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车辆工程毕业设计1UG为基础进行汽车的发动机缸盖的造型和模具设计
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车辆工程毕业设计1UG为基础进行汽车的发动机缸盖的造型和模具设计,毕业设计论文
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唐山学院 毕业设计 1 1 引言 1.1 课题的提出 模具作为工业生产的基础工艺装备 , 在汽车、能源、机械、信息、航空航天、国防工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。据统计 , 75 %的粗加工工业产品零件、 50 %的精加工零件由模具成形 ;家用电器行业的 80 %零件、机电行业的 70 %以上零件也都要靠模具加工 ; 因此 , 模具又被称之为“百业之母”。模具生产的工艺水平及科技含量的高低 ,成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志 ,在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力 , 决定着一个国家制造业的国际竞争力。 随着汽车、车辆 和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例也不断提高， 在压铸生产中，压铸模是不可缺少的工艺装备。压铸模具的设计在其生产过程中是至关重要的，特别是在当今先进的计算机硬件的 CAD/CAM软件环境下，模具的结构设计对加工、装配、工期、成本乃至压铸制品质量及生产效率等会产生极大的影响。压铸模具的生产并不是最终目的，而是要利用它制作出好的压铸制品。因此，模具的设计不但要考虑到金属的特性及加工工艺，还需要充分考虑到压铸材料的特性、压铸成型工艺。 1.2 汽车制造业的现状及其发展趋势 随着我国 加 入世贸组织，汽车行业 进入新一轮换 型改造时期，特别是中、重、轻、轿型汽车，将以快节奏更新换代来迎接国际汽车市场的挑战。汽车产品更新换代节奏的加快，对汽车发动机新品的研发速度要求越来越高。市场竞争的愈演愈烈也急迫地要求开发商和制造商对其成本和质量进行有效地管控，这就把许多面临地问题归结到制造技术和先进的工艺上来。 目前汽车用的发动机都是内燃机，内燃机通过燃料的燃烧，把化学能转化为热能，再将热能转化为机械能的热动力机械。内燃机是热效率最高的热力机械，但仍存在着巨大的节能及降低尾气污染的潜力。对于量调节式的汽油机而言，在部分负荷时，会因节气门开度 小而造成发动机的泵气损失大，从而降低发动机的机械效率，影响到经济性。取消节气门就是提高汽油机经济性的最根本措施。但由于目前的汽油机是用节气门来调节混合气量的，取消节气门，发动机的动力输出无法控制，因此必须探索新的途径。 汽油直接喷射技术就是基于这一思路。将汽油机的节气门调节动力输出，改为nts唐山学院 毕业设计 2 用喷油量控制动力输出。这样一来，采用汽油直接喷射的汽油机与目前的电控喷射发动机相比，燃油消耗量可以减少 左右。但汽油机采用直接喷射技术后，现有的三效催化系统难以发挥作用，使发动机的废气排放品质下降，因此还需要重新探索新的 途径。目前的混合气均质压燃理论为解决这一问题提供了很好的思路。该理论是在汽油机上取消节气门，用喷油量调节动力输出，采用大量的高温废气混合到适当比例的燃料和空气混合气中，用发动机的压缩行程用活塞压缩使混合气自己着火，从而解决汽油机无节气门下的动力输出与同时采用三效催化转化器的矛盾。同样这一理论也可以应用到柴油机上，使柴油机在均质混合气时压燃着火，而不是现在的边喷油、边着火的扩散燃烧模式，从而使柴油机的废气排放达到最低，特别是烟度排放和排放。目前均质混合气压燃着火的理论正在付诸实施之中。一旦这一新理论在实 践得到应用，可以预见，今后的发动机会更加高效、更加清洁，汽车的使用将更加安全且有利于环保。 .3 目前我国模具技术发展趋势 当前 ,我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情况下 ,用户对模具制造要求是 “ 交贷期短 ” 、 “ 精度高 ” 、 “ 质量好 ” 、 “ 价格低 ” ，对 模具技术 提出了更高的要求 ： (l)在模具设计制造中将全面推广 CAD/CAM/CAE技术模具 CAD/CAM/CAE技术 ,是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明 ,模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。现在 ,全面普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟。随着微机软件的发展和进步 ,技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具 CAD/ CAM 技术的过程中 ,应抓住机遇 ,重点扶持国产模具软件的开发和应用 ;加大技术培训和技术服务的力度 ;进一步扩大 CAE 技术的应用范围。