毕业设计（论文）-铝合金箱体压铸模具的设计（全套图纸三维）.pdf

1 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 2015 届届 机械工程及自动化机械工程及自动化 专业专业 题题 目：目： 铝合金箱体压铸模具的设计铝合金箱体压铸模具的设计 子子 题：题： 学生姓名：学生姓名： 班级学号：班级学号： 指导教师：指导教师： 职职 称：称： 所在系（教研室）：机电与信息工程系所在系（教研室）：机电与信息工程系 下达日期：下达日期：2014 年年 7 月月 4 日日 完成日期：完成日期：2015 年年 5 月月 8 日日 摘 要 2 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。 本文运用大学所学的知识，了解压铸模具的工作原理，在此基础上，设计一款铝 合金箱体压铸模具。通过查找相关资料，了解铝合金箱体压铸模具的内部结构和工作原 理，构建了铝合金箱体压铸模具组成结构的总的指导思想，从而得出了该铝合金箱体压 铸模具的优点是高效，经济，并且运行效果好，运行平稳的结论。 关键词：铝合金箱体压铸模具;型腔；效率；模具 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 3 Abstract The environment of global economic development, China industries affected by other countries advanced technology at the same time, foreign enterprises and brand spread to more and more Chinese has become an opportunity. Cap pressing machine in industry through a variety of ways have been working with the relevant technology, and constantly improve their own strength and core competitiveness, and narrow the gap with developed countries. In the new market demand, update the sleeve pressing machine is a pressing matter of the moment. The production of pipe pressing machine equipment manufacturing enterprises to fully tap the potential of the market, vigorously develop the sleeves of large low cost pressing special machinery and equipment, plays a positive role in the evolution of automatic assembly, the assembly of mechanical equipment. There is a large pipe equipment on equipment safety index has strict requirements of production. In the production equipment of enterprises, give full consideration to the possible problems in the operation of the equipment, so as to reduce the noise pollution caused by vibration or improper operation of equipment phenomenon and manufacturing of domestic pipe pressing equipment with global appeal, economic, security and stability of the theme consistent. Increase and production pipe pressing equipment of new energy saving. Key word: pneumatic manipulator； cylinder； pneumatic loop； Fout degrees of freedom. 4 目 录 摘要 . 1 Abstract . 2 第一章 绪论 . 3 1.1 模具介绍 . 