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机械毕业设计论文
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模具毕业设计7毕业设计 锌套的压铸模设计,机械毕业设计论文
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学院本科毕业设计（论文） 锌套的压铸模设计 学生姓名： 学生学号： 院（系）： 年级专业： 指导教师： 助理指导教师： 二六年六月nts 摘 要 目前，模具的设计特别是压铸模的设计在现代化制造行业起着越来越重要的作用 , 压铸是高效益、高效率，很有发展前途的铸造方法，在高科技的不断推动下，压铸必将进一步扩大其应用范围，在国民经济发展中必将发挥出越来越大 的作用。与其它方法相比 ,它具有尺寸精度高 ,强度 高 ,表面粗糙度硬度高 ,能压铸复杂的薄壁零件 ,同时 ,生产率极高 ,可以省略大量的机加工。 本课题研究的对象是锌套的压铸模设计，包括工艺参数的选择，零件的工艺分析，压铸机的选用及排溢系统的设计，推出机构，模架的设计，成形零件的设计，结构零件的设计，压铸模的技术要求及选材等 ,本课题的设计论述出了各部分的设计方法与原则以及计算设计过程和必要的强度校核。 关键词 压铸，压铸模，工艺 nts ABSTRACT ABSTRACT Picked to present, mold design especially die-casting mould design in the modern manufacturing industry plays an increasingly important role, die-casting is effective, efficient, the very future of casting methods, in the continuous promotion of high-tech, die-casting will further expand its scope of application, in development of the national economy is bound to play a growing role. Compared with other methods, it has size high accuracy, high-intensity, high surface roughness hardness to die-casting complex thin wall parts, and high productivity, large machines can dispense processing. This research sets the target of zinc die-casting design, the craft parameters parts crafts analysis, the choice of die-casting machines and platoon Yak system design, the introduction of institutions, national aircraft design, shape parts design, structural components design, die-casting mould technical requirements and material composition, a total of nine chapters. The topics addressed in the design of the various components of the design principles and calculation methods and design process and the necessary degree of intensity. Keywordsdie-casting, die-casting mould, crafts nts） 目录 1 目 录 摘 要 ABSTRACT 1 绪论 1 2 压铸的基本方案 2 3 工艺参数的选择 3 3.1 压射比压 3 3.1.1 压射比压 3 3.1.2 型腔实际比压的估算 3 3.2 速度 3 3.3 温度 4 3.4 时间 4 3.4.1 充填时间 5 3.4.2 增压时间 5 3.4.3 保压时间 5 3.4.4 留模时间 5 3.5 涂料 5 