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铝合金 螺帽 压铸 结构设计 铝合金螺帽 课程 毕业设计 压铸模

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铝合金螺帽的压铸模结构设计【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下：

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铝合金螺帽的压铸模结构设计摘要：压铸是一种近终形的成形方法，具有生产效率高、尺寸精度高等特点，在制造业，尤其是规模化产业获得了广泛的应用和迅速的发展。压铸件，尤其是镁、铝、锌合金压铸件，在汽车、通讯等领域获得了广泛的应用。本设计主要进行了铝合金螺帽压铸模的设计。首先，对制件进行了工艺性分析，根据制件有长宽比例相差悬殊的特点，采用了侧浇道。其次，根据锁模力的计算，选择了 DAM1113G 型卧式压铸机；为了便于破损零部件的更换，采用镶拼式结构，对成型零部件进行了详细的设计计算；模具采用导柱、导套实现导向，采用推杆推出制件。最后，对压铸机及模具的强度进行了校核，且借助AutoCAD 和 UG、PRO/E 三维设计软件绘制了模具的装配图和实体图。关键词：压铸；模具；UG；CADStructure design of die casting die for aluminum alloy nutAbstract：Die casting is a near net shape forming process, high production efficiency, size precision higher characteristic, in the manufacturing industry, especially the large-scale industry obtained the widespread application and rapid development. Die casting, especially of magnesium, aluminum, zinc alloy die castings, obtained the widespread application in the automotive, communications and other fields. The design for the main design of aluminum alloy die-casting. First of all, on the part of the analysis of the process, according to the ratio of length to width products have different characteristics, the side gate. Secondly, according to the clamping force calculation, select DAM1113G type horizontal die casting machine; in order to replace the damaged parts is, the composite structure of molding parts, detail design calculation; mould adopts the guide pillar, the guide sleeve implementation guide, by putting introduction part. Finally, the die casting machine and mold strength is checked, and with the help of AutoCAD and UG, the 3D design software PRO/E to draw the mold assembly drawing and entity graph.Keywords: Die Casting; mold; UG; CAD目录1 绪论 .11.1 课题意义 .11.1.1 压力铸造的特点 .11.1.2 压铸模具设计的意义 .11.2 压铸发展历史、现状及趋势 .21.2.1 压铸的发展历史 .21.2.2 我国压铸产业的发展 .21.2.3 压铸产业的发展趋势 .31.3 毕业设计内容 .42 压铸模具的整体设计 .62.1 铸件工艺性分析 .62.1.1 铸件立体图及工程图 .62.1.2 铸件分型面确定 .62.1.3 浇注位置的确定 .72.2 压铸成型过程及压铸机选用 .72.2.1 卧式冷室压铸机结构 .72.2.2 压铸成型过程 .82.2.3 压铸机型号的选用及其主要参数 .92.3 浇注系统设计 .92.3.1 带浇注系统铸件立体图 .92.3.2 内浇口设计 .102.3.3 浇道设计 .102.3.4 直浇道设计 .112.3.5 排溢系统设计 .112.4 压铸模具的总体结构设计 .123 成型零件及模具结构设计 .163.1 成型零件设计概述 .163.2 浇注系统成型零件设计 .173.3 铸件成型零件设计 .193.3.1 成型收缩率 .193.3.2 脱模斜度 .193.3.3 压铸件的加工余量 .203.3.4 铸件成型尺寸的计算 .203.4 脱模机构的设计 .213.4.1 脱模机构的选择 .213.4.2 司筒推出机构设计 .213.5 导向与定位机构设计 .223.6 排气及引气系统的设计 .233.7 模温调节系统的设计 .234 模具结构总图 .25总结 .26致 谢 .27第 0 页1 绪论1.1课题意义1.1.1 压力铸造的特点高压力和高速度是压铸中熔融合金充填成型过程的两大特点。压铸中常用的压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，有时甚至高达500MPa 。其充填速度一般在0.5120m/s 范围内，它的充填时间很短，一般为0.010.2s，最短的仅为千分之几秒。因此，利用这种方法生产的产品有着其独特的优点。可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件。其压铸出的最小壁厚：锌合金为0.3mm；铝合金为0.5mm。铸出孔最小直径为0.7mm。铸出螺纹最小螺距0.75mm。对于形状复杂，难以或不能用切削加工制造的零件，即使产量小，通常也采用压铸生产，尤其当采用其他铸造方法或其他金属成型工艺难以制造时，采用压铸生产最为适宜。铸件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。铸件的尺寸精度为IT12IT11 面粗糙度一般为3.20.8m，最低可达0.4m。因此，个别压铸件可以不经过机械加工或仅是个别部位加工即可使用1 。压铸的主要优点是：(1)铸件的强度和表面硬度较高。由于压铸模的激冷作用，又在压力下结晶，因此，压铸件表面层晶粒极细，组织致密，所以表面层的硬度和强度都比较高。压铸件的抗拉强度一般比砂型铸件高25%30%，但收缩率较低。(2)生产率较高。压力铸造的生产周期短,一次操作的循环时间约5 s 3 min ,这种方法适于大批量生产。虽然压铸生产的优势十分突出，但是，它也有一些明显的缺点：(1)压铸件表层常存在气孔。这是由于液态合金的充型速度极快，型腔中的气体很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中。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。这是由于加热温度高时，气孔内的气体膨胀，导致压铸件表面鼓包，影响质量与外观。同样，也不希望进行机械加工，以免铸件表面显露气孔。(2)压铸的合金类别和牌号有所限制。目前只适用于锌、铝、镁、铜等合金的压铸。而对于钢铁材料，由于其熔点高，压铸模具使用寿命短，故钢铁材料的压铸很难适用于实际生产。至于某一种合金类别，由于压铸时的激冷产生剧烈收缩，因此也仅限于几种牌号的压铸。(3)压铸的生产准备费用较高。由于压铸机成本高，压铸模加工周期长、成本高，因此压铸工艺只适用于大批量生产 2。1.1.2压铸模具设计的意义第 1 页模具是压铸件生产的主要工具，因此在设计模具时应尽量注意使模具总体结构及模具零件结构合理，安全可靠，便于制造生产，压铸模浇排系统需合理设计。