压铸模具设计与制造.ppt

压铸模具设计与制造 编写 王华 目录 大规模专业培训 BZ 目录 大规模专业培训 BZ 大规模专业培训 BZ 第一章压铸模具基础 压铸成型技术概述压铸模设计基础 大规模专业培训 BZ 第一节压铸成型技术概述 一 压铸成型技术简介压力铸造简称压铸 是利用压铸机的压力作用将合金熔融液体以一定速度充填满按照一定的零件结构和工艺要求设计并经过精密制造的模具型腔 且合金熔融液体保持在一定压力作用下 在模具型腔中冷却凝固并成型的一种高效益 高效率的精密铸造技术 大规模专业培训 BZ 二 压铸成型技术的特点与应用范围1 压铸成型技术的特点高压 高速是压铸液态或半液态金属充填成型过程的两大主要特点 也是压铸成型技术与其它铸造方法最根本的区别 2 压铸成型技术的应用范围压铸技术是最先进的金属成型方法之一 是实现少切屑 无切屑的有效途径 目前压铸用的合金已不再仅局限于锌 铝 镁和铜等合金 而是逐渐扩大到用铸铁和铸钢等铁合金来生产压铸件 大规模专业培训 BZ 三 压铸成型技术的发展趋势由于采用压铸成型技术 对企业有其积极和明显的经济效益 今后压铸成型技术的发展方向为 压铸成型技术向智能化方向发展 研发压铸新材料 满足工业技术进步的需要 研发新式压铸设备 提高自动化水平 发展新型检测技术 发展压铸新技术 改善和提高压铸工艺水平 提高压铸模寿命 降低生产成本 以解决黑色金属压铸问题 大规模专业培训 BZ 第二节压铸模设计基础 一 压铸模设计概述压铸时 压铸模 压铸机 压铸合金通过压铸工艺参数的相互联系协调 共同完成压铸件的压铸成型过程 压铸模在压铸生产过程中的作用如下 确定浇注系统 特别是内浇口位置和导流方向以及排溢系统的位置 它们共同决定着熔融金属的填充条件和成型状况 压铸模是压铸件的复映 决定了压铸件的形状和精度 模具成型表面的质量直接影响压铸件的表面质量以及脱模阻力的大小 大规模专业培训 BZ 在压铸成型后 保证压铸件顺利从压铸模中脱出 且推出模体后 应无变形 破损等现象的发生 模具具备的强度和刚度承受压射力以及内浇口速度对模具的冲击 在压铸过程中 控制和调节模具的热交换和热平衡 最大限度发挥压铸机成型效率 大规模专业培训 BZ 二 压铸模设计的基本原则 充分了解压铸件的用途和与其它结构件的装配关系 并根据压铸件的结构特点 使用性能 在模具设计时分清主次 突出模具结构的重点以及结合模具加工的工艺性 合理选择模具的分型面 型腔数量和布局形式 压铸件的推出形式和侧向脱模形式 了解现场模具实际的加工能力 如现有的设备和可协作单位的装备情况 以及操作人员的技术水平 结合实际地设计出符合现场加工能力的模具结构形式 大规模专业培训 BZ 模具应适应压铸生产的各项工艺要求 选择符合压铸工艺要求的浇注系统和排溢系统 特别是内浇口位置 内浇口速度和液流方向 应使金属液流动平稳 顺畅 并有序地排出型腔内的气体 以达到良好的填充效果和避免压铸缺陷的产生 在保证压铸件质量稳定和安全生产的前提下 压铸模应具备 结构简单 先进合理 运行准确可靠 减少操作程序 操作方便 安全快捷 易损零件拆卸方便 便于维修 制造成本低 有较高的压铸效率 实现充模快 开模快 脱模机构灵活可靠以及自动化程度高等特点 大规模专业培训 BZ 模具结构件应满足机械加工工艺和热处理工艺的要求 选材适当 尤其是各成型零件和其它与金属液直接接触的零件 应选用优质耐热钢 并进行淬硬处理 使其具有足够抵抗热变形能力 疲劳强度和硬度等综合力学性能以及耐蚀性能 应充分考虑模具温度变化对相对滑动部位的配合精度带来的影响 模具设计应在可行性的基础上 对经济性进行综合考虑 模具总体结构力求简单 实用 综合造价低廉 应选取经济 实用的尺寸配合精度 注意减少浇注系统余料的消耗量 大规模专业培训 BZ 设法提高模具的使用寿命 掌握压铸机的技术特性 充分发挥压铸机的技术功能和生产能力 模具安装应方便 可靠 模具设计时应留有充分的修模余地 模具应尽可能采用标准化 通用化零件 以缩短模具设计和制造周期 方便管理 模具设计完成后应进行评审 广泛听取各方面的意见 吸收有益的建议 对模具结构加以充实和完善 大规模专业培训 BZ 三 压铸模设计的程序和内容压铸模设计的内容一般分为工艺设计和结构设计两部分 1 压铸模工艺设计工艺设计实际上是为模具结构设计打好基础 其重点是从压铸件出发 结合压铸生产的特点对压铸件结构进行分析 确定工艺方案和使用的压铸机 其主要工作包括 取得必要的资料和数据 并加以研究 消化 对压铸件的零件图进行工艺性分析 确定机械加工部位 加工余量和加工时的工艺措施以及定位基准等 根据零件进行压铸工艺性设计 选定压铸机型号 绘制压铸件毛坯图 大规模专业培训 BZ 2 压铸模结构设计结构设计是在工艺设计的基础上 确定压铸模总体结构和各个零件的细节和技术要求 其内容包括 压铸模总体结构设计 压铸模结构的细节设计 压铸模的校核 四 压铸模的基本结构1 压铸模的基本结构细分压铸模结构主要由以下五部分组成 成型部分 浇注系统 模架部分 侧抽芯机构 温度控制系统2 压铸模的分类根据所使用的压铸机类型的不同 压铸模主要有以下几种基本结构形式 热压室压铸机用压铸模 立式冷压室压铸机用压铸模 全立式压铸机用压铸模 卧式冷压室压铸机用压铸模 大规模专业培训 BZ 大规模专业培训 BZ 五 