4 1.2 模具在加工工业中的地位 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.3 模具的发展趋势 . 4 1.4 本课题的意义 . 4 1.5 我国模具行业的发展方向和前景 . 4 第二章 铝合金箱体压铸模具结构的设计 . 11 2.1 材料的选择 . 13 2.2 压铸件结构的设计 . 15 2.2.1 脱模斜度 . 15 2.2.2 产品斜度 . 15 2.2.3 产品壁厚 . 15 2.2.4 加强筋 . 15 2.2.5 圆角 . 15 2.2.6 压铸件的精度 . 15 2.3 分型面的确定 . 15 2.4 压铸机的初步选择 . 15 2.4.1 压铸机锁模力的确定 . 15 2.4.2 核定投影面积 . 15 2.4.3 实际容量的核算 . 15 2.4.4 选择压铸机 . 15 第三章 模具设计 . 17 3.1 确定型腔数目及排列方式 . 19 3.2 浇注系统的设计 . 20 3.3 内浇口的设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4 直浇道的设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.5 横浇道的设计 . 23 第四章 成型零部件的设计 . 23 第五章 脱模机构的设计 . 23 结论 . 24 致谢 . 25 参考文献 . 26 5 第一章 绪论 1.1 模具介绍 当今社会，模具工业无所不在，各种各样的的产品都需要模具来生产，因为使用 模具生产，可以大大地提高生产效率和制造成本，同时，产品的加工精度等等都能够得 到保证。在各个行业应用模具的场合非常广泛，例如飞机，轮船，以及一个机械零部件 等各个领域都有用到。人类社会工业的发展离不开模具这样一个重要的生产工具。随着 社会的进步，工业的发展，模具工业同样会日新月异，随着时间的推移，相信会迎来一 个新的革新时期。 1.2 模具在加工工业中的地位 在当今社会，工业越来越发达，模具产业也在不断地飞速发展着，随着科技的发 展，模具工业的进步，模具在当今工业化大生产中起到了越来越重要的作用。因为有了 模具，使工业产品的加工精度和效率得到了保障，大大减少了人工繁杂的劳动强度，提 高了工业的发展进程。 1.3 模具的发展趋势 随着工业的发展，模具工业也在飞速发展着，针对当今社会的工业发展状况，模 具的发展主要体现在一下几个方面： (1) 模具的加工与制造的自动化程度将会继续提高。 (2) 结构零部件的材料的制造费用将会慢慢下降， 同时加工结构零部件的设备的精度 将会提高很多。 (3) 模具的样式将会越来越多，从单工序模具到复合模具，一次性成型复杂工件的模 具将会越来越多地被应用和生产。 6 (4) 热流道模具在模具工业中的位置和作用将会越来越突出， 应用的领域也将会越来 越广泛。 (5) 工业的发展将会引领高压铸模具也不断地发展， 模具生产工艺和加工工艺也会逐 渐走向自动化。 (6) 模具的结构领部件将会更多地利用标准零件来代替非标零部件， 这样就增加了模 具之间的互换性。同时，也可以更好地保证模具加工出来的产品的精度，维修和使用也 更加方便快捷。 (7) 随着社会的发展和工业的进步，车辆的不断增多，所以压铸模具，冲压模具也 将会越来越普遍地应用到各个生产加工领域。从单工序模到复合模的过渡是模具发展的 必然趋势。 1.4 本课题的意义 在传统压铸模具设计中，设计周期长，一般要二到三个月的时间；设计成本高， 需要往返数次制模，修模；产品质量不能保证，对流体在模腔内的流动状态，冷却状况 缺乏了解。 本文以铝合金箱体的压铸模具设计为例，运用 UG 软件智能分模，不但保证了模 具的精确性，而且分模简单，是设计者可以节约时间，集中精力拆模做型腔；运用 CAE 分析功能，对压铸过程进行模拟分析，包括充模流动模拟、保压过程模拟、冷却过程模 拟及翘曲模拟分析。通过模拟分析可以预测制品填充不足、熔接线、气泡和翘曲变形等 缺陷，还可以测定最佳浇口数量和位置，测定压铸时注射压力以及注射时间，溶体流动 前锋的温度变化等系列参数；运用专家模架系统，根据设计参数直接选取标准模架，构 造模具三维实体。这样设计出来的模具具有更高的质量，更大的准确性。 现代的模具设计在计算机的平台上，运用 CAD/CAE/CAM 等软件，使现代模具设 7 计具有了高质量，高效率，低成本等特点。 1.5 我国模具行业的发展方向和前景 经过 1990 年代的高速发展，中国的模具产业已经达到一定的水平，生产能力也有 了相当大的提高，模具市场的规模也正在逐步扩大。过去十年，中国模具工业（主要集 中在汽车、电子信息以及电器）以每年 15%左右的增长速度快速发展。 到 2005 年，全国模具生产厂点已达 3 万多家，从业人员 50 多万人；模具销售总 额高达 610 亿元，比上年增长 25%；模具生产企业总体上任务饱满、订单充足。2006 年，业界预测中国汽车的年度销售数量将会比前一年增长 15%，年度销售数量将会达到 640 万台。