活塞金属型模具设计.doc

厦门华天涉外职业技术学院离职毕业设计（论文）目 录摘要-2引言-41、活塞前景及意义-4一、活塞的结构-51活塞的主体组成-52、活塞的结构特点-83、活塞的技术要求-9二、活塞铸造方式-91、铸造的类型介绍及铝活塞的铸造方式-92、铝合金的铸造方式介绍-10三金属型的设计及制造-111冒口的设计-112、浇注系统的设计-133、分型面的选择-144、 金属型型芯和型腔的设计-18四 总结- 致谢-参考文献-摘要活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一，活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组，与气缸盖等共同组成燃烧室，承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴，以完成内燃发动机的工作过程，油气燃烧所产生的热由活塞的顶部所吸收，并传至气缸壁，而燃烧后气体膨胀所产生的力量也必须经活塞来吸收，活塞会把燃烧气体压力及惯性力经由连杆传到曲轴上，利用连杆作用将活塞的线性往复运动转换曲轴的旋转运动。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载合和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。现代的活塞设计主要有铸造和锻造两种，二铸造比锻造简单便宜，但却不及锻造活塞能承受较大的热度和压力，由于活塞与活塞都必须在高温、高压、高速及临界润滑状态下工作，因此长期以来，发动机设计者都为提供一个最佳的设计而不断努力，进而可以从活塞方面来提高性能。关键字 活塞 附加载荷 燃烧室 金属型模具 ABSTRACTthe piston of car motor is one of main accessorieses in the motor,it and the piston wreath,piston sell etc.the spare parts constitute a piston set and cover with air cylinder etc.constitute combustion room together,bear gas function the dint also sell through a piston and connect the pole pass motive song stalk to complete inside the work process of Ran motor.the oil annoys the combustion produces of hot from the coping of piston absorb,and spread to air cylinder wall,and combustion empress the strength produced by air inflation hace to also absorb through the piston,the piston will chase combustion air pressure and inertial dint through connect the pole spread to song stalk up,make use of connect the function of pole exercise the line back and forth of piston to concert revolving of song stalk sport.The effect of piston bears air pressure,and sell to pass to connect a pole to order about song stalk to revolve through a piston,constituting of the piston a coping still combustion room part,Piston under the condition