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防蚀壳体铸造工艺与注蜡模具设计,壳体,铸造,工艺,模具设计
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上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计1目 录 目 录 摘 要 . 1 ABSTRACT . 2 1 绪论 . 4 1.1 压铸的原理与特点 . 4 1.1.1 压铸的原理 . 4 1.1.2 压铸的特点 . 4 1.1.3 压铸工艺的适用范围 . 5 1.2 压铸工艺的发展概述 . 5 1.2.1 压铸的发展历史 . 5 1.2.2 我国压铸行业现状 . 6 1.2.3 压铸技术的发展方向 . 7 2 压铸产品工艺分析 . 9 2.1 产品结构分析 . 9 2.2 产品生产工艺分析 . 10 2.2.1 压铸合金 . 11 2.2.2 压铸件的尺寸精度 . 11 2.3 压铸件的结构要素 . 12 2.3.1 压铸件的最小壁厚 . 12 2.3.2 压铸件的铸造圆角半径 . 12 2.3.3 压铸件的脱模斜度 . 12 2.3.4 压铸件的加强筋 . 12 3 浇注系统的设计 . 12 3.1 分型面的确定 . 12 3.2 浇铸系统的确定 . 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 3.2.1 内浇口的设计 . 15 3.2.2 横浇道的设计 . 16 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计23.2.3 直浇道的设计 . 18 3.2.4 浇口套的设计 . 18 3.3 溢流排气系统的设计 . 19 3.3.1 溢流槽的设计 . 19 3.3.2 排气槽的设计 . 19 4 压铸机的选用 . 20 4.1 计算主胀型力 . 20 4.2 计算锁模力 . 21 4.3 压室容量校核 . 错误!未定义书签。错误!未定义书签。 5 压铸模及其成型零件设计 . 23 5.1 压铸模总体结构设计 . 23 5.2 压铸模模架设计 . 24 5.3 模架零件非标准件设计 . 25 5.3.1 定模座板设计 . 25 5.3.2 动模坐板设计 . 26 5.3.3 定模套板设计 . 27 5.3.4 动模套板设计 . 28 5.3.5 支撑板设计 . 29 5.3.6 垫块的设计 . 31 5.4 成型部分零件设计 . 32 5.4.1 压铸模成型尺寸计算 . 32 5.4.2 定模镶块设计 . 35 5.4.3 动模镶块设计 . 36 5.4.4 型芯设计 . 37 5.4.5 冷却系统的设计 . 38 6 压铸模具的温度 . 39 7 压铸模具涂料 . 39 8 结论 . 40 9 工艺卡片 . 41 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计3致 谢 . 42 参考文献 . 42 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计1 摘 要 摘 要 金属压铸成型(简称压铸)是将熔融的金属液在较高的压力下，高速填充进入压铸模型腔，并使金属液在高压状态下凝固而形成金属压铸件的过程。它是目前所有金属铸造成型方法中效率最高的一种。 设计生产的产品为汽车变速箱挡板零件，变速箱是汽车传动系统的重要组成部分，汽车的行驶状况复杂，变速箱需要控制汽车完成一系列的行驶过程。变速箱挡板安装于变速箱上，属于长期使用的零件，对表面质量和结构精度都有一定的要求。从汽车零件轻量化的角度考虑，变速箱挡板适用于材质较轻的材料。因此使用压铸铝合金进行压铸生产更为合适。 从压铸件的产品工艺分析入手，先对铸件的结构、精度等要求进行认真确认，根据压铸生产工艺的特点提出优化结构方案。从浇注系统开始着手进行模具设计，在确定浇注系统后根据计算与初步估算选用压铸设备。前期分析完成之后，初步选取模架进行模具设计，根据经验数据和计算公式选取适合工艺要求的模架。模架的初步设计完成后，开始设计成型部分零件：镶块、导流块等，并计算校核压室容量和浇注量的关系，并根据具体模具加工、制造工艺方面的知识对模具进行修改，最终在保证铸件质量和压铸工艺能够成功实施的情况下设计出压铸模具。 铸件的材料选为YL108铝合金， 是一种常见压铸材料， 既能满足铸件的结构要求，又方便压铸工艺的实施，是一种理想材料。压铸机选用 J116D 卧式冷压室压铸机，设计的压铸模具采用标准模架，成型部分采用镶块结构，易于更换，方便机械加工，节省成本。在保证铸件质量的前提下，将模具设计为一模两腔进行生产，有效提高了生产效率和材料利用率。模具的各项尺寸都进过认真选取和计算，保证工艺参数的正确和生产的成功。 关键词：关键词：金属压铸成型、变速箱挡板、模具设计、压铸工艺 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计2 Molding Process and Die Design for the Baffle of Transmission ABSTRACT Metal die casting is a method to fill liquid molten metal under high pressure and high speed into the die-casting mold cavity, where the molten metal solidify under high pressure.It is a highest efficiency way of all the metal casting methods. The products is baffles parts for the automotive transmission. Gearbox is an important part of automotive driveline, it controls the transmission car to complete a series of running processes in complex situations.Transmission baffle is mounted on the gearbox, under the long-term use of this part, surface quality and accuracy of the configuration has certain requirements. From the viewpoint of lightweight automotive parts, transmission baffle material suitable for lighter materials. Therefore the use of die-casting aluminum die-casting production is more appropriate. The design begins from the analysis of die casting product process, then carefully confirm the casting structure and accuracy requirements, proposed solutions to optimize the structure according to the characteristics