压铸模具设计的发展趋势为了适应用户对模具制造的短交货期 高精度 低成本的迫切要求 模具设计必然会有如下发展趋势 模具设计由经验设计阶段向理论计算和计算机辅助设计方向发展 CAD CAM CAE技术广泛用于制模业 使模具结构更趋科学合理 极大地提高模具加工精度 缩短模具设计加工周期 减少产品开发时间 模具CAD CAE CAM正向集成化 三维化 智能化和网络化方向展 提高模具标准化水平和模具标准化利用率 模具向着精密 复杂 大型化的方向发展 基于知识的工程 KBE 技术 大规模专业培训 BZ 第二章压铸零件结构创新设计 压铸件基本元素创新设计压铸件结构创新设计压铸件的精度 表面粗糙度和加工余量 大规模专业培训 BZ 第一节压铸件基本元素创新设计 一 压铸件的壁厚和加强筋壁厚是决定压铸件质量的关键 影响压铸件壁厚的主要因素有 合金材料 压铸件功能与结构 压铸工艺等 为了保证良好的压铸件质量 一般推荐的最小壁厚和合理壁厚见表1 表1压铸件最小壁厚和合理壁厚 筋的结构形式多种多样 但设计筋应遵循的原则和注意事项如下 1 对称布置 分布均匀 避免多筋交叉 2 与进浇料流方向一致 避免料流紊乱 3 筋的厚度一般小于相邻壁的厚度 当壁厚小于1 5mm时 一般不设置加强筋 筋的截面结构尺寸与壁厚的关系见表24 应适当增大加强筋的脱模斜度 大规模专业培训 BZ 表2筋的结构尺寸与壁厚的关系 二 铸造圆角压铸件壁与壁相交的各面 应采用圆角圆滑过渡 分型面除外 适当的圆角有利于零件压铸成型 避免尖角产生应力集中 导致压铸件开裂 提高压铸件强度 避免模具型腔尖角存在 防止模具早期龟裂和崩角 压铸件最小圆角半径见表3 大规模专业培训 BZ 表3压铸件最小圆角半径 mm 三 压铸件的孔和槽压铸工艺可以将孔 槽直接铸造成型 但过小的型芯容易变形 甚至导致模具过早损伤 压铸最小孔径及孔径与深度的关系见表表4 大规模专业培训 BZ 表4压铸最小孔径及孔径与深度的关系 mm 说明 1 表内深度系指固定型芯 对单个活动型芯其深度可适当增加 2 对直径较大 精度要求不高的孔 抽拔深度也可适当增加 四 螺纹与齿轮一般螺纹和齿轮都能直接通过压铸成型 能够压铸螺纹的极限尺寸见表5 能够压铸齿轮的最小模数 精度及斜度见表6 大规模专业培训 BZ 表5压铸螺纹极限尺寸 mm 说明 外螺纹D为外径 内螺纹d为内径 表6压铸齿轮的最小模数 精度及斜度 五 工艺纹路 文字 标志和图案压铸件上设计工艺纹路或文字 标记和图案时 应考虑模具结构 避免模具细小凸起 降低模具寿命 所以应设计成凸起的工艺纹路或文字 标记和图案 大规模专业培训 BZ 图1文字 标记和图案结构凸起形式图2文字 标记和图案结构凹下形式 六 脱模斜度设计压铸件 应在结构上沿出模方向留有结构斜度或足够的工艺斜度 减少压铸件与模具的摩擦 保证压铸件从模具中顺利取出 压铸件的最小脱模斜度见表7 大规模专业培训 BZ 表7压铸件的最小脱模斜度 说明 表中数值仅适用于型腔深度或型芯高度 50mm 表面粗糙度为Ra0 4 m时 但大端与小端的尺寸单面差 0 03mm 七 嵌件设计带嵌件压铸件时 应注意的事项如下 1 嵌件与压铸件应结合牢固 防止轴向窜动或径向转动 2 嵌件必须避免有尖角 以利安放并防止铸件应力集中 3 必须考虑嵌件在模具上定位的稳固性 及模具内公差配合要求 4 外包嵌件的金属层应有足够的厚度 嵌件直径与周围金属层最小厚度关系见表8 5 铸件上的嵌件数量不宜太多 6 铸件和嵌件之间如有严重的电化腐蚀作用 则嵌件表面需要镀层保护 7 有嵌件的铸件应避免热处理和表面处理 以免使嵌件松动或腐蚀 大规模专业培训 BZ 表8嵌件直径与周围金属层最小厚度关系 mm 大规模专业培训 BZ 第二节压铸件结构创新设计 一 合理结构 提高压铸件工艺适应性 防止压铸缺陷 1 根据压铸件功能 合理选择压铸件壁厚 压铸件壁厚 对压铸工艺选择 模具寿命及生产效率 产品成本都将产生重要影响 abc图3均匀壁厚 避免缩孔 利用加强筋增加强度和刚度 ab图4调整局部壁厚 避免冷隔和欠铸 大规模专业培训 BZ 2 改善金属液流动性 提高零件压铸成功率 ab图5利用加强筋 改善充填和排气条件 3 平滑过渡 预防应力集中和裂纹 abc图6圆弧或斜度渐变过渡 预防应力集中和裂纹 大规模专业培训 BZ 二 简化结构 降低复杂系数 提高压铸件质量和模具寿命 1 压铸件结构在满足使用功能要求的前提下 应尽可能结构简单 减少分型面 使模具结构简单 降低模具制造难度 2 避免或减少与分型面不垂直的侧向抽芯 降低模具复杂程度 提高压铸件精度 a b图7优化结构 使分型面简单图8避免分型痕迹和错型 ab图9改变形状避免侧向抽芯 大规模专业培训 BZ 3 避免模具结构局部过薄 保证模具有足够的强度和刚度 ab图10改善结构 保证模具强度 三 防止压铸件变形 压铸件结构设计不当 收缩或顶出时会产生变形 甚至应力集中过大而产生裂纹 ab图11均匀壁厚 减少或避免变形 大规模专业培训 BZ 第三节压铸件的精度 表面粗糙度和加工余量 一 压铸件的尺寸精度影响压铸件尺寸精度的因素主要有 压铸件结构 压铸模具的尺寸精度 分型面或模具活动型芯 脱模斜度 合金收缩率 压铸设备结构精度和刚度等 影响压铸件尺寸稳定性的主要因素有 压铸工艺状况 操作条件 模具维修保证能力 模具寿命等 根据压铸件使用精度要求的不同 