thai heat,high pressure,high speed lubricate bad work.The piston is exercised with very high speed back and forth in the air cylinder,and speed at constantly variety,this produced very greatly inertial dig and made the piston been subjected to very big of affixture carry a lotus.The piston is under this ban condition work,will produce to transform and accelerate to wear away,also produce affixture to carry lotus and heat in response to the dint,subjected to chemistry og the gas corrosion function in the meantime,Modern of the piston design to mainly hace the foundry and forging 2 kinds,but cast again than forging simple cheapness,but cannot compare with forging piston can bear bigger heat and pressure.Piston and piston wreaths have to work under the appearance of the heat,high pressure and high speed and the critical lubrication,therefore for long time the motor designs all continuorsly make great effort for providing a best design,the can raise the function of engine from the pistonKey words：Piston Additional carry a lotus Burnable room Metal Die design引言一、活塞前景及意义当前活塞环企业缺失的就是自己未研究掌握未来的可以引导行业的前沿技术，最多只处在依葫芦画瓢、给参数设计的阶段，即使设计了验证的手段往往还是依赖整机厂或国外的研究机构。 国内同行在活塞环相关件的整体研发方面还有着很长的路要走。人才队伍国际化，也是活塞环行业发展的迫切需要。行业亟需既懂技术又会外语，同时又懂国际整车企业的“体系规矩”的人才。员工需要学习更多来自主机厂、整车厂的对技术、对质量、对供货方面的要求，企业需要培养更多既会他国语言又懂技术的工程师。当前主配企业缺乏了解、国外企业或在中国合资的外方对本土活塞环企业不了解，在信息传递、开发周期、体系严谨、过程控制等方面还需要面对面与其质量技术部门沟通。只有掌握了国际主机厂的通行合作配套规则，提升了企业的核心竞争力，民族品牌活塞环企业进入国际一流主机厂全球化采购体系的时代就会到来。活塞环企业的真正设计能力是什么，不是来图来样转换加工，也不是主机厂给技术参数我们设计出与之性能匹配的零部件产品。研发竞争是“十二五”活塞环行业的核心竞争，目前行业很多企业都在宣传为发动机或整车厂同步开发，实际却是制造，而非真正意义上的设计。 活塞环企业的技术国际化，就是要实现从来图来样测绘加工，到和主机厂同步开发，到储备掌握未来前延技术，对发动机和汽车工业发展支撑引导。“国际化”，技术研发和人才国际化，提升核心竞争力。活塞环行业。现在以缸套活塞、活塞环、活塞销等组合供货已经屡见不鲜。主机市场模块化供货在汽油机行业已经先一步推广，在柴油机行业同样有着快速发展的趋势。在汽油机主机领域除自主品牌乘用车外，单个采购活塞环的已经很少。整车企业一方面为了减少总装工序、节约成本，一方面为了收缩核心供应商队伍，对活塞环等相关件的采购要求企业组合装配好以后再供货。