of casting production process.Embarked from the casting mold design system, in determining the choice of die-casting equipment after casting system based on the calculation and preliminary estimates.After the preliminary analysis is complete, the preliminary selection mold for mold design, select the appropriate technology required mold empirical data and formulas.After completion of the preliminary design of mold, began to design parts molded part: inserts, diversion and other pieces, then relationship calculate checking pressure chamber and the pouring amount of capacity. Modify the design depending mold processing and the knowledge of mold manufacturing process. Finally the die-casting mold design is successfully implemented ensuring the quality of casting and die casting process. YL108 aluminum alloy is chosen for the casting material, which is a common die-cast 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计3 material, to meet both the structural requirements of the casting and easy implementation. YL108 is an ideal material. Die-casting machine selects J116D the horizontal cold chamber die casting machine. Casting mold design select standard molds, and the forming parts are insert structures, which is easy to replace, easy for machining and cost savings.Under the premise of quality assurance of casting, the mold has two-cavity, to improve production efficiency and material utilization. The size of the mold have been carefully selected and calculated to ensure the correct process parameters and productions success. Keywords:pressurecasting,baffleoftransmission,molddesign,diecastingprocess 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计4 变速箱挡板成型工艺及模具设计 变速箱挡板成型工艺及模具设计 1 绪论 1 绪论 1.1 压铸的原理与特点 1.1.1 压铸的原理 1.1 压铸的原理与特点 1.1.1 压铸的原理 压铸是压力铸造的简称，其实质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。一般将其定义为：在高温下，将熔化的金属合金以较高的速度压入模具型腔，生产铸件的铸造方式。压力铸造生产的铸件不仅具有较好的表面质量，并且具有精度好、结构性能优良等特点。同时压力铸造具有高效率的特点，能实现铸件的大批量高速生产。金属压铸成型的过程是：熔融的金属液注入压铸机的压室，在压射冲头的高压作用下，高速度地推动金属液经过压铸模具的浇注系统，注入并充满型腔，最终通过冷却、结晶、固化等过程，成型相应的金属压铸件1。 1.1.2 压铸的特点 1.1.2 压铸的特点 压铸与其他铸造方法相比，有其自身的特点。 （一） 优点 （1） 压铸件的精度较高， 铸件表面质量好。 铸件的尺寸精度可达IT11IT13级，对于较精确的铸件可达到IT19级。表面粗糙度达Ra0.83.2m，有时达Ra0.4m，产品互换性好。 （2） 可以制造结构复杂、壁厚较薄、对零件表面质量要求较高的金属零件。因为金属液在高压力、 高注射速度下具有高的流动性， 因此能够生产使用冲压、挤压等其他工艺方法不能得到的零件。 （3） 材料利用率高。 压铸件成型后， 只需要少量机械加工对压铸过程中的浇注系统（内浇口、溢流槽等）部分进行去除。压铸件的生产精度较高，生产出的产品可直接投入使用。因此其材料利用率较高，一般材料利用率约60%80%。 （4） 生产效率高。 压铸生产过程中的金属液， 从压铸机的压室以较高的速度进上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计5 入型腔， 充填型腔的时间短。 设置在模具中的冷却系统可使金属液在型腔中快速的冷却， 迅速凝固形成铸件。 因此压铸生产一个循环过程的时间较短，在各种铸造工艺中，压铸方法的生产效率最高，适合大批量生产。 （5） 方便使用镶嵌件。压铸模具上的成型部分，可以使用镶拼式结构，这种镶拼式结构依靠在压铸模上的定位机构安装在一起。 镶拼结构的压铸模具易于生产、更换，更加经济，同时也能够满足压铸件特殊结构的性能要求。 （二） 缺点 （1） 压铸件常有气孔和氧化夹杂物存在。 在金属液高速充填型腔的过程中， 型腔中的气体可能会因为不能及时排除而残留在形腔内， 从而引起气孔、 夹杂等缺陷。同时，残留在铸件气孔内的气体在高温下膨胀，会引起压铸件表面起泡。 （2） 不适合小批量生产。 由于设计及生产压铸模具费用昂贵， 压铸所需设备也较为昂贵。因此压铸方法只适合高效率、大批量的生产，小批量生产成本较高。 （3） 压铸件尺寸受到限制。 生产大型压铸件所需要的模具较大， 生产工艺中需要的锁模力、浇注量以及模具安装尺寸等参数，受到压铸机型号的限制。因此用压注方法生产大型压铸件比较困难。 （4） 压铸合金种类受到限制。 由于压铸模具受到使用温度的限制， 目前主要用来压铸锌合金、铝合金、镁合金及铜合金。6 1.1.3 压铸工艺的适用范围 1.1.3 压铸工艺的适用范围 压铸工艺现如今在工业生产中应用非常广泛，其生产效率高，成型零件结构复杂多样，因此在各个领域都有较快的发展。 压铸工艺主要用于汽车、摩托车制造业、电子电信产业、航空器材、精密器械等行业13。其中汽车和摩托车制造业是最主要的应用领域，汽车约占 70%，摩托车约占10%。生产的主要零件有汽车引擎汽缸体、汽车车身、变速箱壳体、引擎罩、仪表及照相机的壳体及支架，管接头齿轮等。 