3.6 压铸件清理 6 3.7 压铸件的整形和修补 6 4 零件的工艺分析及分型面的选择 7 4.1 零件的工艺分析 7 4.1.1 材料分析 7 4.1.2 结构分析 7 4.1.3 确定加工余量与压铸件的表面质量 7 5 分型面的选择以及浇注系统 8 5.1 分型面的设计原则 8 5.2 分型面的选择 8 5.3 浇注系统的设计 8 5.3.1 内浇口的设计 9 5.3.2 直浇道的设计 10 5.3.3 横浇道的设计 11 nts） 目录 2 5.3.4 等宽横浇道的设计步骤 11 6 压铸机的选用及排溢系统的设计 13 6.1 压铸机的选用 13 6.1.1 压铸机的基本结构和选用 13 6.1.2 计算锁模力 13 6.1.3 压室容量的校核 14 6.1.4 模具厚度计算 15 6.1.5 动模座板行程计算 15 6.2 排溢系统的设计 15 6.2.1 溢流槽 15 6.2.2 溢流槽的位置选择 16 6.2.3 溢流槽的容积和尺寸确定 16 6.2.4 排气槽的设计原则和设计 16 7 推出机构 18 7.1 推出机构的设计 18 7.1.1 推出机构的组成和分类 18 7.1.2 推出力的确定 18 7.1.3 推杆推出部位设置 19 7.1.4 推杆的推出端形状 19 7.1.5 推 杆的尺寸计算及校核 19 7.2 推出机构的复位 20 7.2.1 复位与限位形状 20 7.2.2 复位杆尺寸 20 7.2.3 限位钉尺寸 21 8 模架的设计 22 8.1 模架的基本形式 22 8.2 定模座板的设计 22 8.2.1 定模座板的作用 22 8.2.2 设计要点 22 8.3 动模座板的设计 22 8.3.1 动定模套板的作用 22 8.3.2 设计要点 22 8.4 支承板的设计 23 8.4.1 支承板的作用 23 nts） 目录 3 8.4.2 设计要点 23 8.5 推板和推板固定板的设计 24 8.5.1 推板和推板固定板的作用 24 8.5.2 设计要点 24 8.6 垫块的设计 25 8.6.1 垫块的作用 25 8.6.2 设计内容 25 8.7 动模座板的设计 25 8.7.1 动模座板的作用 25 8.7.2 设计要点 25 9 成形零件的设计 26 9.1 结构设计 26 9.2 镶块与型芯的固定形式 26 9.3 成形零件工作尺寸计算和公差确定 26 9.4 镶块的主要尺寸 27 9.5 模具制造公差 28 10 结构零件的设计 30 10.1 导柱和导套的标准化设计 30 10.1.1 动定模导柱和导套的设计 30 10.1.2 导柱、导套在模板中的位置 30 10.2 推板导柱和导套的设计 30 11 压铸模的技术要求及选材 32 11.1 压铸模的选材与热处理 32 11.1.1 压铸选材 32 11.1.2 压铸模热处理 32 11.2 压铸模的技术要求 32 11.2.1 结构零件的公差与配合 32 11.2.2 零件的表面粗糙度 32 11.2.3 结构零件的形位公差 32 总 结 34 参考文献 35 致 谢 36 nts） 1 绪论 1 1 绪 论 压铸是将熔融状态或者半熔融状态合金浇入压铸的压室 ,在高压力的作用下以极高的速度充填在压铸模的型腔内 ,并在高压下使熔融合金冷却凝固而成型的高效益高效率的精密铸造方法 .与其他铸造方法比较 ,由于压铸的生产工艺流程短 ,工艺简单而集中 ,不需要繁多的设备和庞大的工作场地 ,铸件质量好 ,精度高 ,表面光洁 ,可以省去大量的机械加工工序 ,设备和工作时间 ,金属的工艺出品率高 ,节省能源 ,节省原材料等优 点。 压铸也尚存一些缺点有待解决，主要是： 压铸件表层有气孔 ， 因此，一般压铸件不能进行热处理，也不宜在高温条件下工作。同样，也不希望进行机械加工，以免铸件表面显露气孔。 压铸的合金类别和牌号有所限制 ， 目前只适用与锌、铝、镁合金的压铸。 压铸的生产准备费用较高，故压铸工艺只适用于大批量生产。 我国的压铸模技术研究，大约起步于 20 世纪 60年代。经过近 50 年的发展，技术水平有了较大的进步，特别是近 10年来技术水平有了很大的提高，大型、精密、复杂、高效、长寿命模具有了新的突破。特别是摩托车、汽车行业的快速发展 ，推动了压铸模技术和压铸模具生产快速发展。我国铸造模具行业的发展趋势主要表现在以下方面： CAD CAM CAE一体化、应用反求工程开发铸造模具制造范围、模具标准件的应用。 结合现代生产技术的需要设计锌套压铸模，保证模具简单、先进、合理、动作准确可靠，维修方便。 根据压铸的特点和应用范围，对于锌套为耐磨零件，结构较复杂， 铸件的强度和表面硬度，尺寸精度和表面粗糙度要求较高， 经过分析，锌套采用压铸能达到预期的效果，用压铸具有可行性。 