现代汽车零部件企业，一方面在追求做强，在单一产品领域形成强有力的、他人无法超越的竞争优势；一方面也在追求做大，在模块化思想或国外先进经验的推进下，部分企业在积极实施多品种或跨领域的经营。因此本文主要通过活塞结构的设计及模具如何来制造的问题来讨论一、活塞的结构活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组，与气缸盖等共同组成燃烧室，承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴，以完成内燃发动机的工作过程，油气燃烧所产生的热由活塞的顶部所吸收，并传至气缸壁，而燃烧后气体膨胀所产生的力量也必须经活塞来吸收，活塞会把燃烧气体压力及惯性力经由连杆传到曲轴上，利用连杆作用将活塞的线性往复运动转换曲轴的旋转运动。活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又差，所以活塞工作是温度很高，顶部高达600700K，且温度分布很不均匀。活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力最大，汽油及高达35MPa，柴油机高达69MPa，这使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用。活塞在汽缸内以很高的速度（89m/s）往复运动，且速度在不断地变化，这就产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学作用。现代的活塞设计主要有铸造和锻造两种，而铸造有比锻造简单便宜，但却不及锻造活塞能承受较大的热度和压力，通常在设计锻造活塞时，都会同时利用改变活塞顶部的形状来达到提高缩比的目的，但问题是选择锻造活塞时多少的压缩比才是适当的。以汽油引擎来说，压缩比超过12.5:1时燃烧效率就不容易再提升。利用活塞顶部的形状改变来提高压缩比时，随着压缩比的提高会使气缸顶部燃烧室的空间变小，活塞顶部的锐角和凸出都可能导致爆震的发生。对提高压缩比活塞来说，由于必须保留气门做功所需的空间，因此会在活塞顶部切出气门边缘形状的凹槽。如果没有这个凹槽，当活塞到达上死点是就有可能就会打开气门，因此高压缩比活塞对气门动作精度的要求是非常严格的。凹槽的大小也必须随着凸轮轴及气门摇臂的改装而改变。（一） 活塞的主体组成根据活塞的作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分。 活塞结构剖视图 a）全剖 b）部分剖 1、活塞顶 2、活塞头 3、活塞环 4、活塞销座 5、活塞销 6、活塞销销环 7、活塞裙 8、加强筋 9、环槽1、 顶部顶部是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。顶部是指活塞顶部和环槽部分。活塞顶端完全取决于燃烧室的要求。汽油机活塞的顶部形状有以下几种。（1） 平底 受热面积小，广泛采用。顶端采用平底或接近平顶设计有利于活塞减少与高温气体的接触面积，使应力分布均匀。多数汽油机采用平顶活塞如下图所示 （2） 凹顶高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可以用凹坑的深度来调整压缩比。有些发动机为了混合气体的形成的需要，提高燃烧效率，将爆燃减少到最低程度，需要活塞顶端具有较复杂的形状，设有一定深度的凹坑作为燃烧室的一部分，如上图 （3） 凸顶凸顶与半球形燃烧室配用，如上图（3） 环槽部环槽部用以安装活塞环。活塞环的作用是密封，包括防止漏气的气环和防止机油进入燃烧室的油环，其结构如图 3、裙部裙部的作用是尽量使活塞在往复运动中保持垂直，使活塞的导向部分，为活塞运动导向和承受侧压力。活塞裙部的形状极有研究，尤其是像轿车一类的轻型乘用车，从活塞裙部出发使发动机结构紧凑，运行平稳。 裙部的外表面出车、精车的余量不能太大。粗车刀痕太深将导致精车使切向抗力发生周期性变化，刀痕难以清除而使表面存在台阶；精车余量太大或精车切削排屑部畅，也会使表面存在台阶或各种杂乱痕迹，特别是在裙部最下方，最为严重。 