1.2 压铸工艺的发展概述 1.2.1 压铸的发展历史 1.2 压铸工艺的发展概述 1.2.1 压铸的发展历史 一般认为最早的压力铸机械出现在 19 世纪初期，那时印刷行业广泛使用铅锡合上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计6 金来压铸铅字，19 世纪中叶已有专利提出。 热压室压铸机与 1894 年诞生在英国，随后 1907 年出现了首个气动活塞压铸机。 1920 年英国开发了冷压室压铸机， 使压铸机有可能生产铝合金和镁合金等压铸件。 1927 年捷克人约瑟夫波拉克设计了立式冷压室压铸机。 1952 年前苏联制造出了第一台立式冷压室压铸机。我国在 60 年代也制造出了此种压铸机。 1958 年真空压铸机在美国获得专利。 1966 年美国人提出精、速、密压铸法。 1969 年美国人爱列克斯提出充氧压铸的无气孔压铸法4。 1.2.2 我国压铸行业现状 1.2.2 我国压铸行业现状 压力铸造在我国约始于 1940 年左右，最开始生产的主要为铜合金的挂锁、电风扇的铝制外壳等轻量、结构较为简单的压铸件。直到 1950 年以后，我国引进了捷克的立式压铸机和原苏联的卧式压铸机，并广泛推广应用。至此，汽车、电机等行业的大型复杂压铸件的生产开始步入正轨。随着压铸件生产的迅速发展，我国压铸工艺水平也有了很大的提升。到 1990 年后，我国的压铸技术已跻身国际前列，我国自主设计的压铸机性能优良，已经成为经典系列，在工业生产中被广泛使用。 1990 年以来，压铸模具制造行业在我国蓬勃发展。汽车以及摩托车制造行业的快速发展，引导用于生产零部件的压铸模具技术日趋成熟。用于生产大型、结构复杂压铸零件的模具被不断的设计、制造出来，随之压铸工艺的水平也得到了较高的改善。压铸模具不仅越来越复杂，能生产的铸件也更大，更加适合高效率、大批量的生产。 最近几年来随着 CAD/CAM/CAE 的各项计算机技术的普及，压铸模具的设计制造更加偏向于数字化。先通过采用各种 CAE 分析软件（如 ANYCASTING）等对压铸工艺金属液充填、热流场等进行分析，在进行模具的设计及制造的生产方法被广泛使用。同时随着模具用钢的发展，耐热钢种类及性能的不断改善，结合真空气体淬火等先进热处理技术，压铸模具的强度和生产性能得到了进一步提升。目前，我国压铸模具行业发展以达到相当水平，我国生产的模具完全可以满足各行业生产的需求。同时我国进口的大型、高精密、复杂的模具数量也在提升，随着我国技术水平的不断发展，也有不少模具企业的产品远销国外，提升了我国制造业在国际中的影响力13。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计7 1.2.3 压铸技术的发展方向 1.2.3 压铸技术的发展方向 随着压铸技术的不断进步，压铸和技术的发展方向一方面追求压铸合金的性能的提高，另一方面压铸件的性能要求也越来越高。如何满足压铸件薄壁、复杂结构、尺寸要求，同时以低成本的实现压铸生产的高效率和大批量，是主要研究的课题。压铸技术的发展方向可以分为以下几个方面： （1）数字化控制的设计、制造过程：随着汽车、电子等行业的发展，行业所需铸件的结构形式越来越复杂、性能要求越来越高，传统的图纸设计及制造方法，设计制造周期长，易于受到各种因素的影响，已经难以满足要求。得益于 CAD/CAM 等计算机技术的发展，在压铸模设计领域依靠计算机进行模具是三维设计，可以实现无纸设计及制造。同时使用计算机模拟分析软件，对铸件的成型工艺进行分析，模拟铸件生产过程中的金属液填充、冷却、热传递等过程。通过一系列的分析和计算，可以发现现定的生产工艺及模具设计中的缺陷，改善生产工艺、优化铸造方案。从而可以有效的提高生产过程中人为因素对生产产生的影响，减少错误，预防产品不良。将先进的计算机技术运用到压铸生产过程中，对各项设计及制造工艺进行科学管控，必定能大大改善现有的压铸工艺，提高铸件的各方面的性能。这也是今后压铸工艺的发展趋势之一10。 （2）新型压铸设备的发展：压铸机由于压铸合金的不同，在基本上可分成二大类， 即冷压室压铸机及热压室压铸机。 冷压压铸机适合铜、 镁、 铝等高温合金的压铸，而热压室压铸机则应用于锌、锡、铅等 低温合金的压铸。锌合金不但可利用热压室压铸机也可用冷压室压铸机机压铸。为了避免热压室压铸机的柱塞的铁元素对合金成分造成污染，高温合金都使用冷压室压铸机压铸。常用的压铸机分类见表1.1。 压铸机的先进性主要体现在生产过程中的稳定性和可再现性，即每次压射尽可能接近预先设定的理想的压射曲线。但在压铸过程中，有许多变量会影响压铸过程的稳定性，例如环境温度、模具的使用时间和压铸机的工作条件等，这些因素在认为不能改变的情况下，只能通过对这些变量引起的各项参数（如每次浇注量、金属液温度、模具温度、 型腔表面阻力、 液压油粘度） 等等变化进行及时的感知并进行有效的反馈，对发生改变的各项参数进行修正。一次压射的平均时间很短，对于较薄的铸件要求的填充时间更短，稳定的压射曲线需要压铸机的控制系统在短时间内（一般为一次压射所用时间的10%） 对压射系统的各项反馈系数进行处理， 从而控制压射曲线的稳定性。上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计8 这对电子系统和电子传感器提出来跟高的要求，通过在压铸机和压铸模具内部安装更加先进的传感器，可以实现对压铸过程的有效监控。这些传感器包括探测型腔成型部分热场的热传感器、探测金属液流动能力的传感器等，对于压铸过程参数变化的感知尤为重要。随着传感器和电子控制设备的发展和专业化，压铸过程的稳定性将得打稳步提升，压铸件的组织及性能也将得到较好的保证。 表1.1 压铸机的分类 分类特征 基本结构方式 压室浇注方式 1.卧式压铸机1.冷压室压铸机 2.热压室压铸机 压室的结构和布置方式 1.卧式压铸机 2.立式压铸机 功率（锁模力） 1. 小型压铸机（热室630KN,冷室4000KN,冷室6300KN） （3）压铸合金的发展：压铸合金是压铸生产的要素之一，压铸合金组织和性能能够直接决定压铸件的性能。组织性能优秀的压铸合金，生产的压铸件可以具有更加复杂的结构和精度要求。 能够在满足压铸件严苛的性能要求下， 完美的实现压铸工艺。 目前，共有铝合金、纯铝、锌合金、镁合金、铜合金、铅合金、锡合金等多种材料可以用于压铸生产。其中铝合金、锌合金应用最广，镁合金成增长态势。目前铝合金压铸件产量较多，约占 60%80%，其次为锌合金压铸件, 约占 10%20%。铜合金压铸件较少，比例仅占压铸件总量 1%3%。镁合金压铸件过去应用较少，但随着近年来汽车工业、电子通信工业的发展和产品轻量化的要求，加之近期镁合金压铸技术日趋完善，从而使镁合金压铸件市场受到关注7。目前在世界范围内，已形成有一定规模的汽车行业、 IT 行业、 基础结构件的镁合金生产群体， 镁合金压铸件的产量明显增多，并且预计将来会有较大发展。 （4）压铸工艺的发展：随着压铸水平的发展，出现了很多新的压铸工艺。其中上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计9 真空压铸、充氧压铸、精密速压铸、半固态压铸等是较为典型的新型压铸工艺。 1)真空压铸是将液态金属液充入型腔之前，将型腔中的气体抽空或部分抽空。抽空后型腔中的气压较低，易于金属液的填充。同时由于空气被抽空，可以大大降低铸件中出现气泡和氧化夹杂的几率，提高铸件的组织性能和表面质量。但是该方法成本较高，实现较为困难，仍存在一定的限制因素。 2）充氧压铸是将型腔中的空气替换为氧气进行压铸的工艺方法。由于型腔中有了氧气，因此液态金属中的活性金属会与氧气反应产生固体氧化物。在压铸过程中，金属液进入成型型腔， 大部分氧气从排气槽排走， 剩余的氧气则会和金属液发生反应，反应生成氧化物。