101a），分析了轮毂零件的特点。另外，主要从铸件收缩率、铸型分型面、冒口的设置以及推出机构等几个方面介绍了模具设计的要点。关键词：轮毂 ;半固态挤压 ;模具设计 abstract 目 录一般部分1 绪论11.1压力铸造21.1.1典型的压铸填充理论21.1.2压力铸造的特点21.1.3压铸生产过程简介21.2压铸业发展历史、现状及趋势31.2.1压铸的发展历史21.2.2我国压铸业的发展 21.2.3压铸产业的发展趋势21.3本课题的研究内容及意义41.3.1研究内容61.3.2开展本课题的意义7模具设计专题部分3压铸件设计 103.1压铸件基本结构设计103.1.1壁厚和肋103.1.2铸造和圆角113.1.3起模斜度113.2压铸件结构设计的工艺性113.3压铸件技术要求113.3.1尺寸精度113.3.2表面质量123.3.3机械加工余量134压铸机的选用及相关计算与校核114.1确定压铸机的锁模力134.1.1计算主胀型力104.1.2计算锁模力104.1.3开模行程的核算105半固态挤压模具设计概述115.1半固态挤压模具基本结构135.2分型面的设计155.3浇注系统的设计185.3.1浇注系统的结构与分类185.3.2内浇口的设计195.3.3直浇道的设计195.3.4横浇道的设计195.4排溢系统的设计195.4.1溢流槽的设计205.4.2排气槽的设计205.5模架的设计185.5.1模架的设计原则185.6 模具加热系统设计195.7成形零件的设计195.7.1半固态挤压件的收缩率205.7.2成形部分尺寸的计算205.8推出机构设计18结论与展望37参考文献38翻译部分英文原文40中文译文49致谢59一般部分 1 绪论1.1压力铸造压铸是压力铸造的简称，是一种将处于熔融状态或半熔融状态的金属注入压铸机的压室，在高压力的作用下，以极高的速度充填在压铸模具的型腔内，并在高压下冷却凝固成型而获得铸件的高效益、高效率的精密铸造方法。用该方式成型的铸件，常常成为压铸件。目前压铸所采用的金属主要是各种合金，其中铝合金占比例最高（30%60%），锌合金次之（在国外，锌合金铸件绝大部分为压铸件）。镁合金是近几年国际上比较关注的合金材料，铜合金仅占压铸件总量的1%2%。1.1.1典型的压铸填充理论压铸过程中金属液的填充形态与铸件致密度、气孔率、力学性能和表面粗糙度等质量因素密切相关，在极短的填充瞬间其受到压铸件结构、填充速度、比压、温度、内浇口与压铸件端面厚度之比、合金液的黏度及表面张力、浇注系统的形状等的制约。长期以来人们对此进行广泛的研究，提出了一些论点，但这些论点都是在特定的实验条件下得到的，有一定的局限性，要求人们在应用中具体情况具体分析，使填充理论进一步完善和深化。目前局域代表性的金属充填理论有三种：喷射充填理论、全壁厚充填理论和三阶段充填理论。喷射填充理论该理论是1932年由佛罗梅尔（l.frommer）在矩形截面型腔一端开设浇口，研究锌合金压铸填充过程中得到的。他认为液体金属的填充过程遵循流体力学定律，并且有摩擦和涡流现象；液体金属填充矩形型腔时的运动特性和内浇道截面积与型腔截面积之比有关。佛罗梅尔认为：当液流在速度、压力不变时，保持内浇口截面的形状喷射至对面型壁，成为喷射阶段；由于对面型壁的阻碍，部分金属呈涡流状返回，部分金属向所有其他方向喷射并沿型腔壁由四面向内浇口方向折回，成为涡流阶段。涡流中容易卷入空气及涂料燃烧产生的气体，使压铸件凝固后形成0.11mm的孔洞，降低了压铸件的致密度。全壁厚填充理论该理论是1937年由勃兰特（w.g.brandt）用0.52mm厚的内浇口（且与压铸件厚度之比为0.10.6）研究铝合金压铸填充过程中得到的。勃兰特认为，金属液经内浇口进入型腔后，即扩展至型壁后沿整个型壁截面向前填充，直到充满为止。三阶段填充理论该理论是1944-1952年由巴顿（h.kbarton）提出来的。巴顿认为，填充过程是包含力学、热力学和流体力学因素的复合问题，大致可分为三个阶段。第一阶段：受内浇口截面限制的金属射入型腔后，首先冲击对面型壁，沿型腔表面向各方向扩展，并形成压铸件表面的薄壳层，在型腔转角处产生涡流。