摩托车曲轴箱盖压铸工艺优化与模具设计.doc

毕业设计（论文）题 目： 摩托车曲轴箱盖 压铸工艺优化与模具设计 学 生： 指导老师： 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 学 号： 2013年6月I福建工程学院本科毕业设计(论文)作者承诺保证书本人郑重承诺： 本篇毕业设计(论文)的内容真实、可靠。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。学生签名： 年月日福建工程学院本科毕业设计(论文)指导教师承诺保证书本人郑重承诺：我已按有关规定对本篇毕业设计(论文)的选题与内容进行了指导和审核，该同学的毕业设计（论文）中未发现弄虚作假、抄袭的现象，本人愿承担指导教师的相关责任。指导教师签名： 年月日I目录摘要IAbstractII1绪论- 1 -1.1压力铸造的特点与应用- 1 -1.2压铸的发展概况- 1 -1.3 CAE技术的应用- 2 -1.4毕业设计内容- 2 -2压铸模具的整体设计- 4 -2.1 铸件工艺性分析- 4 -2.1.1铸件的工程图- 4 -2.1.2 压铸件分型面的确定- 5 -2.1.3 浇注位置和充填形式- 5 -2.2压铸成型过程及压铸机的选用- 6 -2.2.2 压铸机的校核- 6 -2.3浇注系统设计- 7 -2.3.1内浇口的设计- 8 -2.3.2横浇道的设计- 9 -2.3.3直浇道的设计- 10 -2.3.4排溢系统设计- 10 -2.3.5浇注系统三维图- 11 -3压铸模具的CAE模拟分析- 12 -3.1模型的导入与网格处理- 12 -3.2 参数设定- 13 -3.3模拟结果及分析- 13 -4模架及成型零件的设计- 15 -4.1 模架的设计- 15 -4.1.1 模架形式- 15 -4.1.2 模架尺寸- 16 -4.2浇注系统成型零件设计- 16 -4.3铸件成型零件设计- 17 -4.3.1压铸件的收缩率- 17 -4.3.2脱模斜度- 18 -4.3.3成形尺寸的计算- 19 -4.3.4 结构零件的设计- 22 -4.3.5液压抽芯机构设计- 23 -4.3.6滑块的设计- 24 -4.4 推出机构设计- 25 -5模具总装图- 27 -6总结- 29 -致 谢- 30 -参考文献- 31 -III摩托车曲轴箱盖压铸工艺优化与模具设计 摘要本文主要介绍了摩托车曲轴箱盖的模具设计和利用flow3D进行压铸工艺优化分析。针对结构复杂、尺寸较大，且具有薄壁罩形结构特点的压铸件，选择一模一腔、从分型面的端面进浇的梳妆形式。利用flow3D对铸件的最佳浇口位置、型腔填充过程、表面缺陷、卷气等进行分析。分析结果显示：采用梳妆形式的浇口温度分布均匀，表面缺陷少，表面成型质量高。采用不通孔模架结构，动、定模套板设置冷却系统，实现模具成形温度的控制。在抽芯机构设计中，采用液压抽芯机构和滑块机构，实现铸件的侧孔成型。采用推杆推出机构取代薄壁壳形常用的推板推出机构，简化了模具结构。此外，根据压铸件分型面的投影面积为1061cm2，压铸件的质量为8.293Kg，选择型号为J1180G的压铸机。压铸件的外形尺寸是：315mm268mm132mm，平均壁厚约为4mm，选用模架尺寸为840mm772mm800mm。根据的工作条件，分别计算了型腔、型芯、孔间距的尺寸及公差，最终确定成型零件尺寸。推出机构中，设置导柱进行导向、定位，采用限位块进行限位，共用52根端面直径8mm的圆截面推杆。根据制造成型零件的工作条件及特点选用H13模具钢。关键词：摩托车曲轴箱盖；压铸模具；flow3D；压铸工艺IMotorcycle crankcase casting mold design and process optimization AbstractThis paper mainly introduces motorcycle crankcase cover mold design and use of flow3D for casting process optimization analysis. For the complex structure, larger size, and has a bell-shaped structural characteristics of thin-walled die casting, choose a model