一般划分为精密压铸件和普通压铸件 精密压铸件的尺寸公差一般按照GB T1800 2 2009 极限与配合 选取 但对受分型面或压铸模具活动型芯影响的尺寸 需要在基本尺寸公差上增加附加公差 普通压铸件的尺寸公差一般按照GB T6414 1999 铸件尺寸公差与机械加工余量 直接选取 大规模专业培训 BZ 1 线性尺寸和配合尺寸公差 表9精密压铸件线性尺寸公差等级 GB T1800 2 2009 表10普通压铸件线性尺寸公差等级 GB T6414 1999 大规模专业培训 BZ 2 中心距尺寸公差 表11压铸件孔中心距尺寸公差 3 压铸件厚度尺寸公差 表12厚度尺寸公差 大规模专业培训 BZ 4 转角圆角半径尺寸公差 5 角度与锥度公差 表13圆角半径尺寸公差 表14压铸件一般要求的角度和锥度 大规模专业培训 BZ 二 压铸件的形位公差压铸件的形位公差主要由压铸模具的成型表面形状和位置精度保证 但同样也会受到模具活动成型的影响 一般压铸模具成型表面的形状和位置精度较高 故压铸件的形位公差一般不另行规定 但形位公差值应包含在相关尺寸的公差范围内 对于有特殊要求的表面 应在图样中标注出形位公差 表15压铸件平面度和直线度公差 表16压铸件平行度 垂直度和倾斜度公差 大规模专业培训 BZ 三 压铸件的表面粗糙度压铸件的表面粗糙度主要取决于压铸模具成型零件的表面粗糙度 同时受到压铸工艺保证能力 压铸模具使用寿命周期及寿命周期内模具维修保证能力等因素影响 表17模具正常寿命周期内 压铸件能达到的表面粗糙度值 m 四 压铸件的加工余量由于压铸件表层只有0 8 1 2 的致密层 因此加工余量应尽量选取小值 避免加工余量过大 暴露压铸件内部组织缺陷 降低压铸件机械性能 一般推荐的压铸件机械加工余量见表18 表18压铸件机械加工余量 大规模专业培训 BZ 第三章压铸模具创新设计 压铸机选用方法分型面的创新设计和成型零件结构设计技巧浇注系统和排溢系统的创新设计压铸模具加热与冷却系统的设计常用侧抽芯机构的创新设计推出机构创新设计压铸模模架创新设计压铸模具材料选择压铸模的技术要求 立式压铸机压铸机 按压室受热条件分类 冷室压铸机全立式压铸机 按压室和模具布置方式分类 卧式压铸机 大规模专业培训 BZ 第一节压铸机选用方法 压铸机是压铸生产的重要设备 压铸件能否生产成功主要取决于压铸机与压铸模具是否匹配 压铸机的能量供给是否能满足压铸模具的能量需求 所以在压铸模具设计中 首先要根据压铸件的轮廓尺寸和质量 压铸合金种类 以及生产规模和品种多少 生产成本等 选择合适的压铸机类别 并校核压铸机相关参数以选定具体的压铸机型号 一 压铸机的类型压铸机通常按照下列方式进行分类 热室压铸机 大规模专业培训 BZ 二 压铸机型号的选用方法选定压铸机类型后 根据锁模力选用压铸机型号是一种广泛使用的方法 1 确定压实压力压实压力是保证压铸件质量的重要参数之一 推荐的压实压力参数值见表19 表19压铸件压实压力推荐表 MPa 大规模专业培训 BZ 2 计算压铸压铸件所需压铸机锁模力根据压铸件结构 初步选择模具结构 估算投影面积 按下式计算压铸该压铸件所需压铸机的锁模力 F锁 K F主 F分 式中F锁 压铸机应具备的锁模力 KN K 安全系数 一般K 1 1 1 3 小型压铸件取小值 大型压铸件取大值 F主 主胀型力 KN F分 分胀型力 KN 模具有侧向抽芯时计算 其中 主胀型力按下式计算 F主 A 10式中F主 主胀型力 KN A 压铸件 浇注和溢流系统在分型面上的投影面积之和 一般浇注系统和溢流系统的面积按压铸件在分型面上总的投影面积的30 估算 cm2 压实压力 MPa 大规模专业培训 BZ 模具有如图12侧向抽芯时 分胀型力按下式计算 a斜销抽芯b斜滑块抽芯图12计算法向分胀型力参考图 F分 式中F分 分胀型力 KN A芯 侧向活动型芯成型端面的投影面积之和 2 压实压力 MPa a 楔紧块的楔紧角度 tga 大规模专业培训 BZ 三 压铸机各项参数的校核压铸机选定后 为了保证压铸件质量 压铸生产顺利进行 还必须根据压铸机的相关参数 对压铸模具进行校核 保证压铸模具与压铸机匹配 1 压室容量的校核 2 模具厚度与开模行程校核 3 模具安装校核 大规模专业培训 BZ 第二节分型面的创新设计 一 分型面的影响因素受分型面影响的直接因素有 1 压铸件的尺寸精度和外观质量 2 内浇口位置 以及浇注系统和排溢系统的布局 3 压铸模具的结构和模具机械加工难易程度 4 压铸件在模具内的位置 动模和定模各自包含的成型部分 压铸件脱模方式的选择 以及侧抽芯结构 5 压铸模具成型零件的组合及镶拼方法 6 压铸生产时的生产效率 以及压铸件毛坯清理的难易程度和成型部位清理效果 大规模专业培训 BZ 二 分型面的选择原则1 分型面应合理分配压铸件对动模 定模的包紧部分 保证开模后压铸件留在动模 方便压铸件顶出 2 分型面应保证压铸件的尺寸精度要求和外观质量 3 设计分型面应结合金属液流动特点 综合考虑浇注系统和溢流系统的布局 使金属液填充顺畅 模具型腔具有良好的溢流和排气条件 4 分型面设置应简化模具结构 方便模具制造 5 分型面设置应有利于嵌件和活动型芯安装 不合理合理图13保证压铸件留在动模 便于顶出1 动模2 定模3 动模型芯4 定模型芯 不合理合理图14避免尺寸精度受分型面影响1 