有条件的企业应积极做好模具 CAD/CAM 技术的深化应用工作 ,即开展企业信息化工程 ,可从 CAPPPDMCIMSVR, 逐步深化和提高。用于模具设计制造的计算机软件 ,将向智能化、集成化方向发展。 (2)模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用 高速扫描机和模 具扫描系统 ,已在我国 200多家模具厂点得到应用 ,取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能 ,大大缩短了模具的研制制造周期。有些快速扫描系统 ,可快速安装在已有的数控镜床及加工中心上 ,用雷尼绍的 SP2-1 扫描测头实现快速数据采集 ,采集的数据通过软件可自动生成各种不同数控系统的加工程序及不同格式的 CAD 数据 ,用于模具制造业的 “ 逆向工程 ” 。高速扫描机扫描速度最高可达 3m/min,大大缩短了模具制造周期。 由于模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用 ,相信在 十五 期间将发 挥更大的作用。nts唐山学院 毕业设计 3 逆向工程和并行工程将在今后的模具生产中发挥越来越重要的作用。 (3)模具标准化程度将不断提高 我国模具标准化程度正在不断提高 ,估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。为了适应模具工业发展 ,模具标准化工作必将加强 ,模具标准化程度将进一步提高 ,模具标准件生产也必将得到发展。 (4)为了适应对模具寿命的要求 ,优质材料及先进表面处理技术将进一步受到重视在整个模具价格构成中 ,材料所占比重不大 ,一般在 10%-30%之间 ,因此选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提 高模具的寿命就显得十分必要。因此用铝合金进行离速切削来制作快速经济模具已在世界上得到较为广泛的使用 ,我国也已开始使用。预计今后将会得到较快发展。 (5)模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展 模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响 ,我国目前仍以手工研磨抛光为主 ,不仅效率低 (约占整个模具周期的 l/3),且工人劳动强度大 ,质量不稳定 ,制约了我国模具加工向更高层次发展。因此 ,研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数 控研磨机 ,可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。另外 ,由于模具型腔形状复杂 ,任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。应注意发展特种研磨与抛光方法 ,如挤压衍磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备 ,以提高模具表面质量。 (6)模具自动加工系统的研制和发展 随着各种新技术的迅速发展 ,国外已出现了模具自动加工系统。这也是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有如下特征 :多台机床合理组合 ;配有随行定位夹具或定位盘 ;有完整的机具、刀具数控库 ;有完整的数控柔性同步系统 ;有质量监测控制系统。 1.4 汽车材料的轻 量化 在汽车产业飞速发展的同时，汽车材料轻量化也成为汽车发展的必然趋势。轻量化不但可以减轻车身质量、节约能源、降低油耗、减轻污染，也可以降低成本、提高企业竞争力、增加企业利润。有关资料显示：汽车的一般部件质量每减轻 1%，可节油 1%；运动部件每减轻 1%，可节油 2%。近年来，各国汽车制造商都致力于探索、应用汽车新材料，在保证汽车综合性能的前提下减小汽车自身质量。所以，汽车轻量化已经成为汽车材料发展的主要方向。 由于 铝相对于钢、铁来讲， 质量轻许多，而且铝资源丰富，市场供应充足 ，使铝在汽车工业中越来越受到青睐。 铝加 入合金元素后，具有密度小、质量轻、导热性能高、吸收冲击能力强、易于回收再生、耐腐性高等特点。铝合金的密度大约是nts唐山学院 毕业设计 4 钢铁的 1 3，吸收冲击的能力大约是钢的 2倍，导热性能大约比铁高 3倍，所以铝合金是汽车轻量化的首选材料，在汽车上使用比较早，技术也相对成熟。 20 世纪80 年代，美国在轿车上平均使用铝合金量为 55kg， 90 年代达到 130kg。日本在汽车上使用铝合金材料的进展很快，跑车用铝合金最多，每车使用 .铝合金达 250kg，占整车质量的 16.4%。铝合金在汽车上的应用主要为以下几种： 铸造铝合金。铸造铝合金具有优良的 铸造性能，铸造方法很多，可根据使用目的、零件形状、数量、质量标准、机械性能等方面的要求和经济效益，选择最适宜的合金和铸造方法，生产效率比较高。铸造铝合金主要用于汽车发动机部件、离合器壳体、变速器壳体、后桥壳、转向器壳体、正时齿轮壳体等壳体类零件；也可用于制造保险杠、车轮、发动机框架、转向节液压泵总成、刹车钳等零部件。 