第二阶段：后续金属液沉积在薄壳层内的空间里，直至填满，凝固曾逐渐向内延伸，液相逐渐减少。第三阶段：金属液完全充满型腔后，与浇注系统和压室构成一个封闭的水力学系统，在压力作用下，补充熔融金属，压实压铸件。以上是早期的三种典型的填充理论。由于压铸过程中，压铸件的填充是在极短的时间内完成的，并且过程是不连续的，变化迅速，压铸件是不透明的，因而不可能直接观察到压铸件内填充过程。此外，填充过程还与压射工艺参数、压铸件和内浇道的形状及两者截面积之比、压铸合金的性能等因素有关。因此，对填充理论一直存在着不同的看法。1.1.2压力铸造的特点高压力和高速度是压铸中熔融合金充填成型过程的两大特点，也是压铸与其他铸造方法最根本的区别所在。压铸中常用的压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，有时甚至高达500mpa。其充填速度一般在0.570m/s范围内，它的充填时间很短，一般为0.010.2s，最短的仅为千分之几秒。因此，利用这种方法生产的产品有着其独特的优点。可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件。其压铸出的最小壁厚：锌合金为0.3mm；铝合金为0.5mm。铸出孔最小直径为0.7mm。铸出螺纹最小螺距0.75mm。对于形状复杂，难以或不能用切削加工制造的零件，即使产量小，通常也采用压铸生产，尤其当采用其他铸造方法或其他金属成型工艺难以制造时，采用压铸生产最为适宜。铸件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。铸件的尺寸精度为it12it11面粗糙度一般为3.20.8m，最低可达0.4m。因此，个别压铸件可以不经过机械加工或仅是个别部位加工即可使用1黄。压铸的主要优点是：(1)铸件的强度和表面硬度较高。由于压铸模的激冷作用，又在压力下结晶，因此，压铸件表面层晶粒极细，组织致密，所以表面层的硬度和强度都比较高。压铸件的抗拉强度一般比砂型铸件高25%30%，但收缩率较低。(2)生产率较高。压力铸造的生产周期短,一次操作的循环时间约5 s3 min ,这种方法适于大批量生产。虽然压铸生产的优势十分突出，但是，它也有一些明显的缺点：(1)压铸件表层常存在气孔。这是由于液态合金的充型速度极快，型腔中的气体很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中。因此，一般压铸件不能进行热处理，也不宜在高温条件下工作。这是由于加热温度高时，气孔内的气体膨胀，导致压铸件表面鼓包，影响质量与外观。同样，也不希望进行机械加工，以免铸件表面显露气孔。(2)压铸的合金类别和牌号有所限制。目前只适用于锌、铝、镁、铜等合金的压铸。而对于钢铁材料，由于其熔点高，压铸模具使用寿命短，故钢铁材料的压铸很难适用于实际生产。至于某一种合金类别，由于压铸时的激冷产生剧烈收缩，因此也仅限于几种牌号的压铸。(3)压铸的生产准备费用较高。由于压铸机成本高，压铸模加工周期长、成本高，因此压铸工艺只适用于大批量生产21.1.3压铸生产过程简介图1 压铸工艺过程流程图1.2压铸业发展历史、现状及趋势1.2.1压铸的发展历史压铸始于19世纪，其最初被用于压铸铅字。早在1822年，威廉姆乔奇（willam church）博士曾制造一台日产1.22万铅字的铸造机，已显示出这种工艺方法的生产潜力。1849年斯图吉斯（j. j. sturgiss）设计并制造成第一台手动活塞式热室压铸机，并在美国获得了专利权。1885年默根瑟（mersen-thaler）研究了以前的专利，发明了印字压铸机，开始只用于生产低熔点的铅、锡合金铸字，到19世纪60年代用于锌合金压铸零件生产。压铸广泛应用于工业生产还只是上世纪初，用于现金出纳机、留声机和自行车的产品生产。1904年英国的法兰克林（h. h. franklin）公司开始用压铸方法生产汽车的连杆轴承，开创了压铸零件在汽车工业中应用的先例。