模具的加工、装配要到位，配合需适当，压铸模具的优化也是一个重要方面。压铸模具的优良程度很大程度上取决浇注系统以及排溢系统的设计。压铸生产中，因为模具浇道形状、浇口与排溢口位置及压铸力等控制参数选择不合理导致压铸件缩孔、冷隔或者气孔等缺陷的情况常有出现。而对浇道和排溢口的形状、大小、位置以及压铸机压射工艺参数经过优化后可以大大减少这些缺陷3。综上所述，压铸模具的合理设计对于生产出高质量的铸件具有重要意义。1.2压铸发展历史、现状及趋势1.2.1压铸的发展历史压铸始于19世纪，其最初被用于压铸铅字。早在1822年，威廉姆乔奇（Willam Church）博士曾制造一台日产1.22万铅字的铸造机，已显示出这种工艺方法的生产潜力。1849年斯图吉斯（J. J. Sturgiss）设计并制造成第一台手动活塞式热室压铸机，并在美国获得了专利权。1885年默根瑟（Mersen-thaler）研究了以前的专利，发明了印字压铸机，开始只用于生产低熔点的铅、锡合金铸字，到19世纪60年代用于锌合金压铸零件生产。压铸广泛应用于工业生产还只是上世纪初，用于现金出纳机、留声机和自行车的产品生产。1904年英国的法兰克林（H. H. Franklin）公司开始用压铸方法生产汽车的连杆轴承，开创了压铸零件在汽车工业中应用的先例。1905年多勒（H. H. Doehler ）研制成功用于工业生产的压铸机、压铸锌、锡、铜合金铸件。随后瓦格纳（Wagner）设计了鹅颈式气压压铸机，用于生产铝合金铸件。这种压铸机是利用压缩空气推送铝合金经过一个鹅颈式通道压入模具内，但由于密封、鹅颈通道的粘咬等问题, 这种机器没有得到推广应用。但这种设计是生产铝合金铸件的第一次尝试。20世纪20年代美国的Kipp公司制造出机械化的热室压铸机，但铝合金液有浸蚀压铸机上钢铁零部件的倾向，铝合金在热室压铸机上生产受到限制。1927年捷克工程师约瑟夫波拉克（Jesef Pfolak ）设计了冷压室压铸机，由于贮存熔融合金的坩锅与压射室分离，可显著地提高压射力，使之更适合工业生产的要求，克服了气压热压室压铸机的不足之处，从而使压铸技术向前迈出重要一步 3。20世纪50年代大型压铸机诞生，为压铸业开拓了许多新的领域。随着压铸机、压铸工艺、压铸型及润滑剂的发展，压铸合金也从铅合金发展到锌、铝、镁和铜合金，最后发展到铁合金，随着压铸合金熔点的不断增高而使压铸件应用范围也不断扩大 4。1.2.2我国压铸产业的发展我国压铸工业在近半个世纪的发展中有了长足的进步。作为一个新兴产业，其每年都以8%12%的良好势头快速发展。目前，我国拥有压铸厂点及相关企业2600余家，压铸机近第 2 页万台，年产压铸件50余万吨。其中铝压铸件占67.0%、锌压铸件31.2%、铜压铸件1.0%、镁压铸件0.8% 。我国的压铸厂点及相关企业中，压铸厂点2000余家，占企业总数的80%以上，压铸机及辅助设备企业、模具企业、原辅材料企业近398家，占13.7%，科研、大专院校、学会等其他单位合计112个，占总数的3.8% 5。压铸机生产方面，我国约有压铸机生产企业20多个，年生产能力超过1000台，压铸机的供应能力很强。其中的中小型压铸机的质量较好，大型压铸机、实时控制的高性能的压铸机仍需进口，2000吨以上的压铸机正在研制中 5。种种情况表明，中国的压铸产业已经相当庞大。但是，与压铸强国相比，中国的压铸业还有着较大的差距。中国压铸企业的规模较小，企业素质不高，技术水平落后，生产效率较低。虽然与美国、日本等压铸先进国家相比，我国压铸件的生产占有一定的数量优势，但我国压铸企业以小型工厂为主，因此在管理水平和工作效率上，较之有很大的差距。另外，虽然我国生产的中小型压铸机质量较好，但大型压铸机、实时控制的高性能的压铸机仍需进口，每年进口压铸机100台以上 6。由此可见，我国不能算作压铸强国，只能是压铸大国。近年来，由于中国工业的迅速发展，压铸产业已经逐渐向很多市场迈进。以中国的轿车工业压铸市场为支柱，中国的压铸业已经向摩托车行业、农用车行业、基础设施建设市场、玩具市场、家电产业等多个方向快速拓展，其势头方兴未艾 7。1.2.3压铸产业的发展趋势由于整个压铸过程都是在压铸机上完成，因此，随着对压铸件的质量、产量和扩大应用的需求，开始对压铸设备提出新的更高的要求，传统压铸机已经不能满足这些要求，因此，新型压铸机以及新工艺、新技术应运而生。