动模2 定模 大规模专业培训 BZ 图15细长管状类压铸件分型面结构实例 不合理合理图16有分型利于模具制造 不合理合理图17分型简化模具结构1 定模2 侧抽芯3 动模 不合理合理图18分型应使嵌件定位准确可靠1 定模2 嵌件3 动模 大规模专业培训 BZ 第三节浇注系统和排溢系统的创新设计 一 浇注系统和排溢系统设计的主要内容1 根据压铸件的合金种类 外形轮廓大小和质量要求 重量以及在分型面上的投影面积 结合工厂压铸设备情况 确定压铸机的类别 型号及压室直径 2 综合分析压铸件的质量要求 如尺寸 表面质量 内在组织等 和技术要求 如受力状况 气密要求 承压要求等 合理确定金属液充填型腔的位置 方向和流动状态 尽量避免或减少浇注系统转折 防止卷气或压力损失过大 3 结合分型面的选择 根据压铸件的复杂程度 结构特点以及结合机加定位面和加工基准面的要求 确定浇注系统的总体构成 及各主要构成的尺寸 4 一模多腔时 各型腔的填充工艺条件力求一致 以达到各个压铸件同时充填完成和同时凝固 5 根据金属液充填型腔的方向和流动状态分析 确定排溢系统的位置及结构形式 6 根据金属液充填型腔的位置 方向对模具温度的影响以及工艺要求 必要时设置盲浇道 调节模具温度场的分布状况 大规模专业培训 BZ 二 内浇口的创新设计 1 内浇口位置的设计原则内浇口位置设计应根据压铸件结构 壁厚变化 收缩变形 以及模具分型位置等因素综合分析确定 内浇口位置应使金属液充填型腔流程最短 防止金属液在充填过程中热量损失过多而产生冷隔或花纹等压铸缺陷 金属液应首先填充难以排气的深型腔部位 避免先流向分型面而封闭排气槽 影响排气 尽量采用单内浇口设计 避免多分支内浇口 防止多股金属液流入型腔后相互冲击 产生涡流 卷气 夹渣等缺陷 一般结构的压铸件以取较厚的内浇口为主 使金属液充填平稳 以有利于排气和传递静压力 内浇口应尽量布置在机械加工部位 避免在精度和表面粗糙度要求高且不加工的部位布置内浇口 以防止去除浇口后留下痕迹 内浇口的位置应有利于采用冲压切边或其它清理方法的方便性 大规模专业培训 BZ 表20内浇口厚度的经验数据 表21内浇口宽度和长度的经验数据 2 内浇口的截面尺寸内浇口截面尺寸还是主要依靠经验设计 在选取内浇口截面尺寸时应留有一定余地 以便经过试模验证后调整和修正 大规模专业培训 BZ 三 横浇道的创新设计横浇道的结构形式和尺寸取决于内浇口的结构 位置 方向和流入口的宽度 1 横浇道的设计原则 横浇道截面积在任何情况下应大于内浇口截面积 一模多腔时 主横浇道截面积应大于各分支横浇道截面积的总和 横浇道应有一定的厚度和长度 以保证对金属液起到稳流和导向作用 转弯处应采取圆弧过渡 过薄 热量损失大 不利于压力传递和补缩 过厚 增大材料消耗 降低压铸生产效率 为了节约原材料和减少流动阻力 横浇道应尽量短些 横浇道截面积从直浇道末端到内浇口方向 应保持均匀一致或缓慢收敛缩小 不应有突然变化 防止负压吸气或裹气 安装在卧式冷室压铸机上的压铸模 一般情况下横浇道入口应位于直浇道的上方 避免压室中的金属液在压射前流入型腔 大规模专业培训 BZ 2 横浇道的结构形式和尺寸 图19横浇道的结构形式 扇形横浇道 等宽横浇道 T形横浇道 环行横浇道 表22横浇道尺寸的选择 图20横浇道截面形状 大规模专业培训 BZ 3 横浇道与内浇口的连接方式 表23横浇道与内浇口和铸件之间的连接方式 大规模专业培训 BZ 四 直浇道的创新设计直浇道的结构形式与所选压铸机类型有关 一般分为热室压铸模直浇道 立式冷室压铸模直浇道和卧式冷室压铸模直浇道 1 热室压铸模直浇道热室压铸模的直浇道设计要点 浇口套与压铸机喷嘴的对接面必须密合 当采用球面对接时 浇口套的凹形球面半径应略大于喷嘴端部球半径 直浇道入口处的孔径 应大于喷嘴出口孔直径 0 即 0 1 直浇道的单边斜度一般取 2 3 浇口套内孔表面粗糙度不大于R 0 2 一般情况下 喷嘴孔的截面积应为内浇口截面积的1 1 1 2倍 直浇道中心应设置分流锥 以调整直浇道的截面积 改变金属液流向 同时减少金属液的消耗量 一般浇口套与分流锥之间料厚取 2 5 3 5 应在浇口套和分流锥处分别设置冷却系统 以满足高效率生产的需要 图21热室压铸模浇口套结构形式 大规模专业培训 BZ 2 立式冷室压铸模直浇道 立式冷室压铸模的直浇道设计要点 直浇道尺寸与压铸机喷嘴有关 浇口套入口处的直径 应比喷嘴出口的直径大1 2 在分流锥部分料流通道的截面积一般为喷嘴导入口的1 2倍左右 截面处直浇道的外径 2通常可按下式计算 2 式中 压铸机喷嘴导入口直径 1 截面处分流锥的直径 且满足 2 1 2 3 图22立式冷室压铸模直浇道结构形式 直浇道与横浇道连接处要求圆滑过度 其圆角半径一般取R6 R15 以使金属液流动顺畅 大规模专业培训 BZ 3 卧式冷室压铸模直浇道卧式冷室压铸模的直浇道设计要点 根据需要的压实压力 金属液的总容量以及压室的充满度 选择合适的压室直径 直浇道的厚度H一般取直径D的1 3 1 2 为了使浇口余料从浇口套中顺利脱模 靠近分型面一端的内孔 长度在15 25mm范围内要加工出双边4 6 的脱模斜度 浇口套和压室的总长度应小于压铸机压射冲头的跟踪距离 使开模后浇口余料从直浇道中完全推出 当卧式冷室压铸机采用中心浇口时 