1905年多勒（h. h. doehler）研制成功用于工业生产的压铸机、压铸锌、锡、铜合金铸件。随后瓦格纳（wagner）设计了鹅颈式气压压铸机，用于生产铝合金铸件。这种压铸机是利用压缩空气推送铝合金经过一个鹅颈式通道压入模具内，但由于密封、鹅颈通道的粘咬等问题, 这种机器没有得到推广应用。但这种设计是生产铝合金铸件的第一次尝试。20世纪20年代美国的kipp公司制造出机械化的热室压铸机，但铝合金液有浸蚀压铸机上钢铁零部件的倾向，铝合金在热室压铸机上生产受到限制。1927年捷克工程师约瑟夫波拉克（jesef pfolak）设计了冷压室压铸机，由于贮存熔融合金的坩锅与压射室分离，可显著地提高压射力，使之更适合工业生产的要求，克服了气压热压室压铸机的不足之处，从而使压铸技术向前迈出重要一步3。20世纪50年代大型压铸机诞生，为压铸业开拓了许多新的领域。随着压铸机、压铸工艺、压铸型及润滑剂的发展，压铸合金也从铅合金发展到锌、铝、镁和铜合金，最后发展到铁合金，随着压铸合金熔点的不断增高而使压铸件应用范围也不断扩大4。1.2.2我国压铸业的发展我国压铸工业在近半个世纪的发展中有了长足的进步。作为一个新兴产业，其每年都以8%12%的良好势头快速发展。目前，我国拥有压铸厂点及相关企业2600余家，压铸机近万台，年产压铸件50余万吨。其中铝压铸件占67.0%、锌压铸件31.2%、铜压铸件1.0%、镁压铸件0.8%。我国的压铸厂点及相关企业中，压铸厂点2000余家，占企业总数的80%以上，压铸机及辅助设备企业、模具企业、原辅材料企业近398家，占13.7%，科研、大专院校、学会等其他单位合计112个，占总数的3.8%5。压铸机生产方面，我国约有压铸机生产企业20多个，年生产能力超过1000台，压铸机的供应能力很强。其中的中小型压铸机的质量较好，大型压铸机、实时控制的高性能的压铸机仍需进口，2000吨以上的压铸机正在研制中5。种种情况表明，中国的压铸产业已经相当庞大。但是，与压铸强国相比，中国的压铸业还有着较大的差距。中国压铸企业的规模较小，企业素质不高，技术水平落后，生产效率较低。虽然与美国、日本等压铸先进国家相比，我国压铸件的生产占有一定的数量优势，但我国压铸企业以小型工厂为主，因此在管理水平和工作效率上，较之有很大的差距。另外，虽然我国生产的中小型压铸机质量较好，但大型压铸机、实时控制的高性能的压铸机仍需进口，每年进口压铸机100台以上6。由此可见，我国不能算作压铸强国，只能是压铸大国。近年来，由于中国工业的迅速发展，压铸产业已经逐渐向很多市场迈进。以中国的轿车工业压铸市场为支柱，中国的压铸业已经向摩托车行业、农用车行业、基础设施建设市场、玩具市场、家电产业等多个方向快速拓展，其势头方兴未艾7。1.2.3压铸产业的发展趋势 由于整个压铸过程都是在压铸机上完成，因此，随着对压铸件的质量、产量和扩大应用的需求，开始对压铸设备提出新的更高的要求，传统压铸机已经不能满足这些要求，因此，新型压铸机以及新工艺、新技术应运而生。例如，为了消除压铸件内部的气孔、缩孔、缩松，改善铸件的质量，出现了双冲头（或称精、速、密）压铸；为了压铸带有镶嵌件的铸件及实现真空压铸，出现了水平分型的全立式压铸机；为了提高压射速度和实现瞬时增加压射力以便对熔融合金进行有效地增压，以提高铸件的致密度，而发展了三级压射系统的压铸机。又如，在压铸生产过程中，除装备自动浇注、自动取件及自动润滑机构外，还安装成套测试仪器，对压铸过程中各工艺参数进行检测和控制。它们是压射力、压射速度的显示监控装置和合型力自动控制装置以及电子计算机的应用等8。以下介绍的便是压铸行业中出现的新工艺技术。(1)真空压铸真空压铸是利用辅助设备将压铸型腔内的空气抽除且形成真空状态，并在真空状态下将金属液压铸成形的方法。其真空度通常在380600毫米汞柱的范围内，可以通过机械泵获得。而对于薄壁与复杂的铸件，真空度应该更高。由于型腔抽气技术的圆满解决，真空压铸在20世纪50年代曾盛行一时，但后来应用不多。