精车时，椭圆长轴的偏离必须控制在一定范围内，长轴数据在垂直于销孔轴线的方向上量取。如果因为加工而引起长轴于销孔不垂直。会出现长轴数据小于图纸尺寸，在活塞分组时误差值大。必须指出，椭圆长轴偏离和销孔偏心式有区别：前者为加工的椭圆长轴离开图纸椭圆长轴规定位置，加工椭圆长轴轴线可以通过活塞轴线或不通过活塞轴线，是加工不当引起的；而后者指销孔轴线偏离活塞轴线，是改善活塞工作条件的需要，且生产规定偏离一般取0.71。全裙是裙部位以一薄壁圆筒。半拖板式裙部是将非承压面的裙部去掉一部分，以减少质量和防止碰到曲轴，见下图（一）。拖板是裙部是将非承压面的裙部全部去掉，见下图（二）。 半拖板式活塞 拖板式活塞 图（一） 图（二）（4） 活塞销座活塞销座用以安装活塞销。在销座孔两端有卡环槽，用以安装卡环。有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向做功行程中受主侧压力的一方便宜了12mm。这种结构可使活塞在从压缩行程到做功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面，以减少敲缸的声音。在安装时，这种活塞销偏置的方向不能装反，否则换向敲击力会增大，是裙部受损。（二）、活塞的结构特点 1、恒范钢片 为了减少铝合金活塞裙部的热膨胀量，有些汽油机活塞在活塞裙部或销座内嵌入钢片。由于范恒钢为含镍33%36%的低碳铁镍合金，其膨胀系数仅为铝合金的1/10，而销座通过恒范钢片与裙部相连，牵制了裙部的热膨胀变形量。活塞在沿高度方向上的温度很不均匀，活塞的温度是上部高、下部低，膨胀量也相应是上部大、下部小。为了使工作是活塞上下直径趋于相等，即为圆柱形，就必须把活塞制成上小下大的阶梯形、锥形。2、预先做成椭圆形为了使裙部两侧承受气体压力并与气缸保持小而安全的间隙，要求活塞在工作是具有正确的圆柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很不均匀，活塞销座孔部分的金属，受热膨胀量大，沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。另外裙部承受气体侧压力的作用，导致沿活塞销轴向变形量较垂直活塞销方向大。这样，如果活塞冷态时，裙部为圆形，那么工作时活塞就会变成椭圆形，使活塞与气缸之间周围间隙不相等，造成活塞在气缸内卡住，发动机就无法正常工作。因此，在加工是预先把活塞裙部做出椭圆形状。（三）、活塞的技术要求 由于活塞处于一个高速、高压和高温的恶劣环境，又要考虑到发动机的运行平稳及耐用，因此要求活塞也必须要有足够的强度和刚度，导热性好，耐热度高，膨胀系数小，相对密度小，耐磨及耐腐蚀，还要成本低。由于这些要求互相矛盾，很难找到一个能够完全满足各项的材料。现代发动机的活塞普遍用铝合金制造，因为铝合金材料具有密度小，导热性好的突出特点，同时又有膨胀系数大，高温强度差的特点，这些缺点只能通过合理的结构设计来满足要求。对于活塞的技术要求如下。（1）裙部外圆 活塞裙部外圆于钢套壁要求精密配合，裙部外圆的尺寸在裙部椭圆长轴方向上测量，其尺寸公差等级为IT6IT5. （2活塞销孔 销孔直径的尺寸精度一般在IT6以上，其圆度公差为1.5um左右。销孔中心线与顶面的距离直接影响发动机的压缩比，所以要求一定的精度，其尺寸公差等级为IT8. （3）活塞质量 为保证发动机运转平稳，同一发动机的活塞，其相互间的质量差不得大于0.08N。二、活塞铸造方式（一） 铸造的类型介绍及铝活塞的铸造方式关于活塞的制造方法主要为铸造。铸造的种类也很多，主要有以下几种：1、 砂型适用于铸造铝各种合金，但只适用于进行小批量的生产，而且表面粗糙度值很大。2、 熔模铸造适用于碳钢、合金、有色金属，但是适用于小于25kg的复杂铸件。3、 低压铸造适用于有色金属、中小铸件、有时达数吨，适用于大批量生产，对高要求的铝、镁合金都可以适用。4、 压力铸造适用于有色金属、中小铸件，但难以铸造内凹复杂的铸件，也适于大批量生产。5、离心铸造 适于铸钢、铸铁、铜合金、中小铸件，最大达数吨，适用于中、大批量生产。6、挤压铸造 适用于有色金属、铸钢、铸铁、30kg以下的铸件，大批量生产，主要用于生产轻合金的薄板形铸件。有的活塞也可采用此方法成型。