由于残留的延期被反应掉，从而可以减少铸件中气孔的形成。这种工艺方法操作简单，可以适应多种压铸条件，也得到了一定的应用。但其经济优势不明显，并且氧气的充填量需要严格计算及控制，依然存在制约因素。 3）精密速压铸是精密、高速压铸的总称。精密速压铸有两个压射冲头，浇注过程中两个压射冲头一起工作，注射金属液。当型腔充满度达到一定数值后，一个压射冲头关闭，内压射冲头继续工作，通过精密控制对铸件进行补实，从而保证型腔充填度和铸件的完整度。这种工艺方法一般用于对铸件精度、性能有较高要求的产品生产中。 4）半固态压铸是利用半固态合金进行注射压铸的生产工艺。和一般压铸中的全固态合金相比，半固态合金的固态组分在 1550%之间，固态组分越多相对应的粘度也会增加。同时注射过程中半固态合金由于激烈搅拌，而产生了较高的搅溶性。因此具有这两项物理性能的半固态金属合金成型出的铸件具有优良的性能。另外由于半固态合金中固态成分占有较大比例，可以有效进行补缩，防止铸件产生缩松、浇不足等缺陷。相比于全液态压铸，这种压铸工艺也因其特殊的性能得到一些应用。 2 压铸产品工艺分析 2 压铸产品工艺分析 2.1 产品结构分析 2.1 产品结构分析 本次需要压铸生产的产品为汽车变速箱挡板零件，变速箱是汽车传动系统的重要组成部分，汽车的行驶状况复杂，变速箱需要控制汽车完成一系列的行驶过程。变速箱挡板安装于变速箱上，属于长期使用的零件，对表面质量和结构精度都有一定的要求。从汽车零件轻量化的角度考虑，变速箱挡板适用于材质较轻的材料。挡板上开有上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计10 U 型孔，附有凸台等结构，挡板中间部分有弯曲结构，弯曲处设置加强筋，以提高挡板的结构强度。产品工程图见图 2.1，产品 3D 造型图见图 2.2。 图 2.1 变速箱挡板工程图 2.2 产品生产工艺分析 2.2 产品生产工艺分析 变速箱挡板的壁厚较薄， 产品包含凸台、 加强筋、 弯曲结构等， 使用一般的冲压、锻造等工艺不易达到产品的形状要求，使用压铸工艺的方法进行生产更加合适。考虑到产品的需求量大，使用压铸工艺生产可以有效的提高生产效率，同时使用压铸模具进行生产可以有效增加压铸件的尺寸精度和表面质量。 该挡板的模具设计中需要用到镶块、型芯等机构，无侧向抽芯机构，可以使用推杆进行推出，模具可分为动模和定模两部分。考虑到压铸材料为铝合金 YL108，可以采用卧式冷压室压铸机进行生产。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计11 图 2.2 变速箱挡板 3D 造型图 2.2.1 压铸合金 2.2.1 压铸合金 对压铸合金的基本要求有： （1）材料力学性能、耐腐蚀性能、加工性能和其他符合产品工作条件的要求。 （2）具有较好的液态流动性能，液态流动性好的合金更适合生产薄壁、形状结构复杂的压铸件。 （3）热裂倾向小，能够防止在压铸过程中产生热裂。 （4）收缩率小，一方面可以保证产品的尺寸精度，另一方面可以防止产品脱模时产生裂纹和变形。 （5） 熔点较低， 熔点低的压铸合金能够有效延长模具使用寿命。 （6）货源充足，性价比能够满足生产的经济要求1。 压铸铝合金成型性能好质量较轻，压铸材料可选为压铸铝合金 YL108。YL108 压铸铝合金可热处理强化，在高温以及室温条件下，力学性能较好。该合金密度下，热胀系数低 ，耐热性好。其铸造工艺性能优良，无热裂倾向，气密性高，线收缩小，但有较大的吸气倾向，切削加工性较差。且需要变质处理。因此完全适合此铸件的生产，是变速箱挡板理想的生产材料。 2.2.2 压铸件的尺寸精度 2.2.2 压铸件的尺寸精度 变速箱挡板压铸件要求具有一定的尺寸精度， 根据国标GB/T1800.3-1998的规定，为压铸件选用 IT13 级的尺寸精度。压铸件中有弯曲部分，弯曲部分角度 107，角度公差根据压铸件角度公差表选则级公差，角度公差为 10725。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计12 2.3 压铸件的结构要素 2.3.1 压铸件的最小壁厚 2.3 压铸件的结构要素 2.3.1 压铸件的最小壁厚 压铸件的合理壁厚取决于铸件的具体结构、压铸合金种类和压铸参数等因素。压铸件的壁厚以正常、均匀为佳，参考压铸件最小壁厚表、压铸材料以及压铸件具体尺寸，压铸件的最小壁厚为 1.2mm，该压铸件平均壁厚为 3.8mm，最薄处为 3mm，除去凸台部分的壁厚均为 3mm，较均匀，满足铝合金材料生产工艺的要求。 2.3.2 压铸件的铸造圆角半径 2.3.2 压铸件的铸造圆角半径 铸造圆角可使金属液流动更加顺畅，气体更让容易从型腔内排出，从而提高压铸件的质量，也可因此避免因锐角而产生裂纹等缺陷。根据铸造圆角半径的计算公式，铸造圆角最小 rmin=1mm，最大 rmax=3mm，弯曲处外壁圆角半径 R=6mm。 2.3.3 压铸件的脱模斜度 2.3.3 压铸件的脱模斜度 压铸件的脱模斜度大小与铸件几何形状和铸件的基本尺寸有关，变速箱档案压铸件无侧向抽芯机构，推出距离较短，在允许的范围内采用较大的脱模斜度，以减小推出力，脱模斜度可取 050， 2.3.4 压铸件的加强筋 2.3.4 压铸件的加强筋 考虑到压铸件需要具有一定的结构强度，在压铸件弯曲处加入加强筋，加强筋在压铸件中心线两侧均与布置，厚度与壁厚保持均匀取 3mm。 3 浇注系统的设计 3 浇注系统的设计 3.1 分型面的确定 3.1 分型面的确定 分型面是从模具中取出铸件和凝料的动、定模接触面，通常指的是压铸模的定模与动模表面。分型面取决于压铸件的形状结构，具体压铸工艺以及浇注系统的布置。分型面位于压铸模具成型部分的重要位置，因此一般选择分型面作为压铸模制作的基准平面。在选择分型面时，除根据压铸件的形状结构，具体压铸工艺以及浇注系统的布置外，还应对压铸模的模板装配、模具制造以及铸件的开模、推出等诸多因素进行详细分析。 设计分型面时应注意以下几点: 1) 尽可能地使压铸件在开模后留在动模部分； 2) 有利于浇注系统、溢流排气系统的布置； 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计13 3) 保证压铸件的尺寸精度和表面质量； 4) 简化模具结构、便于模具加工； 5) 避免压铸机承受临界载荷； 6) 考虑压铸合金的性能2。 变速箱挡板零件只需要一个分型面，根据压铸生产工艺和铸件的结构要求，选取铸件的最大截面作为分型面。分型面为阶梯式，倾斜角度跟随铸件的弯曲角度，分型面的位置布置共有两套方案： 方案(a):如图 3.1 所示，分型面布置在压铸件均匀壁厚的中间位置，铸件上半部分位于定模中，下半部分位于动模中，开模后留在动模中，随动模一起运动。该方案的优点在于铸件在定模、动模中分布均匀，开模后可以有效的留在动模中，但是分型面位于壁厚的中间，在中间位置上会出现痕迹，影响铸件的表面质量，同时动模镶块和定模镶块的型腔需要分开加工，增加了加工工作量，对加工精度的要求较高，对两半模具对位要求较高，动、定模错位要求小。 方案（b） ：如图 3.2 所示，分型面布置在压铸件底部，铸件大部分位于定模型腔中，加强筋部分留在动模型腔中，开模时依靠铸件开孔处对型芯的包裹力，使铸件留在动模上一起运动。由于主要型腔位于定模镶块上，加工方便，相对方案（a）加工精度要求较低，结构简单，动、定模型腔错位对铸件影响小。同时分型面上的痕迹易于切除，很好的保证了铸件的表面质量。 综合方案（a） 、方案（b） ，方案（b）的分型面布置更为合理，压铸件的模具设计中分型面采用方案（b）布置。 