of a cavity, from the parting face dressing poured into the form. Die castings best gate location, cavity filling process, surface defects, gas volumes were analyzed by use flow3D. The results show: the dressing form gate of temperature distribution is uniform, fewer surface defects, surface forming high quality. Using blind hole mold structure. Moving, stationary die plate is provided with cooling system sleeve, and mold forming temperature control. In pulling mechanism design, the use of hydraulic core pulling mechanism and slider mechanism, to achieve the casting side hole forming. By using push out replacement of thin-wall shell commonly used push board launch mechanism, simplified the mould structure. In addition, according to the casting parting projected area 1061cm2, die casting quality 8.293Kg, select the model J1180G die casting machine. Casting dimensions are: 315mm 268mm 132mm, the average wall thickness of about 4mm, use mold size is 840mm 772mm 800mm. According to the working conditions were calculated cavity, core, hole spacing dimensions and tolerances respectively, and ultimately determine the size of the molded part. The launch mechanism set up the guide post to guide,to position, using the limit block limit, sharing 52 end 8mm round sectional putter. According to manufacture of molded parts the working conditions and the characteristics of the material, selected H13 tool steel.Key words: motorcycle cr Use flow3D for ankcase cover；die-casting mold；flow3D.III1绪论1.1压力铸造的特点与应用压铸是在高压作用下将液态或者半液态合金以很高的速度压射进入模具型腔，并在高压下使铸件凝固和成形，是近代金属成形工艺中发展较快的一种高效率、少无切削和高精密的金属成形精密铸造方法。和普通铸件相比，压铸件内部组织致密，力学性能优良，尺寸精度高，表面质量好。压铸工艺在机械工艺、航天工业、汽车制造业和日用轻工业中，都占有重要地位。近年来，由于汽车和摩托车行业的迅速发展，推动了压铸件的的发展。汽车、摩托车上配套的铝合金压铸件大部分已经实现了国产化。CAD/CAM技术应用于压铸模型腔设计、型面造型与加工编程系统，广泛地采用电火花和数控铣加工技术，保证了型腔的尺寸精度。因而压铸模具结构的复杂程度、制造工艺、产品的外观质量和尺寸精度等方面，均有明显的提高，已经基本上能够满足汽车、家电、轻工等工业压铸件的要求。