而汽车零部件市场比汽车整车的市场更大，可以预测汽车相关模具产业将会 有高速发展。 与 2004 年相比， 2005 年中国的模具生产值增加了 125%， 以 610 亿人民币居世界 第三位。其中，出口比前一年增加了 150%，达到了 7.4 亿美元。目前，国内模具行业 正随着我国制造业特别是汽车和电子产业的持续高速发展而逐渐步入“黄金期”。 近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模 具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；压铸模和压铸模比例增大；面向市 场的专业模具厂家数量及能力增加较快。随着经济体制改革的不断深入，“三资”及民 营企业的发展较快。 在注塑模具方面，2006 年，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水 平进一步提高，注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量 已超过 50 吨，最精密的注塑模具精度已达到 2 微米。在 CAD/CAM 技术得到普及的同 时，CAE 技术应用越来越广，CAD/CAM/CAE 一体化得到发展，模具新结构、新品种、 新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多。 8 据业内人士分析，未来我国模具发展趋势包括 10 个方面： (1)模具日趋大型化。 (2)模具的精度将越来越高。10 年前精密模具的精度一般为 5 微米，现已达到 2- 3 微 米，1 微米精度的模具也将上市。 (3)多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担 负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。 (4)热流道模具在压铸模具中的比重也将逐渐提高。 (5)随着压铸成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模 具也将随之发展。 (6)标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制 造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。 (7)快速经济模具的前景十分广阔。 (8)随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模 的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。 (9)以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，压铸模具的比例将不断增大。由于机械 零件的复杂程度和精度的不断提高，对压铸模具的要求也越来越高。 (10)模具技术含量将不断提高。 从应用趋势方面分析，受用户要求模具的生产周期缩短影响；快速经济模具的开 发将被重视，模具标准件的应用将日渐广泛，且采用计算机控制和机械手操作的快速换 模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。 9 第二章 铝合金箱体压铸模具结构的设计 2.1 材料的选择 压铸铝合金的使用性能和工艺性能都优于其他压铸合金，而且来源丰富，所以在 各国的压铸生产中都占据极重要的地位，其用量远远超过其他压铸合金。铝合金的特点 是：比重小、强度高；铸造性能和切削性能好；耐蚀性、耐磨性、导热性和导电性好。 铝和氧的亲和力很强，表面生成一层与铝结合得很牢固的氧化膜，致密而坚固，保护下 面的铝不被继续氧化。铝硅系合金在杂质铁含量较低的情况下，粘模倾向严重。铝合金 体收缩值大，易在最后凝固处形成大的集中缩孔。用于压铸生产的铝合金主要是铝硅合 金、铝镁合金和铝锌合金三种。纯铝铸造性能差，压铸过程易粘模，但因它的导电性好， 所以在生产电动机的转子时使用。 铝合金中主要合金元素及杂质对其性能影响如下： 硅。硅是大多数铝合金的主要元素。它能改善合金在高温时的流动性，提高合金 抗拉强度，但使压铸性下降。硅与铝能生成固熔体，它在铝中的溶解度随温度升高而增 加，温度 577时溶解度为 1.65%，而室温时仅为 0.2%。在硅含量增加到 11.6%时，硅 与其在铝中的固溶体形成共晶体，提高了合金高温流动性，收缩率减小，无热裂倾向。 二元系铝硅合金耐蚀性高、导电性和导热性良好、比重和膨胀系数小。硅能提高铝锌系 合金的抗蚀性能。当合金中硅含量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又较多时，就会产生 游离硅，硅含量越高，产生的游离硅就越多。游离硅的硬度很高，由它们所组成的质点 的硬度也很高，加工时刀具磨损厉害，给切削加工带来很大的困难。