同时 压铸是一种高经济效益的铸造方法 ,在高科技的不断推动下 ,压铸必须将进一步扩大其实 用范围 ,在国民经济发展中必将发挥越来越大的作用。 因此，设计压铸模具有十分重要的意义。 nts） 2 压铸的基本方案 2 2 压铸的基本方案 因为锌套是低熔点的合金，因此，采用热室压铸机。 热室压铸机的压铸过程：热室压铸机的压室浸在保温坩埚内的熔融合金中，压射部件装在坩埚上面。其过程为：压射冲头上升时，金属液通过进口进入压室内，合模后，在压射冲头作用下，金属液由压室经过鹅颈管、喷嘴和浇注系统进入模具型腔，冷却凝固成压铸件，动模移动与定模分离而开模，通过推出机构推出铸件而脱模，取出铸件，即完成一个压铸循环。 热室压铸机压铸过 程示意图见图 1.1： 金 属 液 2 - 坩 埚 3 - 压 射 冲 头 4 - 压 室进 口 6 - 鹅 颈 管 7 - 喷 嘴 8 - 压 铸 模图 1.1热室压铸机压铸过程示意图 nts 3 工艺参数的选择 3 3 工艺参数的选择 在压铸生产中，压铸机、压铸合金和压铸模具是三大要素。压铸工艺则是将三大要素作有机的组合加以运用的过程。因此，有必要对压铸工艺的性质、特点及其规律性加以分析和研究。 压铸生产是液态金属充型的过程，是许多矛盾着 -的因素得以统一的过程。在影响充型的许多因素中，主要是压力、速度、温度和时间等，时间则是有关工艺参数的协调和综合的结果。而各个工艺因素又是 互相影响和互为制约的，调整某个工艺因素时，必然引起与之相应的工艺因素发生变化，并且可能反过来对已经调整的哪个工艺因素产生影响而使其引起变化。因此，只有对这些工艺参数进行正确的选择、控制和调整。使各种工艺参数满足压铸件生产的需要，才能保证在其他条件良好的情况下，生产出合格的压铸件。 3.1 压射比压 3.1.1 压射比压 压射比压是液压金属在充填过程中各个阶段实际得到的作用力大小的表示方法 ,它反映了液态金属在充填时的各个阶段以及金属流经各个截面时力的概念 ,压射比压过高会使铸型受到金属液的冲刷和增加粘模的可能 性 ,降低铸型的使用寿命 ,过低会导致铸件组织不致密和轮廓不清晰。 根据资料 1表 8-47,由于铸件为锌合金 ,结构简单 ,壁厚 3mm,查得其理论压射比压 P=50Mpa。 3.1.2 型腔实际比压 Ps=k P1 （式 3.1) 式中 ： Ps 型腔实际比压 (MPa)； P 理论计算的压射比压 (MPa)； K 压力损失折算系数 ,查 1表 8-47 可以取 0.70(因为立式压铸机 ,且直 道导入口截面积与内浇口截面积之比 1)所以 Ps=0.70X50=35Mpa。 3.2 速度 压射中速度的表示形式有压射速度和充填速度两种。 压射速度是指压铸机压射缸内的压力油推动压射冲头前进的线速度。充填速度是指液态金属在压力作用下 ,通过内浇口进入型腔的线速度。充填速度的主要作用是将液态金属在凝固之前迅速输入型腔 ,它是获得轮廓清晰 ,表面质量高的铸件nts 3 工艺参数的选择 4 的重要因素。 充填速度的选择应视铸件大小 ,铸件复杂程度 ,铸件的要求 ,合金种类 ,压射比压高低 , 对于简单壁厚或者内部质量要求较高的铸件 ,应选择低充填速度 ,高比压大浇口。 计算平均壁厚 压铸件平均壁厚 ： b= 3321332211AAAAbAbAb （式 3.2) 式中 ： b1、 b2、 b3 压铸件某个部位的壁厚 (mm)； A1、 A2、 A3 壁厚为 b1、 b2、 b3 部位的面积 (mm)； b1=16.05mm ； b2=8.55mm； A1= 121.5 16.5=6294.915 mm2 ； A2= 106.5 109.25=36534.2925mm2 ； b=(101033+312368)/42829.2=9.65mm； 查 2表 1-28 充填时间选取 0.1s， 充填速度选取 30m/s； 查资料 1表 8-49锌合金冲头空行程压射速度： 0.3 0.5m/s 取 0.4m/s。 3.3 温度 金属液的浇注温度和模具的工作温度是压铸过程中的热因素。 浇注温度是指从压室进入型腔时液态金属的平均温度 , 由于对压室内的液态金属温度测量不方便 ,一般用保温炉内的金属液温度表示 ,浇注温度过高 ,收缩大 ,铸件容易产生裂纹。因此 ,浇注温度应与压力压铸温度及充填速度同时考虑。 查资料 1表 8-50选取浇注温度 :420 液相线温度 : 387。 压铸模温度是指压铸模的工作温度。 压铸模的工作温度： t 模 =31t 浇 t1 （式 3.3) 式中 ： t模 压铸模的工作温度 ( )； t浇 液态金属浇注温度 ( )； t 温度控制公差 t=25； 对于薄型复杂件取上限，厚壁简单件取下限 。 