3.2 浇注系统的确定 3.2 浇注系统的确定 浇注系统连接着铸件和压铸机的压室，是金属液流动的必经之地。浇注系统引导液态金属从压铸机的压室流入成型型腔中。 这一部分浇注系统包括了直浇道、 横浇道、过渡横浇道、点浇口等结构。同时浇注系统还包含了溢流、排气系统，溢流、排气系统与金属液进入型腔的部位、方向、流动状态等密切相关，并能调节填充速度、充填时间、型腔温度等充型条件。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计14 图 3.1 方案（a） 图 3.2 方案（b） 考虑到零件的生产效率方面的要求，为了有效提高生产速度，浇铸系统选为一模两腔，两个铸件同时成形。浇注系统分为直浇道、过渡横浇道、横浇道、内浇口，金属液的充填形式为从铸件的一端流入，使金属液沿着铸件的型壁顺序填充，浇注系统的布置形式如图 3.3、3.4 所示. 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计15 图 3.3 浇注系统布置图 图 3.4 浇注系统布置图（三维造型） 3.2.1 内浇口的设计 3.2.1 内浇口的设计 内浇口的设计主要为确定内浇口的形状、位置和尺寸。目前关于内浇口的尺寸及位置的计算，因不同铸件而异，铸件的形状多种多样，很难找到统一的公式公式进行计算。设计内浇口时应当尽量满足设计原则，在遵循设计原则的基础上可根据经验数上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计16 据进行设计和布置 （1）内浇口截面积计算 内浇口截面积根据公式 2.1： ? （2.1） 计算，式中 Ag内浇口截面积（mm） ； G通过内浇口的金属液质量（g） ； 液态金属的密度（g/cm） ； vg内浇口处金属液流速（m/s） ； t型腔的充填时间（s） 。 由计算可得内浇口的截面积约为 43.3mm。 （2）内浇口厚度、宽度的设计 内浇口的厚度和宽度可根据经验数据，考虑到压铸材料和计算得出的内浇口截面积得出。压铸铝合金的内浇口厚度取 2mm，内浇口宽度去铸件边长的 0.60.8 倍，取24mm,得到的内浇口截面积为 48mm，满足要求。 3.2.2 横浇道的设计 3.2.2 横浇道的设计 横浇道是指从直浇道末端到内浇口之间的通道，由于该浇注系统采用一模两腔设计，因此横浇道部分分为过渡横浇道和主横浇道两部分。 横浇道的设计要点： 1) 横浇道的截面积应根据金属液流动的方向逐渐缩小，这样可以防止金属在流动过程中产生负压，出现金属液倒流、形成涡流等问题。 2) 横浇道的长度及厚度尺寸需要进行认真考虑和计算。厚度方面，若横浇道过薄， 会使金属液的热量流失， 对充型产生影响； 若过厚时冷却速度缓慢， 影响生产率，增大金属消耗。同时合适的横浇道长度，能增加压铸系统的稳定性，可以有效引导金属液的充型。 3) 横浇道截面积在任何情况下都不应小于内浇口截面积。多腔压铸模主横浇道截面积应大于各分支横浇道截面积之和。 4) 根据工艺上的需要可布置盲浇道，以达到改善模具热平衡条件。忙浇道还可以起到容纳余料残渣、冷污金属液和残留气体的目的。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计17 5) 模具上横浇道部分，应顺着金属液的流动方向研磨，其表面粗糙度不大于Ra0.2m。 6) 对于卧式冷室压铸机，在一般情况下，横浇道入口应位于直浇道的上方，防止压室中的金属液过早流入横浇道。 （1）横浇道与内浇口以及铸件的连接方式 横浇道与内浇口以及铸件的连接方式如图3.5所示， 铸件的横浇道设置在动模上，内浇口设置在定模上。横浇道与点浇口之间存在弧形过渡区域，金属液由点浇口进入模具型腔内。金属液进入型腔后，沿型腔内壁依次填充。这种使金属液顺着零件形状方向流动的方法，更加有利于金属液对型腔的填充，使铸件内部结构更加致密，增加了铸件的结构强度。内浇口厚度根据内浇口尺寸经验数据取为 2mm，内浇口厚度相对较薄，易于去除。 图 3.5 横浇道与内浇口以及铸件的连接方式 （2）横浇道的截面形状及尺寸 横浇道的截面形状设计成扁梯形，对于冷室压铸机来说，横浇道的截面积 ?=(23)?,根据截面积确定横浇道的尺寸，横浇道截面形状及尺寸如图 3.6 所示： 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计18 图 3.6 横浇道截面形状及尺寸 3.2.3 直浇道的设计 3.2.3 直浇道的设计 卧式冷压室压铸机的直浇道一般由压铸机上的压室和压铸模上的浇口套组成，在直浇道上的这一段称为余料。 直浇道设计要点： 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。 2) 浇口套的长度一般应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位，避免金属液在重力作用下进入横浇道，提前开始凝固。 4) 横浇道内应留有一定的脱模斜度，方便浇注系统余料的脱模，一般脱模斜度选定为 5。 5) 压室和浇口套的内孔，应在热处理和精磨后，再沿轴线方向进行研磨，其表面粗糙度不大于 Ra0.2m。 直浇道的内径 D 根据所需的压射比压和压室充满度选定，具体计算参见第三部分压铸机的选用。 3.2.4 浇口套的设计 3.2.4 浇口套的设计 浇口套的内径 D 由压射比压和压室充满度确定（参阅第三部分） ，浇口套的设计见图 2.7，在直浇道末端设有导流块，导流块上开有横浇道的槽。浇口套采用简单设计，头部外径尺寸与定模座板之间装配关系为过盈配合，依靠配合关系来实现浇口套的固定。这种设计使浇口套加工更加方便，更换拆卸、安装更加简单，易于更换。同上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计19 时浇口套尾部有脱模斜度， 为 130， 便于开模过程中铸件和浇口部分的脱模动作。 图 3.7 浇口套零件图 3.3 溢流排气系统的设计 3.3.1 溢流槽的设计 3.3 溢流排气系统的设计 3.3.1 溢流槽的设计 溢流槽设计要点： 1) 溢流槽的设置应有利于排出型腔中的气体，排出混有气体和被涂料残余物污染的前流冷污金属液，改善模具的热平衡状态。 2) 为了方便压铸件溢流部分余料的去除，溢流槽与压铸件连接处的溢流口应尽可能较薄。这样溢流系统去除后可以不影响压铸件的外观。 3) 注意避免在溢流槽与压铸件之间产生热节。 4) 一个溢流槽上不应开设多个溢流口或一个很宽的溢流口，以免进入溢流槽的金属液倒流回型腔。 该零件的溢流槽可均匀地布置在浇注系统另一侧的分型面上，用以排除金属液前部的气体、冷污金属，稳定流态，减少涡流，并改善铸件质量。 3.3.2 排气槽的设计 3.3.2 排气槽的设计 排气槽用于从型腔内排出空气及分型剂挥发产生的气体，其设置的位置与内浇口的位置及金属液的流态有关。为使型腔内的气体在压射时尽可能被压铸的金属液排出，上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计20 要将排气槽设置在金属液最后填充的部位。排气槽一般与溢流槽配合，布置在溢流槽后端以加强溢流和排气的效果。 该变速箱挡板的压铸模具中，每个型腔设有 3 个溢流槽和 3 个排气槽，两个溢流槽布置在铸件头部两侧，一个布置在铸件的尾部。头部的溢流槽位置是金属液最先冲击的部位，又为与内浇口两侧，有益于排除金属液流前头的气体、冷污金属液，稳定流态，减少涡流，并将折回浇口两侧的气体、夹渣排除。布置于型芯背部、铸件尾部区域的溢流槽，是金属液填充过程中被型芯阻止所形成的死角，也是由气体和夹渣形成的铸造缺陷之处， 布置该溢流槽可改善铸件的质量。 