此外，高硅铝合金 对铸铁坩锅熔蚀严重。硅在铝合金中通常以粗针状组织存在，降低合金的力学性能，为 此，需要进行变质处理。 铜和铝组成固溶体，当温度为 548时，铜在铝中的溶解度为 5.65%，室温时降至 10 0.1%左右。铜含量的增加可提高合金的流动性、抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性和压 铸性，热裂倾向增大。压铸通常不用铝铜合金，而用铝硅铜合金。该产品的成型材料是 铝硅合金，合金牌号 YZAlSi12,该材料铸造性能好，密度小，强度高，耐蚀性、耐磨性、 导热性和导电性好。 2.2 压铸件结构的设计 合金压铸件的结构工艺性是指压铸件结构对成型工艺方法的适应性。在压铸件生 产过程中,一方面成型会对压铸件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模 具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品；另一方面,模具设计者通过 对给定压铸件的结构工艺性进行分析,弄清压铸件生产的难点,为模具设计和制造提供依 据。 2.2.1 脱模斜度 压铸件从凹模型腔中脱出或从型芯上推出时,为了防止受阻力及划伤其表面,在压 铸件上所有与模具脱模方向平行的表面,须设计脱模斜度，脱模斜度的大小取决于压铸 件的合金材料、压铸件的形状及型芯或型腔的粗糙度等。铝合金脱模斜度推荐的最小 脱模斜度外表面为 0015内表面为 0030，非配合面的最小脱模斜度外表面为 0030内表 面为 10。 2.2.2 产品壁厚 压铸件应该设计成合理的薄壁件，尽量壁厚均匀，同一压铸件上，最大壁厚与最 小壁厚之比不要大于：. 根据固定座各个面的面积大小和尽量使壁厚均匀得原则， 设定固定座基本壁厚为 2.5mm，两空心圆筒之间的连接部位厚度为 3mm。 2.2.3 加强筋 螺栓固定座容易被拉断，要设计加强筋来增加它的强度和刚度。加强筋的高度为 11 一毫米。 2.2.4 圆角 压铸件应该设计成合理的圆角，以避免在压铸件上造成应了力集中而产生裂纹， 大大的降低压铸件的强度。圆角可以显著提高压铸件的性能和压铸模具的强度，还可 以使金属液流动畅通，少产生纹乱，减少压力损失，使气体容易排出等。 2.2.5 压铸件的精度 尺寸精度是压铸件的结构工艺的关键特征之一，它影响到压铸模的设计，压铸工 艺的选择和压铸的制造，从而关系到压铸件的质量和成本。影响压铸件的尺寸精度的 因素有：成型零件的制造误差；合金收缩率导致的误差；压铸模具在使用过程中磨损 引起的误差；压铸模的安装和配合引起的误差；压铸件在模具中不同的位置引起的误 差；压铸工艺变化引起的误差等等。固定座产品图如图 2.2.5 所示： 12 2.3 分型面的确定 分型面的定义：压铸模的定模与动模接合表面通常称为分型面，分型面是由压铸 件的分型线所决定的，而模具上垂直于锁模力方向的接合面，即为基本分型面。 压铸件分型面设计的原则： （1）开模时，能保持铸件随动模移动方向脱出定模；使铸件保留在动模内；并且 为便于从动模内取出铸件，分型面应取在铸件的最大截面上。 （2）有利于浇注系统和排溢系统的合理布置。 （3）为保证铸件的尺寸精度，应使尺寸精度要求高的部分尽可能位于同一半压铸 模内。 （4）使压铸模的结构简化并有利于加工。 （5）其他：如考虑铸造合金的性能，避免压铸机承受临界负荷（或避免接近额定 投影面积）。 由于固定座上下结构对称，在对称面的断面轮廓最大，同时型芯放置在动模上， 可以做到压铸件对动模上型芯的包紧力大于对定模的包紧力，所以选择直线分型面，并 且分型面设置在固定座中间的对称面上。 2.4 压铸机的初步选择 2.4.1 压铸机锁模力的确定 在一般情况下，压铸机的锁模力可按下式计算: F 锁kp（A 件+A 浇）/10 2 (2.1) 式中 F 锁压铸机的锁模力，kN； k 安全系数，一般取 k=1.25； 13 p 压射比压，MPa； A 件压铸件在主分型面上的投影面积，cm2； A 浇浇注与溢流、排气系统的正投影面积之和，一般也可取 A 浇=0.3A 件， cm2； 查表得，铝合金常用压射比压的推荐范围值为 5080MPa，取 p=60MPa，A 件 =55cm2 求得 F 锁536KN。 2.4.2 核定投影面积 应满足 A 总A 浇 (2.2) 式中 A 总为实际浇注的正投影面积， cm2； A 浇为压铸机标定的最大投影面积， cm2。 经计算得 A 总=71.5 cm2，A 浇=110 cm2。满足要求。 2.4.3 压室实际容量的核算 应满足 G 浇（0.60.8）室 2 (2.3) G 浇=（V 件+V 浇+V 余）p=126g G 室=700g，满足要求。 2.4.4 选压铸机 根据以上计算结果,经查资料可选用选用 J116D 型卧式冷室压铸机，相关技术参数如 表 2.1 所示 14 第三章 模具设计 3.1 确定型腔数目及排列方式 1）由于该工件较小，然后考虑到注射机的成型锁模力，我们采用一模一腔的设计思 路来设计该模具。 