目前，真空压铸只用于生产要求耐压、机械强度高或要求热处理的高质量零件，其今后的发展趋向是解决厚壁铸件和消除热节部位的缩孔，从而更有效地应用于可热处理和可焊接的零件。真空压铸的特点是：显著减少了铸件中的气孔，增大了铸件的致密度，提高了铸件的力学性能，并使其可以进行热处理。消除了气孔造成的表面缺陷，改善了铸件的表面质量。可减小浇注系统和排气系统尺寸。由于现代压铸机可以在几分之一秒内抽成需要的真空度，并且随着铸型中反压力的减小，增大了铸件的结晶速度，缩短了铸件在铸型中的停留时间。因此，采用真空压铸法可提高生产率10%20%.采用真空压铸时，镁合金减少了形成裂纹的可能性（裂纹时镁合金压铸时很难克服的缺陷之一，经常发生在型腔通气困难的部位），提高了它的力学性能，特别是可塑性。（2）充氧压铸国外在分析铝合金压铸件的气泡时发现，其中气体体积分数的90%为氮气，而空气中的氮气体积分数应为80%，氧气的体积分数为20%。这说明气泡中部分氧气与铝液发生了氧化反应。因此出现了充氧压铸的新工艺9。充氧压铸是消除铝合金压铸件气孔，提高铸件质量的一个有效途径。所谓充氧压铸是在铝液充填型腔，用氧气充填压室和型腔，以置换其中的空气和其他气体，当铝金属液充填时，一方面通过排气槽排出氧气，另一方面喷散的铝液与没有排除的氧气发生化学反应而产生三氧化二铝质点，分散在压铸件内部，从而消除不加氧时铸件内部形成的气孔。这种三氧化二铝质点颗粒细小，约在1m以下，其重量占铸件总重量的0.1%0.2%,不影响力学性能，并可使铸件进行热处理10。（3）精速密压铸精速密压铸是一种精确地、快速的和密实的压铸方法，又称套筒双冲头压铸法。国外在20世纪60年代中期开始在压铸生产中应用这一方法。精密速压铸法在很大程度上消除了气孔和缩松这两种压铸件的基本缺陷，从而提高了压铸件的使用性能，扩大了压铸件的应用范围。（4）半固态压铸半固态压铸是当金属液在凝固时，进行强烈的搅拌，并在一定的冷却速率下获得50%左右甚至更高的固体组分浆料，并将这种浆料进行压铸的方法。半固态压铸的出现，为解决钢铁材料压铸模寿命低的问题提供了一个方法，而且对提高铸件质量、改善压铸机鸭舌系统的工作条件，都有一定的作用，所以是用途的一种新工艺11。1.3本课的研究内容及意义1.3.1研究内容在该模具设计中，主要完成以下任务：1）完成铝合金轮毂压铸模具设计的装配图及零件图。2）要求该压铸模具具有温度控制功能，通过温度控制影响凝固过程，以取得减少内应力的效果。1.3.2开展本课题的意义模具是压铸件生产的主要工具，因此在设计模具时应尽量注意使模具总体结构及模具零件结构合理，安全可靠，便于制造生产，压铸模浇排系统需合理设计。模具的加工、装配要到位，配合需适当，压铸模具的优化也是一个重要方面。压铸模具的优良程度很大程度上取决浇注系统以及排溢系统的设计。压铸生产中，因为模具浇道形状、浇口与排溢口位置及压铸力等控制参数选择不合理导致压铸件缩孔、冷隔或者气孔等缺陷的情况常有出现。而对浇道和排溢口的形状、大小、位置以及压铸机压射工艺参数经过优化后可以大大减少这些缺陷3。综上所述，压铸模具的合理设计对于生产出高质量的铸件具有重要意义。模具设计专题部分3 挤压件设计 铸件的结构设计是半固态挤压生产中首先遇到的工作，其设计的合理性和工艺适用性直接影响到后续工作的顺利进行。设计的半固态挤压件除了要满足使用要求之外，还要满足成形工艺要求，并且还要尽可能的做到模具结构简单、生产成本低，以获得设计本身的工艺性、可制造性、经济性、合理性。3.1挤压件的基本结构设计 挤压件的基本结构设计包括壁厚，肋、铸孔、铸造圆角、脱模斜度、螺纹、齿轮、铆钉头、网纹、图案等等的设计。在该模具设计中仅需进行壁厚、肋、铸造圆角和脱模斜度的设计。3.1.1 壁厚和肋在设计半固态挤压件时，往往以为壁越厚，半固态挤压件的强度和刚度就越容易得到保证，性能也就越好；但是，实际上对于半固态挤压件而言，挤压件壁厚增加，内部气孔、缩孔等缺陷也随之增加，故在保证挤压件有足够强度和刚度的前提下，应尽量减少厚度并保持各截面的厚薄均匀一致。对挤压件的厚壁处，为了避免缩松等缺陷，应通过减薄壁厚并增设加强肋肋解决。