锻造铝合金。由于价格昂贵，以前锻造铝合金只是在欧美高级轿车上有少量应用。由于锻造铝合金热锻时不氧化、表面光洁、机加工余量小、无加工缺陷，所以在汽车上的应用正在逐渐增加，主要用于汽车的托架和载 货汽车的车轮等。目前德国科学家已经成功地研制出 “ 泡沫铝 ” -将铝粉和钛氧化合物粉末相混成，填放到钢皮制成的模型中，然后再把这充满混合物的模型加热到铝的熔点，这时，氢气会从氢化合物中分解而逸出，从而使熔化的铝产生泡沫，当钢皮模型完全冷却后，便形成了固体 “ 泡沫铝 ” 。这种 “ 泡沫铝 ” 具有整体结构，其质量轻而均匀，强度比铝更高，其外覆的钢皮模型更增强了部件的强度和刚度。 为了提高汽车的安全性和可靠性，需要从设计上、制造上，特别是材料方面考虑。与此同时，大力发展各种汽车用的具有特殊功能的材料，以提高汽车的自控能力，进一 步改善汽车的性能。 汽车所用的材料，由于节省能源、节省资源、轻量化的需要而有所变化，新材料相继被推出、应用。在比较成熟的金属材料中，钢铁材料和轻金属材料也出现了新的发展趋势 4. 汽车材料轻量化是大势所趋，世界各国都在致力研究和发展汽车材料轻量化。但是汽车制造商在汽车材料轻量化上不能盲目的跟风，一定要科学、合理地进行。我国汽车材料轻量化的发展还落后于欧美等国家，目前正处在发展阶段，所以发展前景广阔。中国汽车企业要抓住机遇，大力发展汽车轻量化，为中国汽车产业的跳跃式发展作出贡献。对汽车材料的轻量化不能盲目进 行，只有在保证汽车整体性能不受影响的前提下才能考虑最大限度地减轻零部件的质量。同时，使用轻量化材料首先要考虑材 料的应用是否能够保证车辆的安全性，这是汽车材料轻量化的先决条件 6。 nts唐山学院 毕业设计 5 1.5 课题内容及未来展望 本次设计主要是以 UG 为基础进行汽车的发动机缸盖的造型和模具设计，共分两个阶段：第一阶段的主要内容是汽车发动机上缸盖的造型设计；第二阶段是关于缸盖的模具设计。 设计过成包括零件的三维设计、模具型腔、型芯的设计、模具体的三维设计及模具二维装配图的绘制。设计过程中难点在于分型面的设计和模架的设计。 气缸盖结构分 为单体式（一缸一盖）、块式（二缸或三缸一盖）或整体式（多缸共用一盖）三种。它主要取决于发动机类型、燃烧室形式和配气机构的布置等，气缸盖 是发动机上十分重要的零件之一， 用螺栓紧固在气缸体上，其间垫有气缸盖衬垫。它的主要功用是密封气缸上部，并与活塞顶部和部分气缸壁构成燃烧室。气缸盖内部设有冷却水套，其端面冷却水孔与气缸体冷却水孔相通，以便利用循环水冷却燃烧室等高温部分。气缸盖上装有喷油器或火花塞、进排气门，并设有进排气通道等 。 有的气缸盖还设有预燃室和涡流室。气缸盖结构形状复杂，温度分布很不均匀，故要求气缸盖具有足 够的强度和刚度，冷却可靠，进排气孔道的流通阻力小。其材料多采用铸铁造或铝合金铸造。 UGNX冲压模具工程（ UG/Die engineering） 它是 UG面向汽车钣金件冲压模具设计而推出的一个模块，其功能包括冲压工艺过成定义，冲压工序件的设计，如压力中心的调整、工艺补充面的设计、拉伸压料面的设计、分配成型工序等内容，以帮助用户完成冲压模具的设计。同时提供了一个完整的级进模设计环境，封装了模具设计的专家知识，其基于 UG/WAVE关联设计技术，系统自动抽取钣金特征，使条料排样与零件几何关联，实现了设计信息的一体 化。系统从工程建立开始，可以完成条料排样、废料设计、模架选择、功能组件设计和标准件的选取，提供提供的客户模架库、标准件库、镶件库加快了级进模结构设计的速度，提高了设计的质量和效率 9。 nts唐山学院 毕业设计 6 2 设计过程 2.1 UG 的介绍 2.1.1 设计软件的特点 Unigrapgics NX4.0（简称 UG/NX4.0）， 是集 CAD/CAM/CAID一体化的三维参数化的集成软件。 从初始的概念设计、到产品设计、仿真和制造工程， Unigraphics NX提供一基于帮助你满足你的商业目标的先进技术的综合产品开发 解决方案。 该软件的功能覆盖了整个产品的开发过程，即覆盖了概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程， 它应用与航空航天 汽车 造船 通用机械 家用电器 医疗设备 和电子工业以及其他高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化等行业。 2.1.2 参数化设计思想 在使用 UG软件进行产品设计时，为了充分发挥软件的设计优势，首先应当认真分析产品的结构，在大脑中构思好产品的各个部分之间的关系，充分了解设计意图，然后用 UG提供的强大的设计及编辑工具把设计意图反映到产品的设计中去。因为设计是一项十分复杂的脑力 活动，一项设计从任务的提出到设计完成从来不会是一帆风顺的，一项设计的完成过程就是一个不断改进、不断完善的过程，因此，从这个意思上讲，设计的过程就是修改的过程，参数化设计的目的就是按照产品的设计意图能够进行灵活的修改，所以它的易于修改性是至关重要的。这也是 UG软件为什么特别强调它的强大的编辑功能的原因。 2.1.3 三维参数化建模的实现方法 系统参数与尺寸约束 UGNX具有完善的系统参数自动提取功能，它能在草图设计时，将输入的尺寸约束作为特征参数保存起来，并且在此后的设计中进行可视化修改，从而到达最直 接的参数驱动建模的目的。 