7、金属型铸造适用于各种铸造合金、中小铸件，大批量生产，适用于高要求的铝、镁合金。 综上所述，可知铸造铝合金只有低压铸造、金属型铸造和挤压铸造适用，但由于低压铸造成本高，而且本设计活塞的要求不是很高。又由于挤压铸造主要用于尺寸较大的活塞成型，且是用于介于铸造和锻造之间的一种成型工艺，对于本设计的活塞不太适合。因此本设计采用金属型铸造。（二）铝合金的铸造方式介绍由以上分析知，铝合金活塞的主要铸造方式为金属型铸造，金属型铸造是指液体金属在站立作用下，充填用金属材料所制成的铸型-金属型，随后冷却、凝固成型而获得铸件的一种铸造方法。习惯上也称硬模铸造，它与砂型铸造有一些优点以不足；优点是：1）由于工序简化，所需控制的工艺因素少，所以容易实现生产过程的机械化、自动化。铸件的质量较稳定，废品率可减少约50%。2）由于不需要造型，从而减少了型砂的制备和输送以及造型、落沙和砂处理等工序，同样也节省了这些工序所需要的工时及设备。因此显著的提高效率，改善劳动条件，减轻了对环境的污染。3）由于金属型有高的导热性和蓄热性，液体金属在金属型中冷却较快，铸件的组织致密，力学性能较高。如铝合金件的抗拉强度可增加10%20%，伸长率提高约1倍。4）金属型铸件具有较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，因而减少铸件的加工余量。金属型铸造的主要缺点是：金属型结构复杂且要求高，加工周期长，成本高；金属型的激冷作用大，且无退让性，本身又无透气性，因此，铸件容易出现冷隔、浇不到及裂纹等缺陷；工艺参数对铸件质量影响较为敏感，应严格控制；不适应生产形状复杂的薄壁铸件等。金属型铸造目前所能生产的铸件，在重量和形状方面还有一定的限制，如对黑色金属只能是形状简单的铸件；铸件的重量不可能太大；壁厚也有限制，较小的铸件壁厚无法铸出。在决定采用金属铸造时，必须综合考虑下列各因素：铸件形状和重量大小必须合适，要有足够的批量；，金属型的制造周期比木模的制作周期长，因此，对试件产品必须要有充裕的时间。三金属型的设计及制造（一）冒口的设计金属型铸造同砂型铸造一样，设置冒口的主要目的就是补缩。避免铸件出现缩孔与缩松等缺陷。金属型铸造冒口位置的确定，仍可以使用砂型铸造时常用的结晶等温法及内切圆法，找出铸件上可能产生缩孔的热节部位，在热节处设置冒口，如图（三）所示。 图（三）金属型铸造的结构模型图1、冒口的形式与种类金属型冒口可以根据具体的情况设计成不同的形式与结构，按是否与大气直接相通，可以分为明冒口和暗冒口，按位置的高低可分为顶冒口与侧冒口，具体形式的特点见表1.表1 冒口的设置与形状种类形式应用明冒口明顶冒口1）顶明冒口应用最广，形状为圆柱形，因为在同等断面是圆形周长最短，所以保温好，同时也与铸件需要缩形状相似，便于补缩。2）为了使冒口的上端最后凝固，冒口尺寸多设计成下小上大，由上到下成58斜度。在水平分型时，为了便于开型取件，才设计的。3）冒口根部尺寸略小于铸件尺寸，与铸件圆角相连，并留有明显的切割线明侧冒口1）铸件厚大部位处于铸型中、下部，铸件顶部不便于设置顶冒口的情况下才设置侧冒口，侧冒口金属夜的消耗量比顶冒口多。2）根部形状一般与铸件形状相仿，但尽可能为圆形或椭圆形3）薄壁、板型镁合金件垂直浇注时，为了消除铸件中的缩松的缺陷也常设置侧冒口暗冒口 暗顶冒口铸件热节部位不便于设置明冒口，而在该处又必须补缩的情况下才设置暗冒口暗侧冒口2、冒口尺寸的确定冒口的尺寸主要指冒口的根部直径和高度，冒口尺寸过大，会增加铸件的成本；尺寸过小会产生缩孔和缩松，所以正确确定冒口的尺寸，对于铸件的质量和降低成本具有重要意义。因此，冒口的尺寸大小可按热节圆的直径来确定，一般情况下参考下列公式即：明冒口：D=(1.21.5)d暗冒口：D=(1.22)d式中，D为冒口根部直径，mm；d为铸件热节圆直径，mm。 热节圆直径大、补缩条件好的情况下，冒口尺寸取下限;热节圆直径小或补缩条件差的情况下，冒口尺寸取上限。当铸件热节所处的高度不大，而水平尺寸较大，要求冒口有横向补缩作用时，计算公式为D=(24)d。冒口高度计算参考公式如下：顶冒口：H=(0.81.5)D侧冒口：H=(23)D暗冒口：H=(1.22)D式中，H为冒口高度，mm；D为冒口跟读直径，mm。 冒口高度太低，不缩效果不好；太高则金属消耗多，并可能引起内浇道过热。