在模具钢的选用方面，3Cr2W8V已经较少应用，却普遍采用H13和ASSAB8407等材料，并经热处理和表面氮化处理，大幅度提高了模具寿命。模具设计与制造能力的高低，已经是衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一，它关系着产品质量和经济效益的提高，直接影响着国民经济的发展。许多新产品开发和生产在很大程度上依赖于模具的设计和制造技术，尤其在汽车、轻工、电子和航天等领域中有着重要作用1。1.2压铸的发展概况一般认为压铸的发展开始于19世纪初期，当时印刷行业广泛使用铅锡合金来压铸铅字。1905年H.H.多勒（Doehler）成功研制了一台最早的既能压铸铅、锡合金，又能压铸锌合金，且用于工业生产的压铸机。随后，V.瓦格内（Wagner）室压铸机。随着对压铸件的质量、产量和扩大应用，对压铸设备不断提出新的、更高的要求，这促使压铸生产更加迅速地发展。到1969年美国爱列克斯提出了充氧压铸的无气孔压铸法。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。而后，为了提高压射速度和实现瞬时增加压射力以便对液体金属进行有效的增压，提高致密度，出现了三级压射系统的压铸机。国内压铸技术的应用开始于20世纪40年代，但是工业化大量使用是始于20世纪50年代。随着经济迅速发展，我国的压铸技术取得了一定的成就，压铸机广泛使用于汽车、电工和航天等领域，压铸件的应用范围扩展到农机、机床、办公用具、军工等领域。至20世纪90年代，我国的压铸技术达到相当水平，已经能够自行设计和制造出成系列的、性能良好的压铸机。国内在10000kN以上的大型压铸机的应用也有所发展，已经开始采用了真空高压铸造技术及液态模锻技术。压铸设备的的发展方向，正向大型化、全自动化发展。迄今，压铸技术已经在我国形成了自己的体系，并正在稳步发展之中6。随着经济的快速发展，压铸市场十分活跃，压铸产业的高速增长带来了压铸模具制造工业的一片兴旺。根据中国模具工业协会经营管理委员会编制的全国模具专业厂基本情况统计，压铸模具约占各类模具总产值的5%，每年增长速度高达25%3。1.3 CAE技术的应用在以前计算机计算还未广泛应用于模具生产时，产品在模具设计前的分析只能是潜在的分析而去推断结果，只能通过长期设计所积累的经验去分析产品，而随着计算机CAE技术的广泛应用在压铸模生产，产品的充填与凝固的过程与结果能够真实体现，不在是靠经验去推断结果，使分析的结果更为真实更为准确。CAE技术的应用通过对成型工艺与浇注系统进行分析验证，提高模具的品质和产品的质量。CAE模流分析软件Flow-3D的运用，使得不需要去调模、试模或等加工后才知道产品缺陷就能准确知道产品成型后的缺陷位置与形成原因，降低了大量的工作量和时间，也降低了制造成本和模具反复修改的成本11-12。1.4毕业设计内容本课题设计内容是摩托车曲轴箱盖压铸工艺优化与模具设计，该压铸件的三维视图如图1-1所示。主要包括浇注系统、分型面、排溢系统、成形零件、推出机构、抽芯机构、模架设计以及利用Flow3D进行模流分析。其设计步骤如下：（1）压铸模具的总体结构；（2）利用Flow3D进行CAE模流分析（3）模架及成型零件的设计。图1-1 摩托车曲轴箱盖三维图2压铸模具的整体设计2.1 铸件工艺性分析2.1.1铸件的工程图所用压铸件为摩托车曲柄箱盖，该箱盖的材料为ADC12，其外形尺寸是：315mm268mm132mm，平均壁厚约为4mm，该压铸件形状复杂，筋多壁薄，要求壁厚均匀，组织致密，表面完整、平滑富有光泽，不允许有花斑，并且有较高的力学性能要求。 其工程图如图2-1所示。图2-1 工程图2.1.2铸件工艺特点及性能要求本次课题研究的是材料为ADC12的摩托车曲轴箱盖，它是摩托车发动机的主要构件，它的作用是容纳和支撑其内的所有零部件，保证它们之间的正确位置，是彼此之间能协调地运转和工作。该曲轴零件是一种典型的、相对复杂的、加工技术要求较高的箱体类零件。它的主要加工部分是分割面、轴承孔、缸孔、通孔和螺纹孔。结构中的多种孔、面，都要求相对较高精度。箱体零件是机器的基础零件，它将其它零件连结成一个整体，使各零件之间保持正确的相互位置关系。通过分析该曲轴箱盖的结构特点和工作要求，曲轴箱体同样具有普通箱体的特征和技术要求。曲轴箱由箱盖和底座两部分组成，曲轴箱体本身的钢度较差，不采用特殊措施很难保证其平面度、垂直度等要求。零件的精度对箱体内零部件的装配精度有决定性影响。