因此， t模 =1/3t 浇 - t=1/34 20 -25 =140 -25 =115。 3.4 时间 nts 3 工艺参数的选择 5 压铸时间包括充填时间、持压时间以及压铸件在压铸模中停留的时间。 3.4.1 充填时间 压铸时液态的金属从压铸模型腔开始到充满型腔为止所需要的时间， 充填时间与压铸件体积的复杂程度以及压射比压，内浇口截面积等因素有关，查资料 4表 1-28 充填时间选取 0.1s。 3.4.2 增压时间 指的是熔融合金在充模的增压阶段、从充满型腔的瞬时开始，到达到预定是增压压力所需的时间，查资料 3表 1-19知道在 0.01-0.2s之间，可以取 0.05s。3.4.3 保压时间 熔融合金充满型腔到凝固前，增压比压持续的时间。保压可以加强补缩，获得组织更加致密的压铸件，对于结晶范围大、壁厚的压铸件在 2-3s 内，所以可以取 3s。 3.4.4 留模时间 保压时间终了到开模推出压铸件的时间，查 2表 1-31，对于锌合金，壁厚 5mm时，留模时间在 20-25s,所以可以取 25s。 3.5 涂料 压铸过程中， 为了避免铸件与铸模熔合，减少铸件顶出的摩擦阻力和避 免压铸模过分受热而采用涂料。 压铸涂料应该具有以下作用： 避免金属液直接冲刷型腔和型芯表面，改善铸件的工作条件。 减少铸件的热导率，保持金属液态的流动性，以改善金属的成形性。 高温时保持良好的润滑性，减少铸件与压铸模成形部分之间的摩擦，从而减少型腔的磨损程度，提高铸件表面质量。 预防粘膜： 1） 在高温时，具有良好的润滑性。 2） 挥发点低，在 100 -150 时，稀释剂能很快挥发。 3） 涂敷性好，并且对压铸模及压铸件没有腐蚀作 用。 4） 性能稳定，在空气中稀释剂挥发小，存放期长。 5） 在高温时不会析出有害气体。 6） 不会在压铸模型腔表面产生积垢。 7） 配方工艺简单，来源丰富，价格低廉。 压铸涂料的种类繁多，涂料使用时应该注意用量。喷时应该注意均匀程度，避免涂层太厚，涂时可以用毛刷等工具，涂上涂料后应等涂料中的稀释剂挥发后，nts 3 工艺参数的选择 6 再合模浇注，否则，型腔空气量增加，会增加气孔产生的可能，甚至形成高的反压力而使充型困难。还要注意模具的排气槽不能被涂料堵塞，以免排气不畅。对于型腔转折、凹角部位，应该避免涂料的沉积。 在生产中，应该对操作的压铸机 和使用的模具摸索其规律，根据铸件的质量要求，采取正确的喷涂方法。 查 4表 1 32，选用氧化锌水玻璃，使用方法：压射冲头和压室每压铸 3 次后喷射涂料一次，浇注系统和成型部分压铸 4次后喷射涂料一次。 3.6 压铸件清理 压铸件的清理是很繁重的工作，其工作量往往是压铸工作量的 10 15倍，因此，随着压铸机生产率的提高，压铸件产量的增加。压铸件的清理工作实现机械化和自动化是非常重要的。压铸件的清理包括去除浇注系统、排溢系统的金属物、飞边及毛刺，有时候还要修整经过上述去除工作后所残留的金属或者痕迹。 切除浇注系统和 飞边所用的设备主要是冲床、液压机和摩擦压力机，在大量生产条件下，可以根据铸件结构和形状设计专用的模具，在冲床上一次完成清理任务。在对于小孔、螺纹上的飞边毛刺，以安装在专用夹具上，采用半自动或者自动的多工位转盘机，在各个工位上完成飞边毛刺的清理和浇注系统的切除工作。 表面清理多采用普通多角滚筒和振动埋入式清理装置。对批量大的简单小件，可以采用多角清理滚筒，对表面要求高的装饰品，可以用布制或者皮革的抛光轮抛光。对大量生产的铸件可以采用振动清理机，清理后的铸件按照使用要求，还可以进行表面处理和浸渍，以增加光泽，防 止腐蚀，提高气密性。 对于修整后的残留金属或者痕迹，可以采用橡胶砂轮或者沙袋打磨。打磨时可以采用水与油的混合液润滑，简单小铸件还可以用滚筒清理。 3.7 压铸件的整形和修补 按照正常程序进行生产的压铸件，一般是不会变形的。只有形状复杂和薄壁的铸件，可能由于顶出时受力不均衡或者持压时间掌握不好，以及搬运过程中铸件被碰撞而引起变形。 压铸或者加工后的铸件，发现有不符合技术要求的缺陷时一般都报废，只有在下列情况下并且有修补的可能时才可以进行修补： 形状很复杂，压铸很困难或者加工周期很长的铸件。 带有铸入镶件 ， 这种镶块是由贵重材料制成的或者是制造很困难而在回收后无法复用的。修补方法有焊补方法和嵌补方法两种。nts 4 零件的工艺分析 7 4 零件的工艺分析 及分型面的选择 4.1 零件的工艺分析 4.1.1 材料分 零件为锌套，材料为 ZZnAl4Y 合金代号： YX040 锌合金密度大，熔点低，熔化保温方便，模具寿命长，铸造工艺性好，可压制特别复杂的薄壁件，同时锌合金与铁的亲和力小，不易粘模。