所以在满足产品使用性能要求的前提下，采用均匀的、适当的壁厚才会以最低的金属消耗取得良好的成型性和工艺性。铝合金压铸件的适宜壁厚16mm。由于在半固态挤压过程中需要提供较大的挤压力，故该轮毂挤压件的最外侧壁厚可选择为5mm。根据客观需要考虑到轮毂的承载性能，轮毂中的四根支撑杆厚度设计为8mm，最中间的壁厚为13mm。3.1.2 铸造圆角在挤压零件壁面与壁面连接处，无论是直角，锐角或钝角，都应设计成圆角，只有预计选定为分型面的部位上才不采用圆角连接。铸造圆角有助于金属液的流动，减少涡流，气体容易排出，有利于成形；同时又避免尖角处产生应力集中而开裂。对需要进行电镀和涂覆的压铸件更为重要，圆角是获得均匀镀层和防止尖角处镀层沉积不可缺少的条件。对于模具来讲，铸造圆角能延长模具的使用时间。没有铸造圆角会产生应力集中，模具容易崩角，这一现象对熔点较高的合金尤其显著。根据该模具的特点，选择r=1mm。3.1.3 脱模斜度 为了在铸型凝固后，为了保证挤压件从模具中顺利脱出，应该在模具的相应位置设置一定的倾斜角度，即起模斜度。脱模斜度的大小和压铸件的壁厚以及合金种类有关。在铸件本身有结构斜度的地方，则不必设置起模斜度。当铸件的结构斜度不足或者铸件的结构影响了铸件的脱模时，则必须设置一定斜度的起模斜度或者增加模具镶块，来解决铸件脱模困难的问题。（1）脱模斜度的选取标准1）不留加工余量的压铸件。为了保证铸件组装时不受阻碍，型腔尺寸以大端为基准，另一端按脱模斜度相应减少；型芯尺寸以小端为基准，另一端按脱模斜度相应增大。 2）两面均留有加工余量的铸件。为保证有足够的加工余量，型腔尺寸以小端为基准，加上加工余量，另一端按脱模斜度相应增大；型芯尺寸以大端 为基准，减去加工余量，另一端按脱模斜度相应减少。3）单面留有加工余量的铸件。型腔尺寸以非加工面的大端为基准，加上斜度尺寸差及加工余量，另一端按脱模斜度相应减少。型芯尺寸以非加工面的小端为基准，减去斜度尺寸差及加工余量，另一端按脱模斜度相应放大。（2）脱模斜度的尺寸配合面外表面最小脱模斜度取，内表面最小脱模斜度取。非配合面外表面最小脱模斜度取， 内表面最小脱模斜度取119。3.2挤压件结构设计的工艺性挤压件的质量除了受到各种工艺因素的影响外，其零件设计的工艺性也是一个十分重要的因素，其结构合理性性和工艺适应性决定了后续工作能否顺利进行。如分型面的选择，浇道的设计，推出机构的设置，收缩规律的掌握，精度的保证，缺陷的种类及其程度等，都是与压铸机本身的压铸工艺性的优劣相关的。半固态挤压工艺对挤压件的结构设计要求： 方便讲挤压件从模具中取出；尽量消除侧凹和深腔；尽量减少抽芯部位；消除模具型芯出现交叉的部位；壁厚均匀；消除尖角。 以上原则，将轮毂挤压件工程图如下所示：轮毂工程图该零件直径100mm，厚10mm，中心孔径14mm，四个支撑杆宽8mm。3.3挤压件技术要求3.3.1尺寸精度 挤压件能达到的尺寸精度和尺寸稳定性基本上依挤压模制造精度而定。导致挤压件尺寸偏差的原因有很多，包括工作环境温度的高地、合金自身化学成分的偏差、合金金属收缩率的波动、开模、抽芯及推出机构运动状态的稳定程度、模具使用过程中的磨损量引起的误差等，这些原因又互相交织在一起，彼此互相影响。压铸件的尺寸精度不仅与其尺寸大小有关，而且受其结构和形状的影响。一般压铸件的精度为it13，高精度压铸件为it11。国家标准（gb/t 64141999）中将逐渐尺寸公差划分为16个等级，标记为ct1ct16。压铸件尺寸公差可以控制在ct4ct8级，但不同合金可以达到的等级范围有所不同，一般铝合金可以达到ct4ct7级。参考压铸件尺寸公差国家标准以及该挤压件的实际尺寸。确定其公差等级为it12级，尺寸公差为0.35mm。3.3.2表面质量 在填充条件良好的情况下，压铸件的表面粗糙度一般比模具成形表面的粗糙度低两级。用新模具压铸可获得表面粗糙度达0.8um的压铸件。随着模具使用次数的增加，通常压铸件的表面粗糙度值会逐渐变大。在模具的正常使用寿命内，铝合金压铸件大致在3.26.3um。参考国家相关标准，确定该挤压件的表面质量等级为2级，表面粗糙度3.2um。