直浇道的设计与立式冷室压铸机相同 图23卧式冷室压铸模直浇道结构形式1 压室2 浇口套3 分流锥4 料饼 图24常用浇口套的结构形式 大规模专业培训 BZ 五 排溢系统的创新设计1 溢流槽的创新设计 1 溢流槽位置布局的设计原则 设置在金属液最后充填的部位以及型腔温度较低的部位 金属液流入型腔后最先冲击的部位以及内浇口两侧或其它金属液充填不畅的 死角 区域 由于成型零件的阻碍或压铸件结构以及工艺条件等原因 出现几股金属液流交汇的区域时 金属液在相汇处因碰撞而产生涡流 卷气 设置溢流槽可以改善填充条件 提高排气效果 压铸件壁厚不均匀 在局部厚壁的部位很容易产生气孔 疏松等压铸缺陷 多型腔模具在主横浇道的前端设置溢流槽 可稳定金属液的流态 并起容纳杂质和提高排气效果的作用 溢流槽的开设应防止压铸件的变形 或作为压铸件推出顶杆的位置 避免在压铸件表面留下顶杆痕迹 设计溢流槽时应考虑溢流口的位置 尺寸 方便去除 去除后尽量不影响压铸件的外观 图25在金属流终端和型腔温度较低的部位设溢流槽 图26在金属流最先冲击部位和死角区设溢流槽 大规模专业培训 BZ 图27在金属液汇合处设溢流槽图28在型芯附近设溢流槽 图29在局部厚壁部位设溢流槽 图30多型腔模具在主横浇道的前端设溢流槽1 直浇道2 主横浇道3 支横浇道4 推杆5 溢流槽 大规模专业培训 BZ 溢流槽的容积溢流槽的容积可以按照其作用确定 见表24 或者溢流槽的总容积占型腔体积的20 50 相互关系的经验数据见表25 表24按溢流槽作用确定的溢流槽容积经验数据 表25按区域分割 溢流槽容积与相邻型腔区容积的关系经验数据 说明 1 特殊情况下 表中所列的数据应进行调整 2 金属液每流过浇道和型腔250 溢流槽的容积还要在表中所列的数据的基础上追加20 大规模专业培训 BZ 溢流槽的结构形式及尺寸经验数据通常情况下 单个溢流槽的结构形式如图3 46所示 一般图3 46 所示半圆形截面的溢流槽 半圆R取5 10 长度B取内浇口宽度 的1 5 2倍 图3 46 所示梯形截面的溢流槽 宽度A取10 20 长度B取内浇口宽度 的1 5 2倍 深度H取5 10 中E向结构图31单个溢流槽的结构形式 大规模专业培训 BZ 2 溢流口的创新设计 溢流口设计的原则 在一个单独的溢流槽上不应开设几个溢口或一个很宽的溢口 以免金属液产生倒流 全部溢流口截面积的总和应小于内浇口的截面积 应保持约为内浇口截面积的50 70 溢流口与压铸件的连接处如图31所示应设置 0 3 0 5 X45 的过渡倒角 溢流口的厚度 应小于内浇口的厚度 溢流口的设计尺寸经验数据如图31所示常用溢流口的结构形式 其尺寸经验数据见表26 表26溢流口的尺寸经验数据 大规模专业培训 BZ 3 排气槽的创新设计 排气槽的设计原则 排气槽与溢流口错开布置 避免金属液过早地封闭分型面和排气槽 削弱排气功能 排气槽的总截面积一般不小于内浇口总截面积的50 但不得超过与其相连接的溢流口截面积 否则削减排气槽的截面积 当需要增大排气槽截面积时 以增大排气槽的宽度或增加排气槽的数量为宜 不应过分增加排气槽的厚度 以防止金属液的溅出 设计排气槽应留有修正的余地 并结合试模实际情况 补充和调整 排气槽应便于清理 以便保持排气槽的有效畅通 排气可槽与溢流槽连接 但应避免排气槽相互贯通 以免排气干扰受阻 在直对操作区或人员流动的区域 不应设置平直引出的排气槽 以免高温的金属液和气体向外喷溅伤人 大规模专业培训 BZ 排气槽的结构形式 图32常用排气槽的结构形式 图33集中排气块结构形式 推杆间隙排气 型芯间隙排气 型腔内部排气图34其它方式排气结构形式 大规模专业培训 BZ 排气槽的尺寸通常图3 48所示四种结构的排气槽深度尺寸与合金的流动性有关 各种合金的排气槽尺寸经验数据见表27 表27各种合金的排气槽尺寸经验数据 大规模专业培训 BZ 第四节成型零件结构设计技巧 压铸模零件一般包括结构零件和成型零件 压铸模成型零件不仅直接决定压铸件的几何形状和尺寸 而且与金属液直接接触 起着承受高速金属液流的冲刷和高温 高压的作用 所以成型零件的质量决定了压铸件的精度和质量 也决定了压铸模具的寿命 大规模专业培训 BZ 一 成型零件结构设计技巧设计镶拼式结构时 要保证镶块定位准确 紧固 以及压铸生产时的稳定性 镶块要便于加工 具有足够的强度 避免锐角和薄壁 保证压铸件尺寸精度和脱模方便 1 改善工艺性能 便于机械加工 同时满足成型部位的尺寸精度和组合部位的配合精度要求 2 保证镶块和型芯强度 提高相对位置的稳定性 3 设计时应尽可能避免锐角和薄壁 防止型芯和镶块在热处理及压铸生产时产生变形或裂纹 以提高成型零件的使用寿命 4 镶拼间隙方向应尽量与出模方向一致 避免产生横向飞边 影响脱模 5 方便维修和更换 6 避免影响压铸件尺寸和外观 以及飞边去除方便 不合理合理图35便于机械加工 不合理合理图36提高模具强度和稳定性 大规模专业培训 BZ 不合理合理图37避免模具锐角和薄壁 不合理合理图38避免产生横向飞边的镶拼方法 不合理合理图39方便维修和更换的结构方法 大规模专业培训 BZ 二 成型零件尺寸的确定成型零件尺寸包含成型零件的结构尺寸和成型尺寸 成型零件的结构尺寸成型零件的结构尺寸主要起定位 固定 保证成型零件必要强度的作用 主要包括镶块和型芯的结构尺寸等 因此 