焊接和电镀性能好。 材料中化学成分： Al=3.5-4.5%， Mn=0.02-0.06%； 力学性能： b=250Mpa， =1%， Hbs=80， AK/J=35J。 4.1.2 结构分析 所压铸的零件是由两个半圆柱套胶合而成，在上半圆柱套有方形 60 60mm的漏油槽，在圆环端面有宽为 16mm凸出的凸缘，内孔直径为 14.007.090，为 IT9 ，外圆直径 105 035.00，公差等级为 IT7（由 5查表所得），除此之外，所有没有标注公差按照图中要求为 IT13。用压铸的方法生产该零件完全能够达到。 其零件结构图如图 4.1： 技术要求：未 注 公 差 为 I T 1 3 级 ；其余3.2图 4.1零件结构图 4.1.3 确定加工余量与压铸件的表面质量 根据 2表 2-36 确定其加工余量和表面质量画出其示意图 4.2： 121.5（120）（ 6 0 ）60.5125.75（ 125 ）（ % ）（）（ 1 6 ）1 6 . 5其余3.2图 4.2加工余量和表面质量图 nts） 5 选用分型面以及浇注系统 8 5 选用分型面以及浇注系统 5.1 分型面的设计原则 合理确定分型面，不但能简化压铸模的结构，而且能保证铸件的质量，确定分型面时，主要根据以下几个方面原则考虑： 开模时，能保持铸件随移动的方向脱出定模，使铸件保留在动模内。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。 有 利于浇注系统和排溢系统的合理布置。 为保证铸件的尺寸精度，应该使加工尺寸精度要求高的部分尽可能位于同一个半压铸模内。 使压铸模的结构简化并有利于加工。 其他：如考虑铸造合金的性能、避免压铸机承受临界负荷。 5.2 分型面的选择 压铸型的定模与动模表面称为分型面，根据分型面的选择原则选择 o o平面为分型面。如图 5.1 图 5.1分型面的选择 原因 ：能够使压铸件在开模后留在动模内； 分 型面处于压铸件断面轮廓最大的地方，能够使压铸件顺 利从模具上脱出；分型面处于金属流动方向的末端使模具型腔具有良好的溢流和排气条件；使压铸模的结构简化有利于加工； 有利于浇注系统和排溢系统的合理布置。 5.3 浇注系统的设计 浇注系统是将熔融合金从压铸机的压室引入到模具型腔的通道。它是从压室开始到内浇口为止的进料通道的总称。一般由四部分组成：直浇道、横浇道、内浇口。 nts） 5 选用分型面以及浇注系统 9 5.3.1 内浇口的设计 内浇口的设计原则： 设计内浇口时，主要是确定内浇口的布置和方向，并且预计合金充填过程的流态，可能出现的死角和裹气部分，以便设置适当的溢流槽和排气槽，设计时考虑不要过早的 封闭分型面、排气槽，以便型腔中气体能顺利排出。 内浇口的设计应该注意以下几个方面的要求： 1)从内浇口进入型腔的金属液，应首先充填深腔处难以排气的部位，然后充填其他部位，并且应该注意不要过早的封闭分型面、排气槽，以便于型腔中气体能够顺利排出。 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黏膜现象，致使该处过早损坏。 3)应该可能采用单个内浇口而少用分支浇口，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。对有加强筋的铸件，应该使内浇口导人金属液的流 动与加强方向一致。 4)形状复杂的薄壁铸件，应该采用较薄的内浇口，以保证有足够的充填速度，对一般结构形状的铸件，为保证最终静压力的传递作用，应该采用较厚的内浇口，并设在铸件的厚处。 5)内浇口设置位置应该使金属液充填压铸模型腔各个部分时，流程最短，流向改变少，以减少充填过程中能量的损耗和温度的降低。 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关键问题。 内浇口的位置的选择： 选用切向浇口因为零件为中小型半环形铸件，考虑金属流能够沿型腔充填，减轻对型腔的冲刷，所以，选择资料 3图 3-9 b）的方式，内边 n 线离内圈（型芯）一定的距离，并且在端部用圆弧与铸件外圆相连。同时，考虑金属液应从铸件厚壁向薄壁处填充，保证最终静压力的传递作用。因此，先从凸缘方向填充。 内浇口的形式： 采用单个内浇口，以避免多路金属液口流互相撞击，形成涡流，产生裹气和氧化物夹紧等缺陷。因为它具有合理的金属液引入方向，有利于型腔排气，以及避免金属液进入型腔时冲击型腔。 采用 3图 3-19（ h）形式，因为它具有合理的金属液引流方向，有
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