例如，为了消除压铸件内部的气孔、缩孔、缩松，改善铸件的质量，出现了双冲头（或称精、速、密）压铸；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；为了提高压射速度和实现瞬时增加压射力以便对熔融合金进行有效地增压，以提高铸件的致密度，而发展了三级压射系统的压铸机。又如，在压铸生产过程中，除装备自动浇注、自动取件及自动润滑机构外，还安装成套测试仪器，对压铸过程中各工艺参数进行检测和控制。它们是压射力、压射速度的显示监控装置和合型力自动控制装置以及电子计算机的应用等 8。以下介绍的便是压铸行业中出现的新工艺技术。(1)真空压铸真空压铸是利用辅助设备将压铸型腔内的空气抽除且形成真空状态，并在真空状态下将金属液压铸成形的方法。其真空度通常在380600毫米汞柱的范围内，可以通过机械泵获得。而对于薄壁与复杂的铸件，真空度应该更高。由于型腔抽气技术的圆满解决，真空压铸在20第 3 页世纪50年代曾盛行一时，但后来应用不多。目前，真空压铸只用于生产要求耐压、机械强度高或要求热处理的高质量零件，其今后的发展趋向是解决厚壁铸件和消除热节部位的缩孔，从而更有效地应用于可热处理和可焊接的零件。真空压铸的特点是：显著减少了铸件中的气孔，增大了铸件的致密度，提高了铸件的力学性能，并使其可以进行热处理。消除了气孔造成的表面缺陷，改善了铸件的表面质量。可减小浇注系统和排气系统尺寸。由于现代压铸机可以在几分之一秒内抽成需要的真空度，并且随着铸型中反压力的减小，增大了铸件的结晶速度，缩短了铸件在铸型中的停留时间。因此，采用真空压铸法可提高生产率10%20%.采用真空压铸时，镁合金减少了形成裂纹的可能性（裂纹时镁合金压铸时很难克服的缺陷之一，经常发生在型腔通气困难的部位） ，提高了它的力学性能，特别是可塑性。（2）充氧压铸国外在分析铝合金压铸件的气泡时发现，其中气体体积分数的90%为氮气，而空气中的氮气体积分数应为80%，氧气的体积分数为20%。这说明气泡中部分氧气与铝液发生了氧化反应。因此出现了充氧压铸的新工艺 9。充氧压铸是消除铝合金压铸件气孔，提高铸件质量的一个有效途径。所谓充氧压铸是在铝液充填型腔，用氧气充填压室和型腔，以置换其中的空气和其他气体，当铝金属液充填时，一方面通过排气槽排出氧气，另一方面喷散的铝液与没有排除的氧气发生化学反应而产生三氧化二铝质点，分散在压铸件内部，从而消除不加氧时铸件内部形成的气孔。这种三氧化二铝质点颗粒细小，约在1m以下，其重量占铸件总重量的0.1%0.2%,不影响力学性能，并可使铸件进行热处理 10。（3）精速密压铸精速密压铸是一种精确地、快速的和密实的压铸方法，又称套筒双冲头压铸法。国外在20世纪60年代中期开始在压铸生产中应用这一方法。精密速压铸法在很大程度上消除了气孔和缩松这两种压铸件的基本缺陷，从而提高了压铸件的使用性能，扩大了压铸件的应用范围。（4）半固态压铸半固态压铸是当金属液在凝固时，进行强烈的搅拌，并在一定的冷却速率下获得50%左右甚至更高的固体组分浆料，并将这种浆料进行压铸的方法。半固态压铸的出现，为解决钢铁材料压铸模寿命低的问题提供了一个方法，而且对提高铸件质量、改善压铸机鸭舌系统的工作条件，都有一定的作用，所以是用途的一种新工艺 11。第 4 页1.3毕业设计内容本课题设计内容是铝合金螺帽压铸模具设计，主要包括浇注系统和排溢系统，成形零件，推出机构以及模体结构等，其设计步骤如下：（1）设计压铸模具总体结构；（2）设计浇注系统；（3）设计成型零件系统；（4）设计模体、顶出及复位机构。主要设计方法为：运用UG绘制整个模具的装配图、立体图和具体的零件图、立体图。然后对整个模具的工作过程进行模拟以保证其动作过程灵活。第 5 页2 压铸模具的整体设计2.1 铸件工艺性分析2.1.1 铸件立体图及工程图所用零件为螺帽，材料铝合金，铸造精度CT5，铸件压铸成型后再在中心圆孔处进行攻牙，其立体图如图2-1，工程图如图2-2。图 2-1 铸件立体图图 2-2 铸件工程图2.1.2 铸件分型面确定压铸模的定模与动模表面通常称为分型面，分型面是由压铸件的分型线决定的。而模具上垂直于锁模力方向上的接合面，即为基本分型面。此铝合金螺帽的分型面选择方案如图2-3所示。第 6 页图 2-3 铸件分型面选择2.1.3 浇注位置的确定铸件中心有型芯，所以不宜采用中心浇注，因此采用底端浇注，浇注位置选在铸件的侧面。