设计成型零件的结构尺寸时 必须保证一定的强度和刚度 大规模专业培训 BZ 成型零件的成型尺寸1 零件成型尺寸的影响因素成型零件的成型尺寸是压铸件尺寸的保证 计算成型零件的成型尺寸 应综合分析和考虑影响压铸件尺寸的因素 影响压铸件尺寸的主要因素见表28 表28影响压铸件尺寸的主要因素 大规模专业培训 BZ 在模具设计过程中 成型零件的成型尺寸计算主要考虑压铸件尺寸公差 模具结构和模具制造偏差 压铸件收缩率等对成型尺寸的影响 压铸件收缩率的影响压铸过程中 合金的凝固收缩是影响压铸件尺寸精度的主要因素 压铸件的收缩率应根据铸件结构特点 阻碍收缩的条件 收缩方向 铸件壁厚 合金成分以及有关工艺因素等综合确定 各类合金压铸件综合收缩率可参考表29选取 表29各类合金压铸件综合收缩率 注 表中数据系指模具温度 浇注温度等工艺参数为正常时的收缩率 在收缩条件特殊的情况下 可按表中数据适当增减 大规模专业培训 BZ 模具制造公差的影响模具制造公差是成型部分在进行机械加工和装配过程中允许的误差 制造公差小 模具制造困难 成本增加 过大 为了保证压铸件公差 则对压铸工艺的稳定性要求高 压铸生产困难 通常情况下 模具制造公差 取压铸件公差 的1 4 1 5 压铸件公差大时取1 5 压铸件公差小时取1 4 但一般不高于GB1800 2 2009中的IT9级精度 在制造条件允许的情况下 对一些特殊要求尺寸可以选取IT8或IT7级精度 成型零件磨损的影响由于成型零件承受着高温金属液的冲击和摩擦 以及压铸件脱模的摩擦 成型零件成型部分会产生磨损 成型零件的磨损受合金种类 模具材料 成型部分表面状态 模具使用寿命及压铸件结构等因素影响 其引起的压铸件尺寸偏差即磨损量 一般取压铸件公差 的1 6 通常情况下 成型零件磨损只考虑与脱模方向平行的部位 模具结构的影响同一个压铸件 分型面选取不同 压铸件在模具中的位置就不同 压铸件上同一部位的尺寸精度就会产生差异 以及选用活动型芯还是固定型芯 抽芯部位及滑动部位的形式与配合精度对压铸件在这些部位的尺寸精度也都有影响 大规模专业培训 BZ 2 成型零件的成型尺寸计算成型尺寸主要包括 型腔尺寸 包括型腔径向尺寸和深度尺寸 型芯尺寸 包括型芯径向尺寸和高度尺寸 成型部分的中心距和位置尺寸 螺纹型芯尺寸和螺纹型环尺寸等五类 成型零件的成型尺寸计算原则 型腔在加工时及磨损后 尺寸趋势增大 因此 计算型腔尺寸时 应保持压铸件外形尺寸接近于最小极限尺寸 型芯在加工时及磨损后 尺寸趋势减小 因此 在计算型芯尺寸时 应保持压铸件内形尺寸接近于最大极限尺寸 两个型芯或型腔之间的中心距离和位置尺寸与磨损量无关 应保持压铸件中心距和位置尺寸双向等值正 负偏差 受模具的分型面和滑动部分 如抽芯机构等 影响的尺寸应适当修正 螺纹型环和螺纹型芯尺寸的计算 为保证铸件的外螺纹内径与内螺纹小径旋合后有间隙 在计算螺纹型环的螺纹小径时 应考虑最小配合间隙最小 一般最小配合间隙的最小值为0 02 0 04螺距 有脱模斜度的各类成型尺寸 应保证与铸件图上所规定尺寸的大小端部位一致 当铸件图上未明确规定尺寸的大小端部位时 应按照铸件的尺寸是否留有加工余量来确定基准 一般铸件的尺寸公差不包括因出模斜度而造成的尺寸误差 对因装配精度要求出模斜度在铸件公差范围内的尺寸 大规模专业培训 BZ 受分型面影响的尺寸 受滑块部分影响的尺寸图40受分型面和滑块部分影响的尺寸示意图 无加工余量的铸件 两面留有加工余量的铸件c 单面留有加工余量的铸件图41有出模斜度的各类成型尺寸的计算及测量基准A 铸件内形尺寸B 铸件外形尺寸 铸件内孔深度H 铸件外形高度a 外表面脱模斜度 内表面脱模斜度 加工余量 大规模专业培训 BZ 各类成型零件的成型尺寸计算 大规模专业培训 BZ 大规模专业培训 BZ 大规模专业培训 BZ 大规模专业培训 BZ 续螺纹型芯尺寸的计算 大规模专业培训 BZ 大规模专业培训 BZ 第五节压铸模具加热与冷却系统的设计 压铸成型是在高速 高压和高温下 将熔融金属液充填入模具型腔 冷却固化成型的工艺方法 金属液的冷却固化是由模具温度与金属液温度的温差来实现的 模具温度越低 与金属液温度的温差越大 金属液冷却固化成型的时间越短 但模具温度过低 虽然会缩短冷却固化成型时间 却会影响金属液充填型腔时的流动性 使压铸件的内应力增大而产生变形 并可能产生冷隔 欠铸等压铸缺陷 影响压铸件质量 同时 模具温度过高 虽然能提高压铸件表面质量 但会引起压铸件内部组织晶粒粗大 降低压铸件机械强度 以及延长了冷却固化成型时间 降低了生产效率 因此 在压铸过程中压铸模具应保持在一定的温度范围内 大规模专业培训 BZ 一 压铸模具的加热系统加热系统主要用于预热模具 压铸模具常用的加热方法主要有 1 煤气 天然气加热 2 电加热 3 低熔点合金加热 4 模具温度控制装置 表30压铸模具的预热温度 一般压铸模具的预热温度见表42 大规模专业培训 BZ 二 压铸模具冷却系统合理地设计冷却系统对提高压铸生产率 改善压铸件质量及延长模具使用寿命是十分重要的 压铸过程中 金属液在压铸模中凝固并冷却到顶出温度 金属液释放的热量被模具吸收 同时模具通过辐射 导热和对流 将部分热量传出 在模具分型面上喷涂的脱模剂挥发时也带走部分热量 1 水冷的特点 模具内增设冷却水通道 增加了模具的复杂程度 增加了制造工作量 