它的成型质量的好坏将直接影响着摩托车的使用性能、工作精度和寿命。2.1.2 压铸件分型面的确定压铸模的动模与定模的结合表面通常称为分型面。选择分型面应该注意的要点如下：开模时保持铸件随动模移动方向脱出定模；分型面应选在压铸件外轮廓尺寸最大的截面处；有利于浇注系统、排气系统和溢流系统的布置；要求不影响铸件的尺寸精度；简化模具结构。本次设计的压铸件表面质量要求高，分型面设在最大投影面上，不仅便于模具的设计，而且有利于排气和分型，确保了表面质量。图2-2 分型面的确定2.1.3 浇注位置和充填形式铸件结构复杂，有两个侧抽芯，型腔大，所以不宜采用中心浇注。本次设计中横浇道采用变通的梳妆形式浇口，从底端浇注，浇注位置选在平台的端面，即分型面上。这样金属液沿型壁充满型腔，避免正面冲击型芯，排气条件良好；并且在浇口和溢流槽处可设置推杆，使压铸件上不留推杆痕迹。梳妆形浇口与压铸件分型面的链接方式如图2-3所示。这种充填形式，使金属液沿着一个大方向、同步、快速、较均匀的充满型腔，并将型腔内的气体通过排溢系统排除模外，避免金属液因回流产生碰撞涡流而卷气4。图2-3 梳妆形浇口连接方式2.2压铸成型过程及压铸机的选用2.2.1压铸件型号的选用及其主要参数本课题设计的压铸件在分型面的投影面积为1061cm2，压铸件的质量为8.293Kg，铝合金一般件的比压推荐值为3050Mpa，采用的是卧式冷室压铸机，其型号是J1180G，4参数见表2-1。表2-1压铸机的主要参数参数名称数值参数名称数值合模力/kN8000最大金属注入量（铝）/kg15拉杆内间距（水平垂直）/mm850850一次空循环时间t/s14.4动模座板行程/mm670压室法兰凸出高度/mm15模具厚度（最小/最大）420/950冲头跟踪距离/mm220压射位置/mm0,140,280铸件顶出力/kN360压射力/kN300750铸件顶出行程/mm180压室直径D/mm80/90/100/110/120系统工作压力/ MPa12.5压射比压/MPa38.2156机器总重W/t55最大铸造面积/cm25363015机器外形尺寸（长宽高）/mm9500280028302.2.2 压铸机的校核（1）锁模力的校核压射时，在压射冲头作用下，液体金属以极高的速度充填压型。在充填型腔的瞬间将产生动力冲击，达到最大的静压力。这一压力将作用到型腔的各个方向，力图使压型沿着分型面胀开，故称为胀型力。胀型力的大小可按下列公式计算3： F主=AP/10 (2-1)式中 F主主表示主胀型力，KN； P表示最终的压射比压，MPa； A表示铸件（包括浇注系统和排溢系统）在分型面上的总投影面积，。由于侧向活动型芯成形端端面面积相对整个铸件而言不大，故忽略分胀型力。 F锁K（F主+F分） (2-2)式中 F锁表示压铸件应有锁模力，KN； K为安全系数，一般取1.25。本次设计取比压值为40MPa，压铸件在分型面的投影面积A为1061cm2，一般另加30%作为浇注系统和排溢系统的面积。代入数据得：F主=10611.34010=5517.2KN F锁=8000KN1.255517.2=6896.5KN经校核，所选压铸机的锁模力合格。（2）压室额定容量的校核每次压铸的金属液总量不能超过压室可容纳的金属液总量，G压室（V1+V2+V3）/1000 （2-3）式中 G压室表示压铸机压室额定总量，kg； V1表示压铸件的体积，cm3； V2表示浇注系统的总体积,cm3; V3表示排溢系统及余料体积，cm3; 表示液态合金密度，g/cm3。代入数据：G压室=15kg(1059+214+178) 2.41000=3.48kg经校核，所选压铸机压室额定容量合格2.3浇注系统设计压铸模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压铸模型腔的通道。它包括直浇道、横浇道、内浇口、以及溢流排气系统等。浇注系统对金属液流动的方向、溢流排气条件、压力的传递、充填速度、模具的温度分布、充填时间的长短等各方面都起着重要的控制与调节作用。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率和模具的寿命10。根据压铸机的形式和引入金属液的方式不同，压铸模浇注系统的组成形式也有所不同，大体分热压室、立式冷压室、全立式冷压室这三种。该设计选用卧式冷压室型的浇注系统，由直浇道、横浇道、内浇口和溢流槽、排气道组成。