2）同时考虑到注射机的额定注射量以及产品的制作精度，模具的型腔数不能太多， 所以在这里综合以上因素， 决定采用一模一腔来制作该产品， 故模具的型腔数目为一个。 一模一腔的模具所需要的锁模力和注射量都在注射机额定的范围内，且制作出来的 产品精度比较容易控制，外形不易变形，所以采用该型腔数目来制作加工铝合金箱体这 个产品。 3.2 浇注系统的设计 将金属液引入到型腔的通道为浇注系统。它是从压室开始到内浇口为止的进料通 道的总称。一般有四部分组成：直浇道、横浇道、内浇口、余料。 选用的压铸机不同， 采用不同的浇注系统。图 3.2 是各类型压铸机所采用的浇注系统。 15 对浇注系统进行设计时，一般应遵循如下基本原则： （1）了解铝合金的成型性能 （2）尽量避免或减少熔接痕 （3）有利于型腔中气体排出 （4）防止型芯的变形和嵌件的位移 （5）尽量采用较短的流程充满型腔 （6）流动距离比和流动面积比的校核 为了提高成型效率和综合考虑以上的基本设计原则并结合制件质量要求，本模具应 采用潜伏浇口，由产品底部进料。 浇口直径可以根据经验公式计算 d=（0.140.20） 24 A 式中 d浇口直径（mm） 压铸件在浇口处的壁厚（mm） A型腔的表面积 2 16 d=（0.140.20） 24 1.5 20303.81.0mm (浇口直径也可根据经验值取 d=1.0mm) 浇口锥角取 0 30 = ;浇口倾斜角取 0 15 = 。 3.3 内浇口的设计 内浇口是指横浇道到型腔的一段浇道， 其作用是是使横浇道输送出来的低速 金属液加速并形成理想的流态而顺序地填充型腔，它直接影响金属液的填充形式 和铸件质量，因此是一个主要浇道。 设计内浇口时，主要是确定内浇口的位置和方向，并预计合金充填过程的流态， 可能出现的死角区和裹气部位，以便设置适当的溢流槽和排气槽。 内浇口设计时应注意以下几点： 1、从内浇口进入型腔的金属液，应首先填充深腔处难以排气的部位，然后充填 其他部位，并注意不要过早的封闭分型面、排气槽，以便于型腔中的气体能够顺 利排除。 2、金属液进入型腔后，不正面冲击型壁和型芯，力求减少动能损耗，避免因冲 击而受侵蚀发生粘模现象，致使该处过早损坏。 3、应尽可能采用单个内浇口 而少用分支浇口（大型铸件、箱体和框架类以及结构形式特殊的铸件除外），以 避免多路金属液汇流互相撞击，形成涡流，产生裹气和氧化物夹杂等缺陷。对有 加强肋的铸件，应使内浇口导入金属液的流向和加强肋方向一致。 4、形状复杂的薄壁铸件，应采用较薄的内浇口，以保证有足够的填充速度。对 一般结构形状的铸件，以保证最终静压力的传递作用，应采用较厚的内浇口，并 设在铸件的厚处。 5、内浇口设置位置应使金属液充填压铸型腔各部分时，流程最短，流向改变小， 以减少填充过程中能量的损耗和温度降低。 17 此外，还要考虑到铸件的加工、粗糙度及切除浇口是否对技术要求有影响等有关 问题。 内浇口的主要形式如图 3.6 所示。其中图 a 因除去内浇口时易损伤铸件，因此较 少采用。图 b、c 适应于平板类铸件。图 d 适用于壁厚铸件，图 b、c、d 在去除 浇口时都不会损伤铸件。图 e、f、g、h 适用于深腔铸件（其中图 f 制造较困难）， 因为它们具有合理的金属液引入方向，有利于型腔排气及避免金属液进入型腔时 冲击型芯 。 根据经验公式 ： An=180G （3.1） 式中 An 为内浇口面积,mm2）; G 为压铸件质量，kg 求得 An 约为 11.34mm2 内浇口的厚度，根据经验数据为 1.01.8mm：内浇口的宽度，根据经验数 据为压铸件边长的 0.60.8 倍。选用内浇口的厚度为 1.5mm，宽度为 16.5mm， 长度为 2mm。 18 3.4 直浇道设计 直浇道是指从浇口套到横浇道为止的一段浇道， 它是传递金属液压力的首要 浇道，其尺寸大小可以影响金属液的流动速度、充型时间、气体的储存空间和压 力损失的大小，起着能否使金属液平稳引入横浇道和控制金属液充型条件的作 用。 选用压铸机的类型不同，直浇道的结构也不同。图 3.5 为卧式冷室压铸机 用直浇道的结构，它又压铸机上的压室和压铸模上的浇口套组成，在直浇道上的 一段称为余料，其设计要点如下： 1、根据所需压射比压和压室充满度选定压室和浇口套的内径 D。 2、浇口套的长度应不小于压铸机压射冲头的跟踪距离，便于余料从压室中 脱出。 3、横浇道入口应开设在压室上部内径三分之二以上部分，避免金属液在重 力作用下进入横浇道，提前开始凝固。 4、分流器上形成余料的凹腔的深度等于内浇道的深度，直径与浇口套相等， 沿圆周的脱模斜度约为 5。 5、有时将压室和浇口套制成一体，形成整体式压室。整体式压室内孔精度 高，压射时阻力小，但加工复杂，通用性差。 6、采用深导入式直浇道（图 3.4），可以提高压室的充满度，减小深型腔 压铸模的体积，当使用整体式压室时，有利于采用标准压室或先有的压室。 19 图 3.4 7、压室和浇口套的内孔，