控制方便 冷却速度快 效率高 成本低 需要控制冷却水温度 一般通过测定冷却水通道进口和出口的温度以及模具型腔或型芯的表面温度来控制冷却水的流量 从而调节冷却效率 以达到压铸生产工艺的要求 要防止冷却水通道内沉积沉淀物 影响冷却效果 大规模专业培训 BZ 2 冷却水通道的设计要点在设计冷却系统时 应对压铸件型腔 型芯的大小 复杂程度 推杆的位置 浇注系统的位置等进行综合考虑 确定冷却水道的直径大小 水道壁与型腔表面的距离以及密封措施和进水口方位 以达到预期的效果 其设计要点为 冷却水道应布置在型腔内温度最高 热量比较集中的区域 冷却水道至型腔表面的距离应尽量相等 水道壁离型腔表面距离 一般锌合金取15 20mm 铝合金和镁合金取20 30mm 冷却水道孔的直径一般取5 14mm 根据压铸件大小和壁厚 模具结构确定 模具镶拼结构上有冷却水通道通过时 要求采取密封措施 防止泄漏 水管接头应尽可能设置在模具的下方或操作者的对面一侧 方便操作和预防漏水 大规模专业培训 BZ 3 冷却系统的布置形式对于不同形状压铸件的模具型腔和型芯冷却水道的位置与形状是不一样的 同时还应考虑浇口套与分流锥处的冷却 图42浅型腔压铸件模具的冷却水道 abc图43中等深度型腔或大型深型腔的冷却形式 图44大型深型腔的螺旋式冷却 图45型芯冷却常用的结构形式 大规模专业培训 BZ 图46深型腔型芯螺旋式冷却图47细长型芯的冷却 图48多型腔镶件压铸模冷却图49浇口套和分流锥的冷却图50浇口套的螺旋冷却 大规模专业培训 BZ 第六节常用侧抽芯机构的创新设计 常用侧抽芯机构有机械抽芯 液压抽芯 手动抽芯三种 目前应用最广的是机械抽芯机构 侧抽芯机构结构要素分为以下几类 成型零件 如侧型芯 侧型块 运动元件 如滑块 斜滑块 传动元件 如斜导柱 齿轮齿条 液压抽芯器等 锁紧元件 如楔紧块 楔紧锥等 限位元件 如限位块 限位钉等 图51斜导柱抽芯机构的结构要素1 定模套板2 楔紧块3 斜导柱4 滑块5 螺母6 垫圈7 弹簧8 限位块9 螺栓10 侧型芯11 动模套板12 销 大规模专业培训 BZ 一 抽芯机构的设计要点 侧滑块在插入成型区域后 应有可靠的支承面和定位面 以保证侧型芯准确地回复到成型位置 侧型芯与滑块一般采用镶接的形式 以便于加工 但镶接处应牢固可靠 侧抽芯时应防止因抽芯力而引起的压铸件移位或变形 采用机械抽芯机构时 由于依靠开模力完成抽芯动作 为简化模具结构 应尽可能避免定模抽芯 完成抽芯后 滑块留在导滑槽内的长度不得小于滑块长度的三分之二 以免滑块发生倾斜造成事故 侧型芯的成型投影面积较大时 滑块受到的反压力也较大 应保证滑块楔紧装置的可靠性及楔紧零件的刚性 避免压铸过程中滑块位移 设计抽芯机构时 还应考虑压铸机的性能和技术规范 利用开模力和开模行程作机械抽芯时 应考虑压铸机的开模力和开模行程的大小能否抽出侧型芯 利用液压抽芯或手动抽芯时 应规范控制操作程序或设置安全装置 大规模专业培训 BZ 二 抽芯机构的主要参数设计计算抽芯机构的主要参数包括抽芯力和抽芯距离 1 抽芯力的计算抽芯力分为初始抽芯力和相继抽芯力两种 依据力平衡原理进行估算 F F cos sin ALP cos sin 式中F 初始抽芯力 N F 金属液冷凝收缩后对型芯的包紧力 N 压铸件对型芯的摩擦系数 一般取0 2 0 25 A 被压铸件包紧的型芯成型部分截面周长 L 被压铸件包紧的型芯成型部分长度 P 单位面积压铸件对型芯的包紧应力 KM 一般铝合金取10 12KM 锌合金取6 8KM 铜合金取12 126KM 侧型芯成型部位的脱模斜度 图52侧型芯抽芯力分析 大规模专业培训 BZ 2 抽芯距离的计算抽芯后侧型芯应从成型位置完全脱离压铸件的成型区域 并保证压铸件能顺利推出型腔 通常抽芯距离的计算如下 S抽 S移 K式中S抽 抽芯距离 S移 滑块型芯从成型位置完全脱离压铸件成型区域所移动的距离 K 安全值 推荐抽芯距离的安全值见表31 表31推荐抽芯距离的安全值 大规模专业培训 BZ 图52典型抽芯距离的计算示例 大规模专业培训 BZ 二 斜导柱抽芯机构创新设计斜导柱抽芯机构设计包括斜导柱 侧型芯与滑块 楔紧块及限位机构的设计 1 斜导柱抽芯机构的设计要点 侧滑块在导滑槽内应有适宜的配合精度 运动自如 并且在压铸生产温度状态下 仍保持灵活状态 不出现卡滞现象 当模板不能满足滑块完成抽芯动作后留在导滑槽内的长度大于滑块长度的2 3时 可以采用延长导滑槽长度的方法 当采用定模抽芯时 应采用顺序分型机构 在主分型面分型前先抽出侧型芯 保证压铸件能可靠地留在动模型芯上 当推出机构在复位前与侧型芯发生干涉现象时 应增设推出系统的预复位机构 一般情况下 一个侧滑座只设一个斜导柱 并设在抽拔力的合力中心处 滑块分型面上斜孔的位置 应处于滑块的中心线上而且斜导柱孔的中心线的投影线应与滑块抽芯方向的轴线相重合 大规模专业培训 BZ 2 斜导柱的设计斜导柱又称斜销或斜拉杆 在抽芯机构中带动滑块侧向抽芯 是斜导柱抽芯机构的重要零件 设计斜导柱主要包括斜导柱的结构形式 安装形式 斜导柱的工作直径 斜导柱斜角的选择 斜导柱长度的确定以及斜导柱的加工精度 选用材质及其热处理等 斜销的基本结构和安装形式 53斜销的基本结构和安装形式 大规模专业培训 BZ 斜销斜角的选择斜销斜角 是决定斜销侧抽芯机构工作效果的重要参数 