在溢流槽的末端布置有排气槽，由于压射比压较小，排气槽直接从溢流槽中直线引出，并依靠镶块与模架之间的配合间隙排出气体。 溢流排气系统的示意图如图 3.8 所示。 图 3.8 溢流排气系统的示意图 4 压铸机的选用 4 压铸机的选用 4.1 计算主胀型力 4.1 计算主胀型力 根据公式 3.1 计算主胀型力?主 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计21 ?主? （4.1） 式中：F主 主胀型力（kN） ； A 铸件在分型面上的总投影面积（cm） ，一般加上 60%作为浇注统和溢流排气系统面积，经估算，A61.1 cm； P 压射比压（MPa） ，查表取 P=70MPa； 由此得出： F主=427.7KN。 4.2 计算锁模力 4.2 计算锁模力 根据公式 3.2 计算锁模力?锁 F锁? K?F主? F分? （4.2） 式中 F锁 锁模力（kN） F分 分胀型力（kN） ，由于该零件无侧向抽芯机构，所以忽略分力； K 安全系数，取 1.25； 由此得出： F锁1.25427.7= 534.6 kN。 查出 J116D 型压铸机的锁模力为 630kN， 所得锁模力满足要求,所以可以选择该型号压铸机。J116D 型压铸机参数如表 4.1 所示。 4.3 压室容量校核 4.3 压室容量校核 压铸机初步选定后，压射比压和压室的尺寸也已得到初定，现在需要校核压室的容量是否能满足每次金属浇注量的要求，即： ?室? ?浇 式中 ?室 压室容量（kg） ?浇每次浇注重量（kg） ，应为铸件重量，浇注系统重量，排溢系统重量之和； 压室容量?室按照公式 4.3 来计算 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计22 表 4.1 J116D 型卧式冷室压铸机主要参数 项目名称 数值 合型力/ kN 630 拉杆之间的内尺寸（水平垂直）/mm 305305 动模座板行程/mm 250 压铸模厚度/mm 150350 压射力/kN 35 压室直径/mm 35/40 压射比压/MPa 5794 最大金属浇注量/kg 0.7（AL） 铸件投影面积/ cm2 67100 压室法兰直径/mm 85 压室法兰突出高度/mm 10 ?室?室? （4.3） 式中D室压室直径（cm） ； L压室长度包括浇口长度（cm） ； 液态合金密度（g/cm） ； K压室充满度，一般为 60%80%。 计算得出： ?浇? 0.57kg ?室? 0.61kg ?室? ?浇 压室容量满足要求。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计23 5 压铸模及其成型零件设计 5 压铸模及其成型零件设计 5.1 压铸模总体结构设计 5.1 压铸模总体结构设计 压铸模由定模和动模两大部分组成。定模固定在压铸机的定模安装板上，浇注系统与压室相通。 动模固定在压铸机的动模安装板上， 随动模安装板移动而与定模合模、开模。开模时，动模与定模分开，推出机构将压铸件从型腔中推出。 该压铸件的模具总装图如图 4.1 所示。 图 4.1 压铸模具总装图 压铸模具总装图的技术要求： 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计24 1:模具最大外形尺寸 420X250X263； 2:选用压铸机 J116D； 3:压铸件材料为 YL108； 4:选用压室直径45,压射比压 80MPa； 5:在支撑板和定模套板上分别设有 M12 的吊装用螺钉孔。 5.2 压铸模模架设计 5.2 压铸模模架设计 模架是模具的主要零件，是用于固定和设置成形镶块、浇道镶块、浇口套以及抽芯机构、导向零件等的基体。主要构件有动、定模座板，动、定模套板，支承板，卸料板以及定位销、紧固零件等。设计模架时，主要根据已确定的设计方案，对有关构件进行合理的计算、选择和布置。 根据设计要求，压铸模模架选取 250X355 尺寸系列，W=250mm，L=355mm。模架零件明细表见表 5.2. 表 5.2 变速箱挡板压铸模具零件明细表 序号 名称 代号 数量 材料 27 浇口套 Wyc-19 1 4Gr5MoV1Si 26 导流块 Wyc-18 1 4Gr5MoV1Si 25 定模镶块 Wyc-17 1 4Gr5MoV1Si 24 型芯 Wyc-16 2 4Gr5MoV1Si 23 动模镶块 Wyc-15 1 4Gr5MoV1Si 22 螺钉 GB70-2003 M10X45 6 35 21 推杆固定板 Wyc-14 1 45 20 推板 Wyc-13 1 45 19 螺钉 GB70-2003 M8X25 4 35 18 挡钉 GB4678.14-84 2 35 17 推板导套 Wyc-12 4 T8A 16 推板导柱 Wyc-11 4 T8A 15 推杆-3 Wyc-10 2 T8A 14 推杆-2 GB4678.11-84 8 T8A 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计25 13 复位杆 GB4678.11-84 4 T8A 12 推杆-1 Wyc-09 2 T8A 11 螺钉 GB70-2003 M10X95 4 35 10 动模坐板 Wyc-08 1 45 9 定位销 GB119-2003 10X90 2 T8A 8 垫块 Wyc-07 2 45 7 支撑板 Wyc-06 1 45 6 导套 Wyc-05 4 T8A 5 动模套板 Wyc-04 1 T8A 4 螺钉 GB70-2003 M10X35 6 35 3 导柱 Wyc-03 4 T8A 2 定模套板 Wyc-02 1 45 1 定模座板 Wyc-01 1 45 5.3 模架零件非标准件设计 5.3.1 定模座板设计 5.3 模架零件非标准件设计 5.3.1 定模座板设计 定模座板材料为 45#，热处理硬度为 220250HB。浇口套安装在定模座板上，浇口套安装孔的位置尺寸与所用压铸机精确配合，与浇口套配合部分粗糙度为 Ra0.8。定模座板上开有固定于压铸机上的 U 型孔，定模座板通过 6 颗 M10 的螺钉与定模套板相连。 定模座板的两个安装表面， 上表面以下表面为基准须保证 0.01 的平行度公差。定模座板零件图如图 5.3 所示: 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计26 图 5.3 定模座板零件图 5.3.2 动模坐板设计 5.3.2 动模坐板设计 动模座板材料为 45#，热处理硬度为 220250HB。动模坐板上安装有两颗挡钉，用于固定推板和推出机构，保护动模坐板不受冲击。同时挡钉与动模坐板间采用过渡配合，依靠配合间隙来固定挡钉，当使用达到一定时间后，挡钉可直接更换，更加方便快捷。动模座板上同样开有固定于压铸机上的 U 型孔，定模座板通过 4 颗 M10 的螺钉与支撑板相连，由于 M10 的螺钉较长，中间通过镶块，所以定模座板和支撑板之间还依靠 4 根定位销来定位，防止模具装配过程中出现位置偏差。定模座板的两个安装表面，上表面以下表面为基准须保证 0.01 的平行度公差，安装平面上要保证一定的粗糙度。定模座板零件图如图 5.3 所示: 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计27 图 5.3 定模坐板零件图 5.3.3 定模套板设计 5.3.3 定模套板设计 定模套板材料为 45#，热处理硬度为 220250HB。