3.3.3机械加工余量 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。械加工余量是为了保证铸件机械加工面尺寸和零件加工精度，在设计铸件和铸造工艺时，预先增加并在机械加工时应予以切除的金属层厚度。铸件的加工余量数值按照有加工要求的表面上最大基本尺寸和该表面距它的加工基准间尺寸两者中较大的尺寸所在尺寸范围，从铸件加工余量表中选取。另外，铸件的不同加工表面，可以采用相同的加工余量数值。底座铸件的加工余量选取根据参考文献15中推荐的加工余量选择，平面按最大边长确定，孔按直径确定。 在本轮毂铸件中，有加工要求表面中基本尺寸最大的为直径100mm。根据铸造工程师手册，选取加工余量等级为d5-7，则根据直径100mm查表，选取本铸件的机械加工余量为0.6mm。4半固态挤压成型过程及压铸机的选用4.1 卧式冷室压铸机结构卧式冷室压铸机基本组成如图所示：图 卧式冷室压铸机1增压器；2蓄能器；3压射缸；4压射冲头；5压室；6定座板；7拉杆；8动座板；9顶出缸；10曲肘机构；11支承座板；12模具高度；13合模缸；14机体；15控制柜；16电机及泵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。压射压力、压射速度等主要工艺参数都是通过它来控制的，其中包括压室、压射冲头、压射缸、增压器和蓄能器。(2)合模机构 其作用是实现压铸模的开启和闭合动作，并在压射成型过程中具有足够而可靠的锁模力，以防止在高压压射时，模具被推开或发生偏移。(3)顶出机构 在压铸件冷却固化成型并开启模具后，顶出缸驱动压铸模的推出机构，将成型压铸件及浇注余料从模具中顶出，并脱出模体，其中包括顶出缸和顶杆。(4)传动系统 通过液压传动或机械传动完成压铸过程中所需要的各种动作。包括电机、各种液压泵及机械传动装置。(5)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，完成准确可靠、协调安全的运行规则12。4.2 半固态挤压成型过程利用卧式冷室压铸机来实现半固态挤压成型工艺主要需经历4个步骤，如图2-4所示：(a) 合模过程 (b)压射过程 (c)开模过程 (d)铸件推出过程 (a)合模过程 模具闭合后，压射冲头1复位至压室2的端口处，将足量的液态金属3注入压室2内。 (b)压射过程 需要明确的是，半固态挤压成型中的压射过程与纯粹的压铸成型工艺中的压射过程是有很大不同的。传统的压铸成型是将液态合金压入型腔内进行凝固成型。而利用卧式冷室压铸机进行半固态挤压时，当液态合金进入型腔后不是任由其凝固至固态，而是通过模温调节系统的控制，待型腔内的液态合金冷却至半固态时在进行一定压力下的挤压，最后得到半固态挤压件。 (c)开模过程 半固态挤压成型后，开启模具，使挤压件脱离型腔，同时压射冲头1将浇注余料顶出压室。(d)推出铸件过程 在压铸机顶出机构作用下，将压铸件及其浇注余料顶出，并脱离模体，压射冲头同时复位13。4.1 确定压铸机的锁模力锁模力（合模力）是选用压铸机时首先要确定的参数。在半固态挤压过程中，合金液以极高速度充填模具型腔，在充满型腔的瞬间及增压阶段，合金液收到很大的压力，为了作用到型腔的各个方向，力图是模具沿分型面涨开，称为胀型力。锁模力的作用主要是为了克服压射时的胀型力，以锁紧模具的分型面，防止因模具被胀开，引起金属液飞溅伤人和影响挤压件尺寸精度的现象发生。4.1.1 计算主胀型力 式中，主胀型力（kn）； a铸件在分型面上的总投影面积，一般增加30%作为浇注系统与排溢系统的面积（）； p压射比压（mpa）。 查阅“常用压铸合金压射比的推荐值”，得到铝合金承载件的压射比为5080mpa。取p=80mpa。可求的主胀型力为： 4.1.2 计算锁模力由于该套模具中不含有侧向抽芯机构，故不必考虑分胀型力。为了防止模具被胀开，锁模力要大于或等于胀型力在合模方向上的合力。而且此套模具中，胀型力中心与锁模力中心重合。锁模力计算公式如下： 式中，压铸机应有的锁模力（kn）； k安全系数（一般k=1.25）； 主胀型力（kn）。