它直接影响着斜销所承受的弯曲应力 有效工作直径和长度以及完成侧抽芯动作所需要的有效开模距离 如图54所示 斜销在工作状态下 斜角 与其它参数的关系为 F F cos L2 S sin L S tan 式中F 斜销在侧抽芯时所承受的弯曲力 N F 抽芯力 N L2 斜销的工作长度 L 斜销完成侧抽芯动作的有效开模行程 S 抽芯距离 斜销斜角 图54工作状态下 斜销受力分析及参数相互关系 大规模专业培训 BZ 斜销工作直径的确定斜销工作直径D1的大小取决于它所承受弯曲力的大小 估算斜销工作直径D1 D1 式中D1 斜销工作直径 cm 滑块端面至受力点的垂直距离 cm 斜销的总长度斜销的总长度计算如图55所示 包括安装固定段L1 有效工作段L2和引导段L3 图55斜销的总长度计算 大规模专业培训 BZ 3 滑块的设计 滑块与侧型芯或侧型块的连接形式如图56所示 图56滑块与侧型芯或侧型块的连接形式 滑块的导滑形式滑块在抽芯和复位过程中 是在导滑槽内完成的 导滑槽一般采用T形结构 将导滑槽开设在模板上 滑块的结构形式有整体式和镶嵌式两种 一般多采用镶嵌式结构 图58滑块或导滑槽由镶拼的组合形式 图57整体式导滑结构形式 大规模专业培训 BZ 滑块的技术要求为使在抽芯和复位过程中 滑块在导滑槽中可靠稳定地运动 如图59所示 对滑块的相关技术参数要求见表32 图59滑块的相关技术参数图例 大规模专业培训 BZ 表32滑块各项技术要求的设计数值 大规模专业培训 BZ 4 滑块的楔紧装置为保证楔紧块对滑块楔紧的稳定性 楔紧角应相互配合良好 保证有70 的接触面 常用楔紧块的结构和安装形式如图60所示 图60常用楔紧块的结构和安装形式 大规模专业培训 BZ 5 滑块的定位装置 图61侧抽芯方向向上的定位装置 1 拉杆2 弹簧3 挡块4 滑块图62侧抽芯方向向下的定位装置 图63沿水平方向侧抽芯的定位装置 大规模专业培训 第七节推出机构创新设计 图64推出机构的结构要素1 复位杆2 限位钉3 推杆4 推管5 型芯6 推杆固定板7 推板8 推板导柱9 推板导套 一 推出机构的结构要素与设计原则1 推出机构的结构要素 推出元件 如图中的推杆3和推管4 复位元件 如图中复位杆1 导向元件 如图中的推板导柱8 推板导套9 限位元件 如图中限位钉2 结构元件 图中推杆固定板6 推板7以及其它辅助零件和螺栓等连接件 BZ 大规模专业培训 2 推出机构的设计原则推出机构设计是否合理 对压铸件质量有直接影响 因此 设计推出机构时先要对推出力 推出部位进行分析 推出部位的选择 图65型芯周围及分流锥头部设置推杆 图66脱模斜度小且型腔较深处设推出元件 图67压铸件凸台或筋处设推出元件 BZ 图68推杆位置的设置应保证模具强度 大规模专业培训 推出距离的确定通常情况下 推出距离根据动模上高出分型面的成型部分高度来决定 如图68所示 H 20 时 S H KH 20 时 1 3H S H式中S 直线推出距离 当出模斜度小或成型长度较大时 S 取大值 H 滞留压铸件的最大成型长度 当凸出分型面的成型部分为阶梯形时 H值以各阶梯中最长的形状计算 K 安全系数 一般取K 3 5 图69推出距离的计算 BZ 大规模专业培训 二 典型推出机构设计技巧 BZ 1 典型推杆的结构设计 图70典型推杆推出端截面形状 图71推杆推出端端面形状 大规模专业培训 图72推杆的止转形式 图73推杆的固定及相关配合尺寸和精度 BZ 大规模专业培训 表33推杆的配合精度和相关尺寸 BZ 大规模专业培训 推管的相关尺寸和配合形式如图74所示 其配合精度和相关尺寸参数见表34 图74推管的相关尺寸和配合形式 BZ 2 推管推出机构 大规模专业培训 表34推管推出机构的配合精度及相关尺寸参数 mm BZ 大规模专业培训 3 推叉推出机构设计推叉推出机构是推管推出机构的派生形式 其结构形式和组成与推管机构相同 只是推出部分截面形状采用瓣合式 如图75所示 其结构特点为 推叉由推管分割而成 损坏后方便单独更换 节省材料 推叉在受热时 其尺寸变化较小 能维持正常的配合间隙 保证推出顺畅 当叉数超过三片以上时 可采用组合推叉 用如图76所示固定板固定 图75推叉的结构形式图76推叉固定板 BZ 大规模专业培训 三 推出机构的复位和预复位 1 推出机构的复位通常复位动作是依靠复位杆来实现的 并用挡钉作最后定位 使推出机构在合模状态下处于准确可靠的位置 图77复位机构的结构形式 1 动模座板2 限位钉3 推板4 推杆固定板5 推板导套6 推板导柱7 推杆8 复位杆9 型芯10 动模板11 定模镶件12 定模板 BZ 大规模专业培训 2 推出机构的限位推出机构复位后需要依靠限位零件的限位 使其处于准确可靠的位置 常用的限位零件结构形式如图78所示 图78常用的限位零件结构形式 BZ 大规模专业培训 四 推出机构的导向为了保证推出元件平稳地作往复运动 通常设置引导推板运动的推板导柱导向 推板导柱一般与推板导套配合使用 推板重量轻的小型模具有时采用复位杆兼作推板导柱导向 如图79所示 在大中型模具上常常设计推板导柱起导向和支承作用 如图80所示 导柱两端分别装在动模垫板和动模座板上 使模具后部组成一个框架结构 刚度好 推板导柱还兼起支撑作用 动模垫板刚度也有所提高 图79复位杆兼作推板导柱导向 图