2.3.1内浇口的设计（1）内浇口横截面积的计算充填速度表 2-2 充填速度推荐值合金铝合金锌合金镁合金黄铜充填速度2060305040902050根据参考文献3查得，铝合金密度为2.4g/cm3，充填速度推荐值为：2060m/s，注：当铸件的壁很薄，并表面质量要求较高时，选用较高的充填速度值；对于力学性能，如抗拉强度和致密度要求较高时选用较低的值。根据摩托车曲轴箱盖的使用环境和特点，其要求较高的力学性能，同时表面质量也不能太差。故选用40m/s的充填速度。2）充填时间填充时间是金属液最初从内浇口压入型腔开始到型腔充满的时间。填充时间主要取决于压铸件的壁厚和金属液的流动长度。在一般情况下填充时间的推荐值见参考文献3。摩托车曲轴箱盖的平均壁厚大约为4mm，根据充填时间推荐值：铸件平均壁厚为3.8mm，其型腔充填时间为0.050.12s。故选用充填时间为0.08s。由流量计算法公式3： （2-4）式中 Ag内浇口横截面积（mm2）； G通过内浇口的金属液质量（g）； 金属液的密度（g/cm3）； Vg内浇口处金属液的流速（m/s）； T型腔充填时间（s）。代入数据求得：Ag=8293/(2.4400.08)=1080mm2（2）内浇口横截厚度、长度、宽度的计算为保证金属液均匀地在内浇口整个宽度上流过，就要确定一个最小厚度。内浇口厚度过小，金属液中杂质可能把内浇口堵住一部分，内浇口有效流动面积变小。厚度过大，去除浇口困难，容易损伤压铸件。内浇口最小厚度不小于0.15mm，最大补超过压铸件壁厚的一半。根据参考文献3，可查得内浇口厚度的经验数据表和内浇口厚度相关公式。内浇口厚度h与凝固模数M的关系： h=k1M+k2 (2-5) 式中 h为内浇道厚度(mm) k1为系数(mm/cm)，铝合金k1=3.7； k2为系数(mm/cm)，铝合金k2=0.5 M为铸件的凝固模数，；V为压铸件体积(cm3)A为压铸件表面积(cm2)代入数据得h=3.7*1059/1061+0.54.2mm适当选取此铝合金铸件内浇口厚度为4.2mm，圆环件内浇口的宽度为外径和内径的0.250.3倍。外径和内径分别大约为60mm和64mm。所以宽度设为31mm；长度为45mm。2.3.2横浇道的设计（1）横浇道的形式及尺寸横浇道是指从直浇道末端到内浇口之间的通道没有时横浇道可划分为主横浇道和过度横浇道。根据铸件及内浇口特点，选用横浇道的形式如下，截面为矩形，浇道形状及尺寸如图2-6。 （a）直浇道、横浇道的形式 （b）横浇道的基本尺寸图2-6 横浇道立体图及具体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，见图2-7。图2-7 端面联接方式2.3.3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J1170A，其压室直径为80/90/100/110/120选取80mm为浇口套内径，其他尺寸根据情况自行设计。2.3.4排溢系统设计为了提高压铸件质量，在金属液充填型腔的过程中应尽量排除型腔中的气体，排除混有气体和被涂料残余物污染的前流冷污金属液，需要设计排溢系统。排溢系统由排气道、溢流槽、溢流口组成。溢流槽的结构如图2-8 所示。图2-8 溢流槽的结构（1)溢流槽尺寸设计溢流槽尺寸选取：溢流口厚度h=1.3mm；溢流槽厚度H=12mm；溢流槽A=30mm，B=35mm。溢流槽圆角半径R=5mm。（2）排气槽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，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。本次设计的排气槽结构如图2-9所示。排气槽由分型面上直接从型腔中引出来，呈曲折形状，有利于防止金属液从排气槽中喷射出来。图2-9排气槽三维示图根据参考文献3，本次设计选择排气槽深度为0.15mm；宽度为20mm。2.3.5浇注系统三维图图2-10带浇注系统和排气系统的铸件如图2-10所示，为铸件带有浇注系统和排溢系统的三维图。溢流槽、集渣包和排气部分设于分型面外围，用于排除型腔中的气体和排除并容纳冷污的金属液和氧化物。3压铸模具的CAE模拟分析3.1模型的导入与网格处理由于本次设计产品形状复杂，为了减少网格数，把网格划分如下图3-1：网格数为：Block 1 =4531800;Block 2 = 163800;Block 3 = 63840;网格总数为：4759440。