故有 查阅压铸模设计手册中的压铸机的主要参数，考虑产品实际情况及现有条件，选择125t的j1113卧式冷室压铸机。4.1.3 开模行程的核算每台压铸机都有最小合模距离和最大开模距离两个尺寸，根据铸件形状、浇注系统和模具结构来核算是否满足取出铸件的要求，即压铸机的最大开模距离减去模具总厚度留有能取出铸件的距离。压铸机和模后能严密的锁紧模具分型面，因此要求合模后模具的总厚度应大于压铸机的最小合模距离，一般约为20mm。由此可得： 式中，是压铸机最小合模距离（mm）；是压铸机最大开模距离（mm）；l是压铸机动模座板的行程（mm）；是定模部分的厚度（mm）；是动模部分的厚度（mm）；是铸件推出距离（mm）；是铸件及浇道总高度（mm）。4半固态挤压模具设计概述 作为压铸模生产的三要素之一，压铸模设计质量直接影响着压铸件成形的形状、尺寸、精度和表面质量等。压铸生产过程的顺利进行，压铸件质量的保证，在很大程度上取决于压铸模的结构合理性和技术先进性。在压铸模设计的过程中，必须全面分析压铸件的结构，了解压铸机及压铸工艺，掌握在不同压铸条件下的合金液充填特性和流动行为，并考虑到经济效益等因素。4.1半固态挤压模具基本结构半固态挤压模具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，是金属液开始进入模具型腔的部分，也是模具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。 该套模具要求适用在卧式冷室压铸机上，其基本结构如下：（1） 成型零件部分 在合模后，由动模镶块和型腔镶块形成一个构成压铸件形状的空腔，通常称为成型镶块。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、小型芯以及侧型芯等。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模具成型空腔的通道，如浇口套、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）侧抽芯机构。当压铸件侧面有侧凹或侧凸结构时，则需要设置侧抽芯机构，如斜滑块、侧型芯、斜滑块限位钉、弹顶销、弹簧等。（6）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17。4.2分型面设计选择铸件的分型面涉及铸件的形状和技术要求，浇注系统和溢流系统的布置，压铸工艺条件、压铸模的结构和制造成本、模具的热平衡因素，这些因素往往难以兼顾，确定分型面时要予以综合考虑。 选择分型面应注意的要点如下：开模时保持铸件随动模移动方向脱出定模；有利于浇注系统、溢流系统和排气系统的布置；要求不影响铸件的尺寸精度；简化模具结构；避免铸造机承受临界负荷，并要考虑铸造合金的性能。 在选择铸件的分型面时要综合考虑以上要点，从而确定分型面。由于该半固态挤压件的结构为具有对称图 分型面设计 性。故其分型面的设计可如左图所示。4.3浇注系统的设计 浇注系统是将压铸机压室内熔融的金属液在高温高压高速状态下填充入模具型腔的通道。它包括直浇道、横浇道、内浇口、等。它能调节充填速度、充填时间、型腔温度，因此它决定着压铸件表面质量以及内部显微组织状态，同时也影响压铸生产的效果和模具的寿命14。4.3.1 带浇注系统的半固态挤压件二维图形 带浇注系统的挤压件的二维图形如图2-6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气体和排除并容纳冷污的金属液以及其他氧化物。 图 带浇注系统的挤压件4.3.1 浇注系统的结构与分类浇注系统主要由直浇道、横浇道、内浇口组成。压铸机的类型不同，浇注系统也有所不同。按照熔融合金引入型腔的方式不同，即内浇口的位置和形式不同，浇注系统可分为平扁侧浇口、带导流包的侧浇口、端面侧浇口、钳形浇口、切线浇口、环形浇口、半环形浇口、中心浇口、点浇口等等。