直径较大的冒口，在补缩条件好的情况下，高度取下限。冒口直径不宜过小也不宜过大，太大的冒口会使铸件靠冒口处产生缩松，当冒口的位置与铸件分不清时，应设计冒口切割线。在活塞冒口的设计中结合以上经验，在根据活塞自身的特点，将冒口设置成为暗冒口，并根据公式进行了尺寸计算。（二）浇注系统的设计金属型的浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。小型铸件的金属型一般不设浇口杯，有时为了浇注方便，直浇道上部加大。直浇道断面最好是圆的，这样可以避免热量的散失和气体的卷入，垂直直浇道由于金属液体对底部的冲击比较大，所以高度一般不超过150mm，斜浇道的高度一般不超过250mm。横浇道起缓冲、稳流和挡渣的作用，并将金属液分配给内浇道，但是金属型往往受分型面的限制，除水平分型外，有的浇注系统不设横浇道，内浇道的大小、形状与位置直接影响铸件的质量，设计内浇道时应考虑铸型热量的分布、合金液在型腔中流动平稳、操作方便等因素。从热分析的角度来考虑，内浇道尽量开在分型面上，在设计活塞的浇注系统时久充分的考虑到这根据金属型铸造的某些特点，在设计浇注系统时须注意下面几点：首先，金属型浇注速度大，超过砂型约20%；其次，在液体金属充型时，型腔里的气体要能顺利排除，其流向应尽可能与液流方向一致，顺利地将气体挤向冒口或者出气冒口；此外，应注意使液体金属在充型时流动平稳，不产生涡流，不冲击型壁或型芯，更不可产生飞溅。金属型的浇注系统一般分为顶注式、底注式和侧注式三种。1.顶注式铸件温度分布合理，有利于顺序凝固，可减少金属液的消耗，但金属流动不平稳，易进渣，铸件高时易冲击型腔底部和型芯。若用于浇注铝合金件，一般只适用于铸件高度小于100mm的简单件。2.底注式金属液流动较平稳，有利于排气，但温度分布不合理，不利于铸件顺序凝固。3.侧注式兼有上述两种的优点，金属液流动平稳，便于集渣、排气等，但金属液消耗大，浇口清理工作量大。金属型浇注系统的结构与砂型铸造基本相似，但由于金属型壁不透气，导热能力强，因此要求浇注系统结构能有利于降低金属液流速，流动平稳，减少其对型壁的冲刷，除应保证型腔内气体有充裕的时间排除外，还应保证在充型过程中不得产生喷溅。如浇注铝合金时，直浇道可作成斜弯浇道或者蛇行浇道。浇道的尺寸既要保证铸件质量，有要求金属液消耗量和铸件清理工作量最小。 要做到这些，一般可用计算或凭经验确定，然后再经过生产验证，就可得出较合理的尺寸。关于浇注系统最小截面积的计算，可以利用砂型铸造中的计算公式，由于金属型铸件比砂型铸件冷却快，根据经验，浇注时间一般比砂型减少20%40%，使金属液在型腔内快速上升。由于浇注的合金不同，浇注系统的尺寸也有区别。 在这里，我们采用铝合金活塞常采用的浇注方式：侧注式。采用了直浇道，以使设计的到简化。些要求，以使工艺简单化，尽量符合现代生产的要求。（三）分型面的选择分型面形式一般有垂直、水平和综合分型（垂直、水平混合分型或曲面分型）三种。在选择分型方案时，必须从多方面比较，从而找出最合理的方案。选择分型面的原则如下。 （1）为简化金属型结构，提高铸件精度，对形状较简单的铸件最好都布置在半型内，或大部分布置在半型内。（2）分型面数目应尽量少，保证铸件外形美观，铸件出型和下芯方便。（3）选择的分型面应保证设置浇冒口方便，金属液充型时流动平稳，有利于型腔里的气体排出。（4）分型面不得悬在加工基准面上。（5）尽量避免曲面分型，减少拆卸及活块数量，因曲面分型及采用活块不仅是金属型制造复杂，寿命短，而且降低砂生产率。1、金属型的结构及应用范围金属型的主要结构形式及应用，见表2，结构形式见图（四）表2 金属型的主要结构形式及应用整体金属型铸型我是无分型面的整体，使用方便，尺寸稳定，形状简单，制造容易，但生产率低，适用于外形简单，有较大斜度的中、小型铸件水平分型金属型金属型由上下型扣合而成，浇注时分型面处于水平位置，适于砂芯较多的中大型铸件，特别是中大型平板件、圆盘形和轮形类铸件垂直分型金属型适于各种沿中心线对称的铸件及中小型铸件综合分型金属型这种金属型有两个或两个以上相互垂直的分型面组成，在生产中得到广泛的应用。2、金属型的设计金属型力求结构简单，制造方便，装配灵活，铸件易脱模，且使用寿命长。1).