特征和表达式驱动图形 nts唐山学院 毕业设计 7 UGNX建模技术是一种基于特征的建模技术，其模块中提供各种标准设计特征，各标准特征突出关键特征尺寸与定位尺寸，能很好的传达设计意图，并且易于调用和编辑，也能创建特征集，对特征进行管理。 利用电子表格驱动图形 UG的电子表格 (Spreadsheet)提供了在 Microsoft Excel或 Xess与 UG间一个智能接口。在建模应用里， UG电子表格可以被认为是高级的表达式编辑器。信息可以从部件被抽取到电子表格里，在被用来更新部件前进行手工处理。 事实上，表格驱动的界面及机内函数为相关的、参数化设计提供了方便而有力的工具。 2.2 零件的三维造型 零件的三 维 造型使用 UG（ Unigraphics ） 中文版 进行辅 助 开发，Unigraphics，是美 国参数技术 公司 (Unigraphics Solutions of EDS)多 项技 术 的集成 产 品，功能 强大 ，用途 广泛 。其建模过程如下： 图 2.1 UG 的建模过程 nts唐山学院 毕业设计 8 2.2.1 创建三维零件库的基本原理 根据相似性原理对需要建库的零件进行分类，确定其能够完整表示零件族或零件系列所有零件特征的复合零件。复合零 件是在 UGNX环境下用交互方式创建的三维零件模型，我们称其为三维零件样板。复合零件综合了该零件族所有零件个体的形状和结构特征，即基于复合零件可以派生该零件族的任何一个零件，零件可以继承复合零件的全部特征或部分特征。之后，在三维零件样板的基础上确定一组设计参数来控制模型的形状和拓扑关系，并建立零件族设计参数的系列尺寸。最后，通过选择不同系列尺寸来自动生成零件的三维模型，从而实现三维零件库的创建。 2.2.2 创建零件的主体结构 1.创建新零件：单击 创建一个新的零件，命名为 qiganggai.prt ，单击 ，选择起始，单击建模。 2. 创建拉伸特征：单击草绘，选择正确的草绘平面和定向平 面，点击 ，进入草绘状态。草绘完成后单击 拉伸 ,选择拉伸完成特征。 3.用同样的方法和步骤，完成如图 2.2所示的主体特征的创建。 图 2.2 主体特征 2.2.3 创建零件的上表面结构 1.选择正确的草绘平面和定向平面，点击 草图 单击 nts唐山学院 毕业设计 9 草绘完成后，设置切剪深度为 20毫米单击 2.创建孔特征：单击孔工具 ， 选择正确的主参照及定位参照， 3. 以孔工具完成燃料室其余特征的创建，如图 2.3所示。 设置孔直径为 40毫米设 置孔深度为 6.00毫米单击 。 图 2.3 创建 孔 4.选取前面创建的所有孔特征，单击镜像工具选取正确的镜像平面选择镜像的目标体单击 确定 ，如图 2.4 所示。 nts唐山学院 毕业设计 10 图 2.4 镜像 5.创建上表面的孔特征： 选择零件的上表面为草绘平面，单击 草图 ，进入草绘状态，用同样 的 方法，完成上表面其余特征的创建，如图 2.5所示。 图 2.5 零件上表面的孔 2.2.4 创建左侧面特征 1.单击基准平面图标设置参照为设置偏置 确定 ,完成基准平面的建立。 2.选择正确的草绘平面及定位平面，点击 草绘 单击 。单击基准轴图标nts唐山学院 毕业设计 11 选取正确的参照及偏移参照为建立基准轴。 3.单击孔工具选取正确的主参照及次参照 确定 设置孔直径为 12 毫米设置孔深度单击 。 5.单击倒圆角选择要倒圆角的边输入圆角的大小单击 确定。 6.镜像特征：选取前面创建的特征，平面为镜像平面，完成镜像。 2.2.5 创建其余侧面特征 1.选择正确的草绘平面及定向平面，点击 草绘 ，进入草绘状态 。 2.利用拉伸创建底面细节特征之后，再次利用拉伸创建如图 2.6 所示父特征。然后利用平移及镜像创建 3个子特征。 图 2.6 侧面特征 3.单击孔工具选取钻孔深度单击 确定。 4.利用拉伸工具创建斜面特征。 5.利用拉伸、平移、镜像及孔工具完成右侧特征的创建。 6.利用拉伸和孔工具完成前、后两侧面特征的创建，最后单击倒圆角工具完成工件的圆角特征。 2.2.6 检查并完成造型 为避免再生出现问题， UG要检查几何错误。需要时，系统会为成功创建的特征自动激活 “ 信息 ” 、 “ 修剪模型 ” 菜单 。 它显示一个有问题特征的名称列表和 “ 恢复 ” 命令 ，单击“撤销”修改 有错误可能的特征，然后修正其定义，清除潜在的问题。 造型完成后应对零件进行几何检查，避免进行分模时 产生错误。 UG将自动重生成零件并进行几何检查检查结果将以列表的形式显示。检查中的错误分为警告和错误两种，一般警告可以忽略，对开模不会产生严重影响，而错误必须注意，有的错误在开模时是致命的，将使开模不能完成，发现后应及时更正。修改适应之一特征之间的关系。完成后最终结果如图所示。 nts唐山学院 毕业设计 12 图 2.7 三维造型 2.3 模具设计过程 UG是当前世界上最先进和最紧密集成的面向制造业的 CADCAECAM高端软件，具有世界上最强大最广泛的零件设计应用模块，尤其是它的专业应用模块 “ 模具向导 ” 可以实现复杂的模具设计，模具 向导与其他功能相结合具有极强的自动化能力和功能强大的造型及修改能力，极大的方便了我们进行缸盖的模具设计。 