图3-1 网格划分示意图（a）产品体结果查看 （b）型腔内部结构结果查看图3-2 网格划分结果查看图3.2 参数设定型腔的初始温度设为293k，压强采用相对压强。因为该产品是用ADC12材料制造而成，因此选择填充的金属液为ADC12，选择模具的材料为H13,设置进料边界条件，修改进料温度为973k，进料压射速度为400cm/s。再进行物理选项选择时根据分析任务选择air entrainment（气孔）、defect tracking（曲线）、gravity（重力）、heat transfer（热传递）、solidification（凝固）、viscosity and turbulence（湍流）。3.3模拟结果及分析图3-3为填充过程温度场充填过程数值模拟图，可以看出，从内浇口进入的金属液开始充填制件，在填充制品时温度差不会太大，而且温度分布较均匀。而金属液进入溢流槽时，此部分是制件中最狭窄的部位，其截面积比内浇口总面积小，阻止了后续金属液的流动，使得温度降低较快，在溢流槽容易形成冷凝等缺陷，正因为此部分狭窄，导致形成绕流。绕流进一步发展成为旋涡，造成在制件内部卷气，最终的卷气位置分布如图3-4所示，卷气情况随着充填位置和浇口位置的距离增大而增大，在溢流槽位置处卷气特别严重，这也是设置溢流槽的主要原因。溢流槽的另一好处从图3-5能够很好体现，溢流槽的设置使得整个产品的表面缺陷几乎为零。从图中可看出：除了部分螺纹空和凹槽处，铸件整体表面缺陷少；温度分布较紧凑、温差不大；制品表面卷气情况稀少，主要集中在集渣包和排气槽上，表面成型结果也较好，分析结果符合设计要求。 (a)充填0.012秒时的温度分布 (b)充填0.029秒时的温度分布 (c) 充填0.038秒时的温度分布 (d) 充填0.057秒时的温度分布图3-3 铸件充填过程的温度分布 (a)卷气情况正面结果图 (b)卷气情况反面结果图图3-4 卷气位置分布图(a) 表面缺陷情况正面结果图 (b) 表面缺陷情况反面结果图图3-5表面缺陷分布图4模架及成型零件的设计4.1 模架的设计模架是固定和设置成型镶块、浇道镶块、浇口套以及抽芯机构、导向零件等的基体。一副压铸模具由一下几部分组成：成形零件、浇注系统、开合模导向机构、脱模机构、侧向分型与抽芯机构、温度调节系统、排气系统、其他零部件等组成。其中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5。4.1.1 模架形式（1）通孔的模架动模架、定模架分别由动模套板、定模套板、支承板、定模座板所组成，定模镶块、动模镶块、浇道镶块固定在套板内，有支承板、定模座板压紧。模体的加工工艺性好，但是设计时应注意支承板的强度，防止镶块受反压力时变形，影响铸件尺寸和精度。多腔模和组合镶块的模具大多采用这种模架形式。 (2)不通孔的模架动模、定模分别由动模套板和定模套板单体形成，定模镶块和动模镶块及浇道镶块用螺钉紧固在模体上，组成零件少，结构紧凑。根据以上两种模架的形式特点，本次设计选用不通孔的模架形式。其结构形式如图4-1所示。图4-1 不通孔模架结构形式1.定模套板；2.动模套板；3.垫块；4.模座螺钉；5.圆柱销；6.动模座板；7.推板；8.推板导柱；9.推板导套；10.推板螺钉；11.限位钉；12.推杆固定板；13.复位杆；14.导柱；15.导套。4.1.2 模架尺寸查阅参考文献4压铸模模架尺寸参考系列，确定本次设计的模架尺寸如表4-1。表4-1模架尺寸主要尺寸定模套板动模套板动模座板垫块推板复位杆WLBCFW1EW2G50085020020050802003304020推杆固定板导柱导套推板导柱动、定模套板螺钉推板螺钉模座螺钉W3H导向段直径固定段直径导向段直径10M12M1010M2433020405032续表4.2浇注系统成型零件设计（1）浇口套的结构浇口套的设计，根据所需压射毕业和压室充满度选择压室和浇口套的内径D（参阅参考文献3）。本次设计所选的浇口套，其内浇道直接D为80mm。浇口套的基本尺寸见图4-2所示。图4-2 浇口套的结构（2）浇口套与压室的连接方式浇口套与压室的连接方式如图4-3所示。图（a）为平面对接：为了保证同轴度应提高加工精度和装配精度；图（b）保证了它们的同轴度要求。本次设计采用（a）类连接，即平面对接的方式，此类连接便于装卸。（3）浇口套的尺寸与配合精度浇口套尺寸应根据具体情况设计，具体尺寸参见浇口套的CAD图。