金属型的主要结构 1、紧固装置 2、底座 3、型圈 4、铁芯 5、浇注管6、过滤网 7、冒口杯 8、型盖 9、排气管 10、芯头 图（四） 金属型的结构 见图（四）.金属型分为底座、型圈、型盖三部分。材料为球墨铸铁。由于工艺的要求底座和型圈的壁厚是不同的，而且壁厚差较大，以前的金属型的底座和型圈是一体制作的，铸型在浇注后的冷却过程中，由于各部分壁厚不均，收缩也不一致，产生较大的应力，使得金属型底座处严重裂纹。而将金属型分成底座、型圈、型盖三部分，虽然个部分壁厚差较大，但在铸型浇注后的冷却过程中，各自收缩，互不干扰，避免了裂纹的产生，大大提高了金属型的使用寿命。2).金属型各部分壁厚的确定金属型对低熔点合金铸件冷却速度的影响，主要取决于型壁的蓄热能力，增加金属型壁厚是曾加型壁蓄热能力的主要措施。根据上述工艺确定的铸件凝固顺序，结合金属型壁厚经验公式：型=13+0.6 件，确定底座壁厚为25mm，型圈壁厚35mm，型盖壁厚为30mm。 图（五）3)、.金属型的排气（1）在型盖上设置了许多排气塞，利用排气赛的沟槽将腔内气体排出。（2)由于金属液是通过浇注管由型底进入型腔的，据资料介绍金属液在型腔内超过砂芯高度后的自由表面时，液面是以一三角形的液面上升的（如图五）。这种液面势必在型圈和型盖配合转角A处复裹住一定量的气体。这些气体由于冲不破与其接触的熔点较高且非常坚韧的氧化铝薄膜，而不能进入金属液上浮到液体表面来，从而造成铸件该处的气孔缺陷（严格的说是气凹缺陷）。这种气孔不是单个或多个的孔洞，往往是沿铸件外圆整圈的凹陷。为此，在型圈考上端20mm的A处设置一圈排气塞，使这些气体通过排气塞沟槽排出铸型之外，以免气孔的产生。同时考虑到A处正好是铸件的小热节，这个热节依靠中间大冒口是不可能补缩的。所以选用紫铜做排气塞，对此处热节产生激冷作用，以防止缩松的产生4)、型芯的设计 金属型芯的特点如下。采用金属型芯的铸件的冷却速度快，铸件的结晶组织细致、均匀。铸件尺寸稳定、表面粗糙度低。减少了制造砂芯或壳芯的工艺装备和工序。内腔复杂的铸件可与砂芯或壳芯同时采用，否则会增加金属型芯的复杂性，给制造和浇注带来困难，甚至无法取出型芯。金属芯的设计原则如下：不影响零件使用和外观的情况下，应按铸件图给出足够的铸造斜度。对留有加工余量的铸造表面，其铸造斜度可适当放大，以利于芯型的轴拨。型芯的定位要很准确，导向要可靠型芯，保证型芯移动时不产生歪斜，以免拉伤铸件。金属芯的定位长度，不仅与型芯直径大小有关，而且与型芯工作面深度（与金属液接触部分）型芯固定形式等多种因素有关，如果是活动型芯，则型芯的定位长度就较长些在能方便抽拨型芯的情况下，应尽量减少型芯的数量。这样可以简化操作，提高铸件的质量。型芯的结构应考虑制造与加工的方便。圆形金属型芯的直径在50mm以上时，应制成空心，壁厚取1220mm，大型金属芯壁厚按金属型的壁厚来计算。组成金属芯，当铸件内行阻碍型芯取出时，金属芯可以制造成顺序抽拨形5)、金属型的冷却 要保证金属型铸件的质量稳定，生产正常，首先要使金属型在生产过程中温度变化恒定。这就是说，在每一浇注循环中，金属型从液态金属中吸收的热量Q应等于金属型向外界散失失望热量q。但浇注厚大件时，特别在浇注高熔点合金的铸件时，常常是铸件传给金属型的热量大于金属型散失的热量，即Qq，因此金属型的工作温度必然升高，所以，每浇一次，就需要讲金属型打开，停放一段时间，待冷至规定温度时再浇。如靠自然冷却，需要时间较长，会降低生产率，因此常采用强制冷却的方法。冷却的方式一般有一下几种。1）风冷 在金属型外围吹风冷却，强化对流散热，其冷却效果与金属型外边的散热面积有关。散热面积大，冷却效果好，故可在金属型背面铸出散热片或散热针。与没有散热片和散热针的金属型比较，冷却效果提高20%30%。如果采用密封风冷，即通压缩空气强制对流，其效果就更好。风冷方式的金属型，虽然结构简单，容易制造，成本低，但冷却效果时分不理想。 2）间接水冷 在金属型背面或某一局部，镶铸水套，其冷却效果比风冷好，使用于浇注铜件或可锻铸铁。但对浇注薄壁灰铸铁件或球铁铸件，激烈冷却会增加铸件的白口缺陷。为防止金属型在背面强烈冷却时所产生的应力或裂纹，一般在水套与型壁之间镶铸导热性好的材料。 3）直接水冷 在金属型背面或局部直接制出水套，在水套内进行冷却，这主要用于浇注钢件或其他合金铸件，铸型要求强烈冷却的部位。