2.3.1 压铸模设计概述 为了适应我国机械工业迅速发展的需要，积极推广压力铸造这项少、无切削的工艺，在压铸生产中，压铸模是进行压铸生产的主要工艺装备，生产过程能否顺利进行，铸件质量有无保证，在很大程度上取决于模具结构的合理性和技术上的先进性。在着手设计前，必须全面了解压铸生产的全过程和模具设计要领，才能达到预期的效果。 1 压铸件工艺性 壁厚 压铸件的最小壁厚和正常 壁厚通常根据铸件面积而定。本次设计压零件的壁厚均已给定，见零件毛坯图。为保证铸件良好的成形条件，铸件外侧边缘应保持一定的壁厚。铸件上有嵌件时，嵌件周围的金属层应加厚，以提高对嵌件的包紧力。 铸孔 能铸出较深小孔是压铸工艺的一个特点，铸孔直径与深度的关系可参照模具设计手册，铸孔最小孔径及孔径与深度的关系选取。 铸造圆角半径和脱模斜度 铸造圆角半径和壁厚有关，铸造圆角半径选取R=1 8mm；脱模斜度 = =2。 压铸件精度及机械加工余量 根据压铸件要求及机加工要求选取。 2 压铸合金 压铸合金分为有色金属和黑色金属合金。广泛应用的合金分类如下： nts唐山学院 毕业设计 13 低熔点合金 铅合金、锡合金、锌合金 高熔点合金 铝合金、镁合金、铜合金 本次设计选用铝合金。 3 压铸成形工艺参数 压铸合金常用压射比压： 铝合金 铸件壁厚 3 6mm 结构较复杂 选用的压射比压为 60 70MPa 压铸合金充填速度（ m/s）： 铝合金 属复杂薄壁铸件 选用的充填的速度为 25 30m/s 压铸合金浇注温度（）： 铝合 金 选用的浇注温度为 640 700 压铸模工作温度（）： 铝合金 选用的模具温度为 150 250。 2.3.2 压铸模的组成 压铸模是由下列 8个部分的零、部件组成，包括：支承与固定零件，成形工作零件，导向零件，组成推出与复位机构的零件，组成抽芯机构的零件、浇注系统及零件，溢流与排气槽结构，加热与冷却系统几元件等。其中，支承与固定零件、成形工作零件中通用镶块，导向零件、推出与复位机构中的一些零件等组成模架的通用零件，基本上已标准化了。组成压铸模的零、部件及结构系统是分别安装在定模和动模上的。采用标准 零件组成的模架组合是其基础，实际上模架已具备了模具的基本功能。 2.3.2.1 压铸机的选择 压铸机是压铸生产的专用设备。设计压铸模时必须熟悉压铸机的特性和技术规范，通过必要的计算选用合理的压铸机，以发挥其最大效用。 2.3.2.2 压铸机的结构形式及特点 冷压铸机可分为：立式、卧式和全立式三种类型。根据铸件特点及现场实际情况，选用卧式冷压铸机。卧式冷压铸机的结构形式及特点如下： 1. 金属液进入型腔时转折少，压力损耗小，有利于发挥增压机的作用。 2. 卧式压铸机一般设有偏心和中心两个浇注装置，或在偏心与 中心间可任意调节，供设计模具是使用。 3. 压铸机的操作程序少，生产率高，设备维修方便，也容易实现自动化。 4. 金属液在压室内与空气接触面积大，压射时容易卷入空气和氧化夹渣。 5. 适用于压铸有色及黑色金属。 nts唐山学院 毕业设计 14 6. 所需设置中心浇口的铸件，模具结构较复杂。 2.3.2.3 锁模力的计算 锁模力是选用压铸机时首先要确定的参数。锁模力的作用主要是为了克服反压力，以锁紧模具的分型面，防止金属飞溅，保证铸件的尺寸精度。经计算， J1140卧式压铸机符合要求 J1140压铸机主要参数如下： 锁模力（吨） 400 压射比压（ MPa） 60 70 压室内最大合金容量（ kg）铝合金 5.6 压射力（吨） 20-40 铸件最大投影面积（ cm2） 670 压室直径（ mm） 65 模板间距（ mm） 850 1200 模具最大尺寸（ mm） (长宽 )760 660 液压推出器推出力（吨） 18 模板最大厚度（ mm） 750 液压推出距离（ mm） 100 模板最小厚度（ mm） 400 管路工作压力（公斤 cm3） 120 合模行程（ mm） 450 工作循环次数（次 /h） 30 70 2.3.2.4 压铸量的计算 压铸机初步选定后，压射比压和压室直径的尺寸相应地得到确定。压室可容纳的金属液的重量为定值，但是否能够容纳每次浇注的金属液重量，必要时需按公式（ 2.1）和公式（ 2.2）进行计算。 G 压室 G （ kg） 公式（ 2.1） 而 G=（ V1+V2+V3） r/1000（ kg） 公式（ 2.2） 式中 : G压室 压铸机给 定的压室容量（ kg）； G 每次浇注的金属液总量（ kg）； V1 压铸件的体积（ cm3）； V2 浇注系统的总体积（ cm3）； V3 余料体积（ cm3）； 合金密度 (g/cm3), 铝合金 =2.6 2.7. 由分析求得铸件： V1 V2+ V3=1776.92 cm3 G=1776.92 2.6 1000 4.62 kg G压室 =5.6kg G=4.62kg 所以压室能够容纳每次浇注的金属液重量 2.3.2.5 开模 距离的核算 nts唐山学院 毕业设计 15 每一台压铸机都具有最小合模距离 L最小和开模距离 L最大两个尺寸，所设计的模具相应的提出下列要求： 压铸机合模后能严密地锁紧模具分型面，因此要求模具的总厚度应大于压铸机的最小合模距离 。 见式（ 2.3） H合 L最小 +K（ mm） 公式（ 2.3） 式中 H 合 合模后模具的总厚度 ,即 H 合 =H1+H2（ mm）。若采用通用模座时应包括模座厚度尺寸。