套板上开有冷却水道，水道同定模镶块上的水道相连，水道采用简易设计，共 6 条水道，水道直接贯穿模具，冷却水从一段进入从另一端流，模板与镶块的配合间隙中需加入密封圈，有效减少冷却水对模具的腐蚀。水道直径为 10mm，两边安装水嘴，使用内径为 8mm 的橡胶管提供冷却水 。套板靠 6 颗 M10 的圆柱头内六角螺钉与定模坐板固定。导柱的固定端固定于定模套板中，套板与导柱固定端配合为基孔制。套板各安装面有较高的表面要求，粗糙度为 1.6。套板与镶块配合部分长度较大，需保证粗糙到达到 Ra0.8，才能满足套板与镶块配合安装的要求。定模套板工程图如图 5.5 所示： 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计28 图 5.5 定模套版零件图 5.3.4 动模套板设计 5.3.4 动模套板设计 动模套板材料为 45#，热处理硬度为 220250HB。套板靠 6 颗 M10 的圆柱头内六角螺钉与支撑板固定。导套固定于动模套板中，套板与导柱固定端配合为基孔制。套板各安装面有较高的表面要求，粗糙度为 Ra1.6。套板与镶块配合部分长度较大，需保证粗糙到达到 0.8，才能满足套板与镶块配合安装的要求。导流块依靠台阶面固定于定模套板中，与定模套板形成配合 H7/m6。导流块固定孔位置需保证与浇口套固定孔位置精确配合。定模套板工程图如图 5.5 所示： 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计29 图 5.5 定模套版零件图 5.3.5 支撑板设计 5.3.5 支撑板设计 支撑板位于垫块上方，支撑整个定模和动模上部分的重量、在合模时承受锁模力的影响。从受力程度和结构位置上看，支撑板都处于重要的一环。支撑板的厚度选择也是模具设计过程中需要重点关注的。 1)支撑板的厚度根据铸件的分型面投影面积大小决定，投影面积大的支撑板厚度越厚,反之则较小。 2）在铸件的投影面积相同的条件下，压射比压大、支撑板厚度取较大值，压射上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计30 比压小时，厚度也取较小值。 3）当模座上的垫块设置在支撑板长边两端时，则支撑板厚度取较大值，设置在支撑板的短边两端时取较小值。 4）当采用不同套板时，套板底部厚度为支撑板厚度的 0.8 倍。 本套变速箱挡板模具中， 铸件投影面积较小， 使用的压铸机为J116D小型压铸机，压射比压 70MPa，支撑板总体承受的载荷相对较小。 动模支撑板厚度 h 可按以下公式（5.1）计算： ? ? ? （5.1） 式中 P动模支撑板所受总压力，P=pF。其中 F 为铸件在分型面上的投影面积(3600mm） ，p 为压射比压（70MPa） ； B动模支撑板长度(mm)； L垫块间距（mm） ； 钢材许用弯曲强度（MPa） 。 动模支撑板材料为 45#，回火状态，静载弯曲载荷时，可选取 100MPa，支撑板长度 355mm，垫块间距 280mm。 根据以上数据计算，h=31.2mm，由此设计支撑板厚度为 40mm。 支撑板零件图如图 5.6 所示，支撑板上开有推出机构的推杆、复位机构的复位杆的孔，由于推杆和复位杆均固定与推杆固定板上，并与动模镶块相配合，所以对孔的定位尺寸有一定的要求。 设计方面这些孔与推杆、 复位杆之间均存在 12mm 的间隙，便于推出机构和复位机构的运动，另外也减小了对定位尺寸精度的要求。 支撑板依靠 6 颗 M10 的圆柱头内六角螺钉与动模套板固定，支撑板的上下安装表面均有 1.6 的粗糙度要求。 行位公差方面， 上下安装平面有 0.01 的平行度公差要求，两侧非安装平面有 0.025 的垂直度公差要求。推板导柱的一端也固定于支撑板内，与支撑板成 H7/m6 配合。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计31 图 5.6 支撑板零件图 5.3.6 垫块的设计 5.3.6 垫块的设计 垫块位于支撑板和动模座板之间，形成推出机构活动的空间，根据零件和型腔的具体形状和铸件的推出形式不同，推出机构的推出距离也不同。调整垫块的高度可以达到调整推出距离的目的。同时垫块位于模具中部，还起到吸收一定的载荷和振动的作用，能够提高模具的稳定性和整体强度。 垫块在压铸机合模时承受合模力而产生压缩变形，故要对其承压面积进行核算。其变形量可通过公式 5.2 计算。一般情况下变形量应小于 0.05mm，如垫块的变形量过上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计32 大应增大其受压面积： B ? ?PB/EF? ? 10? （4.1） 式中： B 垫块高度变形量(mm)； P 压铸机合模力(kN)； B 垫块高度(mm)； E 弹性模量，E=2105MPa； F 垫块受压面积（mm2） ，F=LH，其中 L 为垫块受压面的长度（mm） ； H 为垫块受压面的宽度（mm） 。 所选压铸机锁模力为 630kN 压铸机，采用两块垫块，每块垫块高度为 63mm，受压面长度为 250mm，宽度为 40mm，核算其受压面积是否满足要求: 由以上数据算得 B=0.039mm； 所以垫块的变形量小于 0.05mm，满足使用要求。垫块结构图如图 5.7 所示。 5.4 成型部分零件设计 5.4.1 压铸模成型尺寸计算 5.4 成型部分零件设计 5.4.1 压铸模成型尺寸计算 计算压铸模成形部分尺寸主要是为了设计压铸模成形零件。为了方便起见，先将尺寸分成几类，然后根据 IT13 级公差标上公差数值。再计算成形尺寸的数值。 计算尺寸之前，先确定材料的收缩率及各类尺寸的制造偏差。铸件材料为YL108，查得其平均计算收缩率为 0.7%；由于压铸件尺寸精度为 IT13 级，则型芯和型腔取 1/4，中心距、位置尺寸取 1/5。 （1）型腔部分尺寸计算 型腔尺寸按照公式 5.1，和公式 5.2 来计算： ? ? ? ? ? 0.7? (5.1） ? ? ? ? ? 0.7? （5.2） 式中 ?、?型腔尺寸或型腔深度尺寸（mm） ； 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计33 图 5.7 垫块零件图 式中 ?、?型腔尺寸或型腔深度尺寸（mm） ； D、H铸件外形的基本尺寸； 铸件计算收缩率（%） ； 铸件公称尺寸的偏差； ?成形部分公称尺寸的制造偏差1。 A 类（磨损后增大）尺寸： 1）3?.?，计算后?=2.95?.? 2）4?.?，计算后?=3.94?.? 3)5?.?，计算后?=4.95?.? 4）38?.?，计算后?=38.07?.? 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计34 5）46?.?，计算后?=46.13?.? 6）43?.?，计算后?=43.11?.? 7）16?.?，计算后?=15.98?.? 8）30?.?，计算后?=30.05?.? 9）39?.?，计算后?=39.10?.? B 类（磨损后减小）尺寸： 1)?4?.?，计算后?=4.12?.? 2)8?.?，计算后?=8.13?.? C 类（定位尺寸）尺寸： 1）80.11，计算后?=8.060.022 2）320.195，计算后?=32.220.039 3）120.135，计算后?=12.080.027 4）220.165，计算后?=22.150.033 5）200.165，计算后?=20.140.033 （2）型芯部分尺寸计算 型芯尺寸按照公式 4.3，和公式 4.4 来计算： ? ? ? ? ? 0.7? ? ? ? ? ? 0.7? 式中d、?