由于向型壁直接喷水，很快将热量带走，冷却效果很好。由于直接冷却，金属型产生的热应力大，故不宜用易裂材料（铸铁）制作，一般用碳钢或合金钢制造金属型，因此成本高，只适用于大批量生产。（四） 金属型型芯和型腔的设计本设计对桑塔纳内燃机汽车系列的活塞进行简单的设计。并制作其模具，选择CAXX进行活塞的实体设计。 利用CAXX进行三维设计时。一方面会给我们直观的印象，便于观察分析；另一方面，在利用零件图装配时，可以进行运动模拟，还可以对其进行干涉检查；此外，在出工程图方面，可以由三维模型直接出工程图，较方便，且有现实意义；同时CAXX的兼容性异常强大，可以显示多种格式的图形。 当然在进行模具设计之前我们已经完成了活塞的实体设计，并以此为依据进行型芯和型腔的设计。只有在对活塞进行实体设计完全完成后，我们才能开展这一步工作，因为实体模型为我们提供了基体零件，在此基础上才能使活塞的模具设计具有意义。 1.型腔的设计 （1）模具的基体零件 新建一个300300300的正方体零件作为模具基体，该模具基体要求是足够容纳活塞毛坯零件。活塞毛坯图如图（六）所示， （2）模具装配体 新建一个装配体文件，并插入“活塞基体”零件，使原点与装配体原点重合，然后再插入“活塞毛坯”零件。添加配合并移动活塞毛坯，使“活塞毛坯”完全位于“活塞基体”之内。一般来说先载入的零件文件在装配图中默认为固定位置，因此一般而言先载入将作为装配体基准的零件。零件也可以通过资源管理器拖拽至绘图窗口。 （3）生成模具型腔 模具基体减去活塞毛坯零件就生成了活塞基体零件。 .选中“活塞基体”零件，单击“编辑零件”，或在“活塞基体”上单击右键，选中 右键菜单中的“编辑零件”，切换到编辑”活塞基体”环境 2.单击“型腔”，或选择“插入特征型腔”，将出现“型腔”的对话框，可以对其特征进行设置。图（六） 活塞毛坯图考虑到在实际生产中材料的收缩的影响，将缩放系数设为1.1，从特征数中选中“活塞毛坯”加入到“设计零部件”清单中，型腔将根据此清单总的零部件生成。单击“确定”，生成型腔，注意到活塞毛坯在活塞基体零件中生成一个名为“型腔1”的关联特征，这表明型腔将随着设计零件“活塞毛坯”的变化而变化。单击“编辑零件”回到装配体环境，保存文件。（4）派生零件派生零件利用其他零件作为第一特征，派生零件与源文件是关联的，现在由基体零件派生一个零件，再在派生零件上生成模具。（也可直接选中“活塞毛坯零件”的零件图）。系统自动切换到生成的派生零件窗口，调整试图为等轴侧。将这个派生零件取名为“凹模”，保存文件。（5）分膜 现在就可以使用前面生成的派生零件来生成模具了。打开模块零件在标准工具的工具栏中单击“打开”按钮，系统即显示“打开”对话框，选择“打开模块零件”文件，单击“确定”按钮完成设定。同意变更模块文件确认打开文件后，系统显示出信息窗口，提示该零件已经在型腔时编修过，是否现在要变更该零件，单击“是”按钮确定。指定工作平面进入草图模式指定模块的上平面为工作平面，系统以绿色显示该面。接着在草图绘制工具栏中，单击“草图绘制”按钮，系统即进入草图模式。转正工作平面并绘制草图在标准视图工具栏中，单击“正视于”按钮将视图转正，并在草图绘制工具栏中单击”直线“按钮，绘制一个直线平行于中立面，线的两端点超过模块的边缘，以作为切割实体的直线。拉伸切除单击“拉伸切除”按钮后，系统显示对话框，在第一栏终止形态处，系统默认为完全贯穿，单击“确认”按钮即完成设定，在拉伸切除后我们就要对其进行修改，将其多余的部分去除，因为这一步主要做的是型腔，也就是凹模，所以要将内芯剪去，留有内腔，剪切后如图(七) 图（七） 型腔剪切后的模型 （6）完成凹模并保存 制作型腔也可以利用延展曲面的方法，这种方法较繁琐，在这里可以不用，但制作型芯的时候就必须使用，故这种方法将在型芯的设计中做介绍。2、型芯的设计制作型芯和制作型腔有很多相似的地方，型芯与型腔制作的前四个步骤都相同，从第五个步骤“分模”开始将有所改变，现在就可以使用前面生成的派生零件来生成模具了。单击“延展曲面”，将会出现一对话框，其中包括:延展曲面、延展距离和要延展的边线。选中顶面作为参考平面，选中型腔外环的边线作为要延展的边线。并选中“沿切面延伸”，选中“反向”使预览箭头朝外（