配合精度：取、取、取 、取、取。图4-3 压室与浇口套的连接方式（4）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，并且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。底座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。4.3铸件成型零件设计4.3.1压铸件的收缩率（1）实际收缩率压铸件的实际收缩率是指室温下模具成形尺寸与压铸件实际尺寸的差值与模具成形尺寸之比，即 （4-1）式中 表示室温下模具型腔尺寸，mm； 表示室温下压铸件实际尺寸，mm。（2）计算收缩率设计模具时，设计成形零件尺寸所采用的收缩率为计算收缩率，它包括了压铸件收缩值及模具成形零件在工作温度时的膨胀值，即= （4-2）式中 表示计算得到的模具成形零件的成形尺寸，mm； A表示压铸件的公称尺寸，mm。（3）收缩率的确定压铸件的收缩率应该根据压铸件的结构特点、收缩条件、压铸件壁厚、合金成分以及有关工艺因素等确定，收缩分三种情况（见图4-4）：自由收缩 在型腔内的压铸件没有成型零件的阻碍作用，图中。阻碍收缩 如图中，有固定型芯的阻碍作用。混合收缩 如图中，这种情况较多。图4-4 压铸件收缩率的分类由参考文献3查得，铝硅合金的自由收缩率为0.7%0.9%，阻碍收缩率为0.3%0.5%，混合收缩率为0.5%0.7%。取ADC12合金的自由收缩=0.8%，阻碍收缩为，混合收缩为=0.6%。4.3.2脱模斜度（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。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。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1。由于底座内腔深度50mm，则脱模斜度可取小。4.3.3成形尺寸的计算本次设计的压铸件，其成形部分尺寸公差等级为IT13，根据参考文献3查得相应的压铸高精度尺寸推荐公差数值和未注公差表，查得铸件基本尺寸的相应尺寸公差值。（1）型腔的尺寸型腔的尺寸是趋于增大尺寸，应选取趋于偏小的极限尺寸。其公式： （4-3） （4-4）式中： 型腔尺寸，mm； 型腔深度尺寸，mm； D，H铸件外形的最大极限尺寸，mm； 铸件计算收缩率，%； 铸件基本尺寸的偏差，mm； 成型部分的基本尺寸的制造偏差,公差等级选为IT13，故取,mm。（2）型芯尺寸型芯的尺寸是趋于减小的尺寸，应选取趋于偏大的极限尺寸。其公式： （4-5） （4-6）式中：型腔尺寸，mm； 型腔深度尺寸，mm；D,h铸件外形的最大极限尺寸，mm； 铸件计算收缩率，%； 铸件基本尺寸的偏差，mm；成型部分的基本尺寸的制造偏差,公差等级选为IT13，故取,mm。 （3）中心距位置尺寸计算中心距离尺寸是趋于稳定的尺寸，其偏差规定为双向等值。公式为： （4-7）式中：成形部分的中心距离位置的平均尺寸，mm； 铸件中心距离、位置的平均尺寸，mm； 铸件计算收缩率，%； 铸件中心距离，位置尺寸的偏差，mm； 成型部分中心距离位置尺寸的偏差,公差等级选为IT13，故取,mm。型芯和型腔的工程图和三维图，分别参考图4-5和图4-6。图4-5 型芯的工程图和三维图图4-6 型腔的工程图和三维图（4）型腔、型芯和中心距位置尺寸如表4-2所示。表4-2 尺寸计算类别铸件尺寸计算公式工作尺寸型腔径向尺寸15.27型腔高度尺 寸：型芯径向尺 寸：型芯高度尺 寸：中心尺 寸：4.3.4 结构零件的设计（1）导柱的导滑段直径及导滑长度的确定导柱、导套需要有足够的刚性，当导柱为四根时，根据参考文献3选取导柱导滑段直径的经验公式为： (4-8)式中 D导柱导滑段直径，cm； F模具分型面上的表面积，cm2; K比例系数，一般为0.070.09。当F2000cm2时K取0.07；当F=4002000 cm2，K取0.08；F400cm2时K取0.09.本次设计，模板外形尺寸长为85cm,宽为50cm，为四根导柱，代入公式计算得。根据参考文献3取推荐的尺寸系列为50mm。导柱的导滑段长度应大于高出分型面的型芯及镶块与导柱的导滑段直径D之和。其长度应按照实际需要确定。本次设计中的导柱导滑段长度为103mm。导柱的示意图见图4-7。