型芯尺寸或型芯高度尺寸（mm） ； d、h铸件外形的基本尺寸（mm） ； 铸件计算收缩率（%） ； 铸件公称尺寸的偏差（mm） ； ?成形部分公称尺寸的制造偏差（mm） 。 尺寸计算： 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计35 1）r4?.?，计算后?=r4.15?.? 2）3?.?，计算后h?=3.12?.? 3）40.09，计算后?=4.030.016 5.4.2 定模镶块设计 5.4.2 定模镶块设计 本变速箱挡板压铸模具成型部分采用镶拼式结构，镶拼式结构成型部分的型腔和型芯是由镶块拼接而成的，并装入模具套板内进行固定。镶拼式结构有很多特点： 1）对于复杂的成型表面，镶拼式结构可以使用机械加工代替钳工操作，简化了加工过程，提高了模具质量； 2）镶拼式结构是模具钢能够得到充分的使用，从而降低生产成本； 3）可以减少模具磨损或失效后的更换和修理成本，易于更换修理； 4）镶拼式结构可以充分利用配合间隙进行排气，使型腔充填更加容易。 5）合理的镶块结构可以减少热处理变形。11 定模镶块包含主要成型型腔、点浇口、溢流槽和排气槽等重要功能结构。靠台阶面固定在定模套板上。成型型腔内表面粗糙度有较高的要求，需要达到 Ra0.1，其他配合表面粗糙度要求达到 Ra0.8。镶块材料为材料 4Cr5MoV1Si，热处理 4347HRC。镶块成型部分脱模斜度为 030，以保证开模时铸件和浇注系统能顺利留在动模内，随动模一起脱出。 由于模具采用一模两腔的形式生产铸件，因此对于镶块两边斜面的倾斜角度有较高的精度的要求，两边斜面的角度允许的误差范围在在 025以内，过高的误差会导致动模镶块的装配问题，也会影响铸件的精度和浇注系统的平衡性。同样，对于镶块各安装表面的平行度和垂直度的形位公差，也有较高的要求。 冷却系统开于定模镶块上， 每一腔上面开有三条水道， 均匀冷却铸件的各个部分。水道的定位尺寸要与定模套板的尺寸保持一致，镶块与套板的配合间隙中间加有密封圈，防止冷却水对镶块和模具产生腐蚀。 定模镶块底部与导流块和浇口套都有配合，固定孔的尺寸需要与压铸机压室固定尺寸精确配合，确保压铸机压室和浇口套、导流块位置对齐。 定模镶块零件图如图 5.8 所示。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计36 图 5.8 定模镶块零件图 5.4.3 动模镶块设计 5.4.3 动模镶块设计 动模镶块材料为 4Cr5MoV1Si,热处理硬度为 4347HRC，未注圆角 R1R2。型芯靠台阶面固定于动模镶块上，与动模镶块的配合长度为 20mm。推杆、复位杆均通过动模镶块。动模镶块的台阶面角度 107与零件 25 定模镶块相配作。 动模镶块零件图如图 4.9 所示: 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计37 图 4.9 动模镶块零件图 5.4.4 型芯设计 5.4.4 型芯设计 型芯安装在动模镶块上，一共有 4 个型芯，每个铸件需要两个型芯成型。型芯设计的台阶段较厚，可以有效提高型芯的稳定性，防止金属液冲击一起型芯颤动。点浇口位置上有凸出的阻拦结构，可以是金属液在点浇口处分流，防止金属液直接冲击型芯。型芯成型部分有脱模角 1，便于铸件的推出。型芯与金属液接触的成型部分表面粗糙度要求较高，为 Ra0.1。 型芯零件图如图 5.10 所示： 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计38 图 5.10 型芯零件图 5.4.5 冷却系统的设计 5.4.5 冷却系统的设计 在压铸模中，冷却系统是用来冷却模具，降低熔融金属液带给模具的热量，将模具的温度下降到最佳工作状态的一个系统。模具通常有以下几种冷却方式：（1）水冷却，水冷却是在模具内设置冷却水通道，把冷却水注入模具中带走热量。水冷的效率高，容易加工和控制，成本低，是最常用的模具冷却方法。（2）风冷却，风冷却是通过使用鼓风机或者空气压缩机产生的风力吹走模具的热量。风冷的方法简单，模具内也不需要设置冷却装置；但是它的效率太低，无法带走太多的热量，冷却时间也过长，所以一般用于熔点低，产生热量不高的合金或中小型薄壁件的压铸模中。（3）用传热系数高的合金（铍青铜、钨基合金等）冷却，用传热系数高的合金制成导热棒或者导热快，加入到型芯中，在另一端则设置散热片来将热量从模具中导出。（4）用热管冷却，热管就是一种装有传热介质的密封金属管。传热介质从热管的高温端吸收热量后蒸发，蒸汽在低温端放出热量冷凝，再通过管内的毛细层回到高温端。7本次变速箱挡板压铸模具的冷却系统采用的最常用的水冷方式，通过在定模镶块、定模套板上设置水道，接入胶管通入冷却水给模具的镶块和型芯降温，达到冷却的效果。冷却水道布置于型腔上方，沿型腔均匀布置，使冷却更加均匀，防止铸件因冷却不均产生缺陷。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计39 6 压铸模具的温度 6 压铸模具的温度 压铸模在使用前要预热到一定的温度后才能进行使用。这是因为，如果压铸模具在使用之前没有预热，高温的液态金属进入型腔之后，遇到冷的压铸模，会过早开始冷却， 金属的流动性降低， 对于型腔的充填产生阻碍作用， 造成裂纹、 浇不足等缺陷。从保护压铸模具的角度讲，事先预热模具有助于延长压铸模具的使用年限。高温的金属液进入型腔，会对压铸模具产生一定的热冲击，是模具成型部分与其他部分受热不均，易引起模具局部疲劳断裂。如果在压铸过程周期中，模具的温度变化过大，必然会导致模具疲劳，降低模具的使用寿命。 压铸模预热方法有很多，一般多用煤气喷烧、喷灯、电热器或感应加热。该压铸模采用的是煤气喷烧的预热方法。 在压铸生产过程中，由于敢问金属液的涌入，模具温度会急剧升高。当模具升高到一定温度后，可能会因为冷却时间较短，铸件来不及完全凝固就脱模推出，造成铸件的缺陷和不良。为了提高压铸生产的效率，加快铸件的冷却速度，因此在型腔周围布置冷却系统。采用冷却水道对压铸模进行冷却，提高压铸工艺的质量。 7 压铸模具涂料 7 压铸模具涂料 在压铸过程中，为了避免压铸模与铸件粘合、减少顶出铸件时的摩擦阻力和避免压铸模过分受热， 对型腔壁面、 型芯表面、 模具和机器的摩擦部分 （滑块、 顶出元件、冲头和压室）等所喷涂的润滑材料和稀释剂的混合物，通称为压铸涂料。对压铸涂料的谨慎选用与合理的喷涂操作是保证铸件质量、提高压铸模寿命的一个重要因素。 压铸涂料的作用有： 1) 对模具浇道和型腔内壁产生较好的润滑作用。 2) 阻隔金属与模具之间的热传递，是金属在完全充填型腔前保持足够的流动性，提高铸件的质量。 3) 保护模具，减少金属液对模具的腐蚀和冲击，提高模具的使用年限。 4) 对于个别合金，可以防止脱模时铸件粘在型腔内壁无法脱出。 对涂料的要求有： 1) 在高温状态下具有良好的润滑性。 上海工程技术大学毕业设计（论文）变速箱挡板成型工艺及模具设计40 2) 挥发点低，在 100150时，稀释剂能很快挥发，不增加型腔内气体。 3) 对压铸模及压铸件没有腐蚀作用。 4) 性能稳定，在空气中稀释剂不应挥发过快而变稠，存放期长。 5) 在高温时不会析出有害气体，并不会在压铸模型腔表面产生积垢。 6) 配制工艺简单，材料来源丰富、价廉。3 涂料的种类很多，常用的压铸涂料有胶体石墨（油剂） 、天然蜂蜡、氟化钠水、石墨机油、锭子油、聚乙烯煤油等。 该压铸模选用的是胶体石墨，该涂料用于铝合金，防粘效果好。 8 结论 8 结论 本次设计的压铸件变速箱挡板为薄壁件，
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