4.3.2 内浇口的设计 内浇口设计的主要内容就是选择内浇口的位置和形状，计算内浇口的截面积，确定内浇口的厚度。 （1）内浇口速度 由参考文献15查得，铝合金铸件内浇口充填速度的推荐值为2060m/s，选取为50m/s。 （2）充填时间半固态挤压件的平均壁厚为10mm，利用参考文献1（压铸模具设计）中的平均壁厚与充填时间的推荐值可知，对应的充填时间为0.1000.160s。取充填时间t=0.150s。 （3）内浇口截面积目前，在实践中，计算内浇口的截面积以流量计算法为主。 式中，内浇口截面积（）； g通过内浇口的合金液总量（g）； 液态合金的密度（）； 内浇口速度（m/s）； t型腔的充填时间（s）。 v通过内浇口金属液的体积，； 型腔的充填速度，。 通过内浇口金属液的体积为两部分，一部分是成形零件的体积，另一部分是溢流槽中的体积。其中成形零件的体积为；故可估算通过内浇口的体积v为60。计算得出数值如下： （4）内浇口厚度、长度、宽度的确定 由内浇口厚度、宽度和长度的经验数值表，适当选取此铝合金铸件内浇口厚度为5mm，长度为3mm，宽度为30mm。4.3.4 横浇道的设计（1） 横浇道的形式及尺寸根据铸件及内浇口的特点。采用类t型浇道，截面为矩形。浇道形状及尺寸如下图所示。图 横浇道二维图形及尺寸为了防止金属液对型芯的正面冲击，横浇道与内浇口采用了端面联接的方式。 图 端面连接方式4.3.3 直浇道的设计直浇道尺寸由浇口套尺寸决定。浇口套内径与压室内径相同，由于压铸机选择型号为j1113，其压室直径为40mm，50mm，60mm。选取50mm为浇口套内径，其他尺寸根据情况自行设计，具体尺寸见附录。4.4排溢系统的设计排溢系统包括溢流口，溢流槽、排气槽三部分组成。4.4.1 溢流槽的设计溢流槽位置的设置原则溢流槽的位置多设置在合金液最后填充的部位上。当遇有型芯阻碍而使合金液分成两股时，在型芯的附近要设有溢流槽。对于拒不厚大凸台的型腔部位，也应有溢流槽。当具有局部薄的型腔部位时，为了增加该处型腔的热量，在该处及其附近都应设有溢流槽。设计溢流槽时要注意便于从压铸件上去除，在去除后不损坏铸件的外观。 综合以上原则，如图2-9所示，选用半圆形结构的排溢系统。 图2-9 排溢系统结构溢流槽尺寸选取：溢流口厚度h=0.5mm；溢流口长度l=4mm；溢流口宽度s=4mm；溢流槽半径r=6mm。4.4.2 排气槽的设计在半固态挤压生产中，液态部分的充填速度非常快，型腔的充填时间非常短，型腔中的空气和涂料挥发产生的气体的排出是一个非常重要的问题。排气槽用于将上述气体从型腔总排出，其设置的位置与内浇道的位置和合金液的流态有关。为了使型腔中的气体在压射时尽可能多的排出，应将排气槽设置在合金液最后充填的部位。排气槽一般与溢流槽配合，设置在溢流槽后端以加强溢流和排气的效果。排气道相关尺寸选取为：排气槽深度为0.12mm；宽度为15mm。4.5模架的设计4.5.1模架设计概述构成模架的结构件主要包括：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、导套等23。（1）定模座板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。（2）定模套板定模套板的主要作用：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。（3）动模套板动模套板的主要作用是：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。（4）动模压板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。（5）动模支承板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。（6）模座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：与动模板、动模支承板连成一体，构成模具的动模部分。与压铸机的动座板连接，并将动模部分紧