若采用附加垫板时应包括垫板厚度尺寸； L最小 最小合模距离（ mm）； K 安全值（大于 10mm） L最小 =850mm， K=20mm H合 =H1+H2=1120mm L最小 +K=870mm 所以最小开距满足要求 压铸机开模后要求铸件能顺利取出，因此要求压铸机的最大开模距离减去模具总厚度后留有能取出铸件的距离。 L最大 H合 +Lq+Kq（ mm） . 公式（ 2.4） 式中： L 开 开模后取出铸件（包括浇注系统）的最小距离（ mm）。 L 开应视模具结构及铸件尺寸而定 。 L最大 最大开模距离（ mm）； H合 合模后模具的总厚度， H合 =H1+H2（ mm） H合 =H1+H2=1120mm L最大 =1200mm L最大 H合 +Lq+Kq =1120 40 20 1180mm 所以最大开距满足要求 据锁模力的计算选用的压铸机为 J1140型卧室冷压室压铸机合格 。 2.3.3 浇注系统的结构 金属液在压力作用下充填型腔的通道称为浇注系统。浇注系统主要由直浇道、横浇道、内浇口以及余料所组成。 2.3.3.1 浇注系统的分类 浇注系统可按金属液进入型腔的部位和内浇口形状，大体可分为下列几种类型：侧浇口、中心浇口、顶浇口、环行浇口、缝隙浇口和点浇口等。各种类型的浇注系统适应不同的结构铸件的需要。 本课题所选用的是外侧浇口。 侧浇口的特点如下： nts唐山学院 毕业设计 16 1. 适用性强，可按铸件的结构特点，布置在外侧面； 2. 为了改善充填条件，可设置辅助性的外侧分支浇口； 3. 铸件内孔有足够位置时，可布置在内侧面，使模具结构紧凑，又可保持良好的热平衡条件； 4. 适用于多腔模，提高生产效率； 5. 去除浇口较方便。 2.3.3.2 直浇道的设计要求 1. 直浇道直径的选取根据铸件所需比压来选定， D取 65mm。 2. 直浇道厚度 H一般取直径 D的 1/3 1/2，取 30mm。 3. 为保证压射冲头动作顺畅，有利于压力的传递和金属液充填平稳，压室内径和浇 口套内径，应保持同轴度。 4. 压室和浇口套宜制成一体，如分开制造时，应选择合理的配合精度和配合间隙。 5. 为了使直浇道从浇口套中顺利脱出，可在靠近分型面一端长度为 15 25mm范围的内孔处设有 1 30 2的出模斜度。 6. 正确选择压室和压射冲头的配合间隙。 7. 与直浇道相联结的横浇道一般设置在浇口套的上方，防止金属液在压射前流入型腔。 8. 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，其表面粗糙度不得低于 Ra0.4。 2.3.3.3 横浇道的设计 横浇道的结构形式，主要取决于铸件 的结构形状和尺寸大小，内浇口的位置、方向和流入的宽度，内浇口的结构以及型腔的分布状况等因素。 方案结构形式为分叉式 。 1. 横浇道的设计要点 减少金属液的流动阻力，达到均衡流速，保持等截面积，不宜突然收缩和扩张，为改善冲填和排气条件，防止涡流裹气，尽可能不采用圆弧形状的横浇道。 应具有一定的厚度和长度，若过薄的横浇道，热量损失大；若过厚时，增加模具的热载荷，冷却速度减慢，影响生产效率，消耗金属材料，保持一定长度的目的，主要对金属液起 到稳流和导向作用。 对于立式冷压室压铸机和热压室压铸机上所选用的横浇道截面积，单型腔时一般取直浇道导入口截面积的 1.2倍左右。对于卧式冷压室压铸机上的横浇道截nts唐山学院 毕业设计 17 面积，单型腔时一般取直浇道（余料）截面积的 0.5倍左右。对于多型腔模具则不受次限制。 2. 横浇道的截面形状 横浇道的截面形状，根据铸件的结构特点而定，一般以扁梯形为主，特殊情况下采用双扁梯形，长梯形，窄梯形，圆形和半圆形。 2.3.3.4 内浇口的设计 1. 内浇口的设计要点 设计内浇口时最重要的是确定内浇口的位置和方向 ， 预计金属充填时的流态速度 ， 分析充填过程中有可能出现的死角区和裹气部位 ， 以便适当的布置溢流槽和排气系统 ， 在设计合理的横浇道和直浇道结构形式和尺寸后，就构成完整的浇注系统。 2. 内浇口的尺寸选择 内浇口的厚度选择 1： 对于铝合金铸件壁厚 3 6mm的复杂件 ， h 3.7M 0.5， M 0.5 H平 ， 取内浇口厚度为 10mm。 内浇口的宽度和长度 1： 内浇口进口部位铸件形状为圆环件，内浇口宽度取铸件外径和内径的 0.250.3倍。内 浇口长度取 2 3mm，内浇口以切线注入。 内交口截面积： Fn V/Vn/T 由手册查得： T 0.056 0.084s,Vn=30 37m/s (Hp 6mm时 ) 因 V=3.14（ 279/2） 2 276 0.001/3 5621.7cm3 所以： Fn 313.6mm2 2.3.4 溢流槽、排气槽的设计 2.3.4.1 溢流槽的设计 1. 溢流槽作用： 排除型腔中的气体，储存混有气体和涂料残渣的冷污金属液， 与排气槽配合，迅速引出型腔内的气体，增强排气效果。 控制金属液充填流态，防止局部产生涡流。 转移缩孔，缩松，涡流裹气和产生冷隔的部位。 调节模具各部分的温度，改善模具热平衡状态，减少铸件流痕，冷隔和浇不足的nts唐山学院 毕业设计 18 情况。 作为铸件出模时推杆推出的位置，防止铸件变形或在铸件表面留有推杆痕迹。 