图4-7 导柱工程示图4.3.5液压抽芯机构设计当铸件上具有与推出方向不一致的侧孔、侧凹或侧凸形状时，在压铸成型后，此处的成型零件会阻碍压铸件的推出，必须设置可以移动的侧型芯。侧抽芯机构有多种形式，但应用较多的是斜销机构和斜滑块机构。斜销机构较复杂，但用途较广；本次设计用到了两种抽芯机构：第一种，由于抽芯距离较长，抽芯力较大，故采用液压抽芯；第二种，由于测孔深度小，抽芯距离短，故采用斜滑块机构。（1）液压抽芯机构的形式本次设计的液压侧抽芯机构基本形式示意图如图4-8所示。（a）侧视图 （b）俯视图（c）三维图图4-8 液压缸示意图（2）抽芯力的估算根据参考文献3抽芯力计算公式： (4-9)式中 F抽芯力，N； -抽芯阻力，N；铸件冷凝收缩后对型芯产生的包紧力，N；A被铸件抱紧的型芯成型部分端面周长，cm；l被铸件抱紧的型芯成型部分长度，cm；p挤压应力（单位面积的抱紧力）。对锌合金一般取68Pa；对铝合金一般取1012Ma；对铜合金一般取1216Pa；u压铸合金对型芯的摩擦系数（一般取0.20.25）；型芯成型部分的出模斜度，单位为度。本次设计中，抽芯部位的型芯直接为58mm，成型长度为40mm，查得型芯长度为10mm时，铝合金压铸时的抽芯力为4.5KN。所以，成型长度为40mm时的抽芯力（3）抽芯距离的确定抽芯后活动型芯完全脱离铸件的成形表面，并使铸件能顺利推出型腔。抽芯距离的计算如下： (4-10)式中 抽芯距离，mm；滑块型芯完全脱出成形处的移动距离，mm；K安全系数本次设计中，抽芯部位的成形长度为40mm，即=40mm，查参考文献3得，安全值K取810mm。所以，抽芯距离为48mm50mm。4.3.6滑块的设计（1）滑块的形式本次设计的液压侧抽芯机构基本形式示意图如图4-8所示。图4-9 滑块的示意图这种形式的滑块，T形槽面在滑块底部，用于较薄的滑块型芯中心与T形导滑面较靠近，抽芯时滑块稳定性较好。（2）滑块在导滑槽内的导滑长度和导滑槽接长块的设置滑块在模套内的导滑长度，应满足公式(见参考文献3)： （4-11）式中 L导滑槽最小配合长度，mm； -抽芯距离，mm；。其中，K为安全值。滑块实际长度。抽芯距离的确定： （4-12）式中 外形内凹成形深度，mm； K安全值。本次设计中，外形内凹成形深度为15mm，K取35mm。所以，抽芯距离为18mm20mm。而滑块的实际长度=90mm，可求得：导滑槽最小配合长度L=60+18=78mm。4.4 推出机构设计（1）推杆的结构采用圆形截面的推杆结构，固定形式固定形式为整体沉入式，如图4-10所示。图4-10推杆固定形式（2）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5查得，其截面积计算公式为： （4-13）式中 A推杆前端截面积，；推杆承受的总推力，N；n推杆数量；p许用受推力。根据参考文献3查得，铝合金的许用受推力p为50MPa，设计中共使用52个推杆，而可由公式： （4-14） （4-15）-被铸件包紧的型芯成形部分断面周长（cm） l被铸件包紧的型芯成形部分长度（mm）p挤压应力。对铝合金一般取1012Mpa （4-16）其中K=1.2，被铸件包紧的型芯成形部分断面周长为97cm，成形部分长度平均值约为101mm，取挤压应力为11MPa。代入公式得，因此取，代入（4-16）得推杆前端截面积A=50.2。考虑到当推杆高度达到一定值时候的稳定性，因此，本次设计将推杆的前端直径定为8mm，配合精度为H7/e8。5模具总装图本次设计的模具装配图，如图5-1所示。图5-1 模具装配图1底板、2 模座螺钉、3内六角螺钉、4推板、5、顶杆固定板、6模脚、7动模板、8滑块、9液压缸、10压紧块、11制品、12液压固定座、13耐磨块14定模扳、15顶针、16浇口衬套、17定位圈、18推板导柱、19导柱、20导套、21推杆推管、22型腔、23型芯装配图的三维视图，如图5-2所示。（a）剖面图(b)动模示意图 (c)模具合模状态图5-2 模具3D示意图6总结（1）针对摩托车曲轴箱盖这类薄壁壳体大型压铸件的压铸成型，成型过程容易产生变形、填充不足、卷气等缺陷，应该设计多种的浇注方案，利用flow3D进行模流分析。本次设计，针对该铸件的结构特点，设置梳妆形浇道、设置排溢系统以及利用flow3D对这种方案进行模流分析。结果显示：这种方案下的温度分布均匀、表面缺陷少，主要集中在凹槽、集渣包和螺纹孔处，但是凹槽和孔处都有设置