对于分别处于动，定模型腔内的铸件，在包紧力接近相等时 为了防止铸件包紧在定模内，在动模上布置溢流槽，曾大对型芯的包紧力，使铸件在开模时随动模带出。 采用大容量双扁梯形或阶梯形带有冷却系统的溢流槽，置换先期 进入型腔的冷污金属液，以提高铸件的内部质量。 对于真空铸件和定向抽气压铸时，溢流槽处常作为引出气体的起始点。 作为铸件存放，运输及加工时支撑，吊挂，装夹或定位的附加部分。 2. 溢流槽的结构形式 1： 溢流槽的型式为布置在分型面上的溢流槽。 说明： 溢流槽截面形状一般为半圆形或梯形 半圆形溢流槽底部通常不设置推杆 梯形溢流槽底部通常设置推杆 要求容量较大时，可采用定模、动模两个型腔组成的溢流槽，并设置推杆 在布置溢流槽时应慎重考虑，一般在模具设计时，事先 在准备布置溢流槽处保留一定的余地，经试压验证后，观察铸件上金属液的流痕和缺陷产生的形态，最后确定合理的布局和容量。 3. 溢流槽的容积和尺寸 溢流槽的容积 用条件是消除铸件局部热节处偏孔缺陷的容积范围为热节的 3 4 倍或为缺陷部位体积的 2 2.5倍，如作为平衡模具温度的热源或用于改善金属液充填流态则应再加大其容积。 溢流槽的总体积，应不少于铸件体积的 20%，小型铸件体积更大。 溢流槽的尺寸 1： 溢流口宽度 h 8 12 取 12mm 溢流口长度 L 2 3 取 3mm 溢流口厚度 b 0.5 0.8 取 0.8mm 溢流口长度中心距 H（ 1.5 2） h=2 12=24mm 2.3.4.2 排气槽的设计 1 1. 型式 排气槽一般与溢流槽配合，布置在溢流槽的后端以加强溢流和排气效果，有时也可在型腔的合适部位单独开设。 说明：由分型面上直接从型腔中引出平直或曲折的排气槽，也可在溢流槽后端nts唐山学院 毕业设计 19 部位布置排气槽。 2. 尺寸（ mm） ， 铝合金，排气槽深度 0.10 0.15，排气槽宽度 8 25。 说明： 排气槽在离开型腔 20 30mm 后，深度可增大到 0.3 0.4mm，以提高排气效果。 排气槽的总截面积一般小于内浇口截 面积的 50 ，最大不超过内浇口截面积。 必须增大排气槽截面积时，应以增大排气槽宽度和槽数为宜，不宜过分增加厚度，以防金属液溅出。 2.3.5 分型面的设计 合理地确定分型面，对决定模具的结构和铸件的质量都有较大的影响。确定分型面时，相应地要考虑下列有关问题： 1. 铸件的技术要求； 2. 内浇口的位置和浇注系统的布局； 3. 型腔的溢流、排气条件； 4. 模具的基本结构及铸件在动、定模各成型部分的配置； 5. 压铸机的规格和工艺条件； 6. 模具机械加工的工艺性； 7. 铸件的生产批量； 8. 生产操作。 2.3.5.1 分型面的基本部件及类型 模具通常只有一个分型面，但对于少数铸件结构的特殊性，以及为了使模具更好地使用压铸生产的工艺要求，往往需要再增设一个或两个辅助分型面 。 2.3.5.2 选择分型面的要点 选择铸件分型面，涉及面较广，因此在最终确定分型面时，必须综合考虑各方面的影响因素、条件和要求，选择分型面应该注意的要点如下： 1. 开模时保持铸件随动模移动方向脱出定模， 2. 有利于浇注系统和排气系统的布置， 3. 要求不影响铸件尺寸精度， 4. 简化模具结构， 5. 避免压铸机承受临界负荷， 6. 考虑 铸造合金的性能。 根据以上设计要点及本设计课题要求选用一个分型面 。 nts唐山学院 毕业设计 20 2.3.6 压铸模具的基本结构设计 2.3.6.1 压铸模的模体设计 模体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。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。设计模体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。 1.模体的基本形式及其组成 基本形式 选用通孔的模体动、定模体分别由动、定模套板、支承板、定模座板所组成，镶块固定在套板内 ,由支承板、定模座板压 紧。模体的加工工艺性好，但设计时注意支承板的强度，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体形式。 带有抽芯机构的模体 动、定模模体分别由动、定套板、定模座板、支承板组成，定模组合镶块固定在套板内，由座板、 支承板压紧（不通孔镶块的模体上不需用座板和支承板）动、定模模体上设有抽芯机构各元件。型腔布置的数量受铸件的抽芯数量、位置和抽芯方向的限制。 2.镶块在套板内的布置 镶块是型腔的基体。在一般情况下凡金属液冲刷或流经的部位均采用耐热合金钢制成，以提高模具的使用寿命 。在成形加工结束经热处理后镶入套板时应该考虑以下几点： 镶块在套板内必须稳固，其外形应根据型腔的几何形状来确定，除了复杂的镶块和一模多腔的镶块外，一般均为圆形、方形和矩形。 根据铸件的生产批量、复杂程度、抽芯数量的几何以及在压铸机锁模力的许可条件下，确定成型镶块的数量位置。 在一模多腔生产同一种铸件的模具上，一个镶块上只宜布置一个型腔，以利于机械加工和减少处理变形的影响，也便于镶块在制造和压铸生产中损坏时的更换。 3.模具的冷却方法 要提高压铸生产效率以及压铸件的质量和致密性，在很大程度上取决于 模温的调节。对于中大型或厚壁铸件和大批量生产中，在连续操作时，为了保持铸件优质高产，可在模具内设置冷却装置，使热量随着冷却水循环流动而迅速排出。模具的冷却方法主要有风冷和水冷两种。 nts唐山学院 毕业设计 21 本次设计的模具采用模具外水冷。 4.压铸模成型零件的结构 压铸模成型零件主要是指型芯和镶块。成型零件的结构形式分为整体式和镶拼式。镶拼式结构成型部分的行腔和型芯由镶块构成，然后装入模具的套板加以固定。这种结构形式在压铸中广泛采用。 2.3.7 压铸模结构零件的设计 2.3.7.1 动、定模导柱和导套的设计 导柱和导套设计的 基本要求 应具有一定的刚度引导动模按一定的方向移动，保证动、定模在安装和合模时的正确位置。在合模过程中保持导柱，导套首先起定向作用，防止型腔、型芯错位。 导柱应高出型芯高度，以避免模具搬运时型芯受到损坏。 为了便于取出铸件，导柱一般装置在动模上。 如模具采用卸料板时，导柱必须安装在动模上。 在卧室压铸机上采用中心浇口的模具，则导柱必须安装在定模座板上。 导柱、导套在模板中的位置 导柱、导套一般都布置在模板四个角上，保持导柱之间有最大开档尺寸，便于取出铸件。为了防止动、定模在装 配时错位，可将其中一根导柱，取不等分分布。 2.3.7.2 模板的设计 定模座板一般不做强度计算，设计时应考虑一下几点： 模具吊装在压铸机墙板上后，要留出安装压板或紧固螺钉的位置，使模具压紧定位。 与卧式压铸机的压式安装孔或立式压铸机的喷嘴安装孔精度配合。 当定模套板为不通孔时，则以定模压板取代了定模座板，但仍必须留出安装压板或紧固螺钉的位置。 动、定模套板的设计依据 套板一般受拉伸、弯曲、压缩三种应力，变形后会影响型腔的尺寸精度。因此，在考虑套板尺寸时，应兼顾模具结构与压铸生产中的 工艺因素 。 2.3.8 推出机构的设计 2.3.8.1 推出机构的主要组成与分类 推出机构用于开模后卸除铸件对成型零件的包紧力，并使铸件处于便于取出的位置。推出机构一般设置在动模上。 nts唐山学院 毕业设计 22 1 推出机构的组成 推出元件 推动铸件使之出模，如推杆、推管、卸料板、成型推块、斜滑块等。 复位元件 控制推出机构在合模状态时回到准确位置，如复位杆及能兼起复位作用的卸料板、斜滑块等。 限位元件 保证推出机构在压射力作用下不改变位置，起到止退限位作用。如挡钉、挡圈等。 导向元件 引导推出机构运动方向 ，防止推板倾斜和承受推板等构件重量。如推板导柱（导钉、导杆、支柱）、推板导套等。 结构元件 使推出机构各元件装配成一体，起固定作用。如推杆固定板、推板、其他连接件、辅助零件等。 推出机构的分类 推出机构的结构形式，按动作方向分为直线推出（动模推出、定模推出及型芯倒抽）、旋转推出、摆动推出；按机构形式分为推杆推出、推管与推叉推出、卸料板推出、斜滑块推出及其它推出机构。 2.3.8.2 推出机构的设计原则 保证铸件不因顶出而变形损坏及影响外观，这是对顶出机构的最基本的要求。在设计时必须正确分析铸件 对模具粘附力的大小和作用位置，以便选择合适的脱模方式和恰当的推出位置，使铸件平稳脱出。同时推出位置应尽量选铸件内表面或隐蔽处，使铸件外表面不留推出痕迹。机构本身应有足够的刚度、强度和耐磨性。推出元件的作用部位，原则上要选择在受铸件收缩包紧的型芯周围；铸件在型腔的深陷部位以及收缩后的互相拉紧的孔或侧壁部位。 2.3.8.3 推杆推出机构 推杆推出机构的组成 推杆推出机构的组成元件有：推杆、复位杆、推板导柱、推板导套、推杆固定板、推板、挡圈。 注意： 推杆应设在铸件能够承受较大力的部位，尽量使顶出的铸 件受力均匀，但不宜与型芯或镶件距离过近，以免影响凸、凹模强度。 推杆直径不宜过细，要有足够的强度承受推力，一般取 2.5-12mm。 3 以下的推杆建议采用阶梯式，即推杆下部加粗增加强度。 推杆装配后不应有轴向窜动，其端面应高出型腔或镶件平面 0.05-0.1mm. 推杆的布置应避免开冷却水道和侧抽芯，以免推杆与抽芯，以免推杆与抽芯机nts唐山学院 毕业设计 23 构发生干扰。如无法避开侧抽芯，则应设置先复位机构。 推杆与模体的配合间隙不大于所用铝合金的溢边值（ 0.04mm） 根据以上原则，选用推 杆数为 8个，直径为 16mm 。 选用推杆推出时的应力计算： f R2（ 16/2） 2 200.96mm2 K 1.2 2 ，取 K 1.5 n 8（推杆数） Pt 7.872 1000 10 78720N（开模力） k Pt/n/f=48.52MPa 50MPa 满足应力要求 推杆受力计算： Pd K Pt/n=105 78720/8 14760N 受力校核： Pd 应 Pd1（推杆不失稳时能承受的压力） Pd1 EJ/Kw/L2 2.03 107 (1.6/65) 4 31488N 因 PdPd1，所以可以安全使用 2.3.9 模具型腔和型芯设计 在利用 UG 进行模具的型芯和型腔的设计时 ,动模镶块和定模镶块是从同一块毛坯中切割出来，故毛 坯应是动模镶块、定模镶块的总和 。 2.3.9.1 模具型腔和型芯的生成 此过程中，将利用造型好的三维零件通过 UG直接生成型腔和型芯，此过程主要包括毛坯的构建、分型面的建构、模具体积块的抽取 。 2.3.9.2 构建毛坯 利用造型好的三维零件通过 UG 直接生成毛坯。 2.3.9.3 项目
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