2.2 压铸成型过程及压铸机选用2.2.1 卧式冷室压铸机结构卧式冷室压铸机基本组成如图2-4所示。图 2-4 卧式冷室压铸机1增压器；2蓄能器；3压射缸；4压射冲头；5压室；6定座板；7拉杆；8动座板；9顶出缸；10曲肘机构；11支承座板；12模具高度；13合模缸；14机体；15控制柜；16电机及泵第 7 页此类压铸机的基本结构分为5部分：(1)压射机构 主要作用是在高压力下将熔融的金属液压入型腔的压射机构。压射压力、压射速度等主要工艺参数都是通过它来控制的，其中包括压室、压射冲头、压射缸、增压器和蓄能器。(2)合模机构 其作用是实现压铸模的开启和闭合动作，并在压射成型过程中具有足够而可靠的锁模力，以防止在高压压射时，模具被推开或发生偏移。(3)顶出机构 在压铸件冷却固化成型并开启模具后，顶出缸驱动压铸模的推出机构，将成型压铸件及浇注余料从模具中顶出，并脱出模体，其中包括顶出缸和顶杆。(4)传动系统 通过液压传动或机械传动完成压铸过程中所需要的各种动作。包括电机、各种液压泵及机械传动装置。(5)控制系统 控制系统控制柜指令液压系统和机械系统的传动元件，按压铸机压射过程预定的工艺路线和运行程序动作，将液压动作和机械动作有机的结合起来，完成准确可靠、协调安全的运行规则 12。2.2.2 压铸成型过程卧式冷室压铸机的压住成型过程主要分为4个步骤，如图2-4所示。(a)合模过程 (b)压射过程(c)开模过程 (d)铸件推出过程图 2-5 压铸成型过程(a)合模过程 压铸模闭合后，压射冲头1复位至压室2的端口处，将足量的液态金属3注入压室2内。第 8 页(b)压射过程 压射冲头1在压射缸中压射活塞高压作用下，推动液态金属3通过压铸模4的横浇道6、内浇口5进入压铸模的型腔。金属液充满型腔后，压射冲头1仍然作用在浇注系统，使液态金属在高压状态下冷却、结晶、固化成型。(c)开模过程 压铸成型后，开启模具，使压铸件脱离型腔，同时压射冲头1将浇注余料顶出压室。(d)推出铸件过程 在压铸机顶出机构作用下，将压铸件及其浇注余料顶出，并脱离模体，压射冲头同时复位 13。2.2.3压铸机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78mm 2,压铸件的重量为1.28g,铝合金一般件的推荐压射比压为1320MPa，动模板最小行程为 108mm,采用常用的卧式冷室压铸机，其型号为J1163E。压铸机主要参数如下：压射力为368600kN；压室直径为 70100mm ；最大浇注量（铝）为9kg；浇注投影面积为4031649；动模板行程为600mm；拉缸内空间水平 垂直为750mm 750mm。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。它能调节充填速度、充填时间、型腔温度，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 14。2.3.1 带浇注系统铸件立体图铸件立体图如图 2-6 所示，溢流槽设于浇口对面，用于有序的排除型腔中的气体和排除并容纳冷污的金属液以及其他氧化物。图 2-6 带浇注系统铸件第 9 页2.3.2 内浇口设计（1）内浇口速度由参考文献15 查得，锌合金铸件内浇口充填速度 的推荐值为3050m/s ，选取为40m/s。（2）充填时间经计算，压铸件的平均壁厚约为3.8mm，利用参考文献16中的经验公式。t=35(b-1) （2-1）式中t-充填时间，ms；b-压铸件平均壁厚，mm可求出t=35(3.8-1)=98ms0.1s。（3）内浇口截面积的确定内浇口截面积的确定可由公式（2-2）得出： =(2-2)式中： 内浇口横截面积， ； 通过内浇口金属液的总质量， ； 液态金 2cmGg属的密度， ； 内浇口流速， ； 型腔的填充时间， ；V 通过内浇口3/gcm /s s金属液的体积， ； 型腔的充填速度， 。3 c计算得出数值如下：= 1014.740000.12.52(4)内浇口厚度、长度、宽度的确定由内浇口厚度、宽度和长度的经验数值表，适当选取此锌合金铸件内浇口厚度为1mm，宽度为4.11mm。2.3.3 浇道设计（1）浇道的形式及尺寸根据铸件及内浇口特点，选用扇形浇道，截面为矩形，浇道形状如图2-7。第 10 页图 2-7 浇道立体图（2）浇道与内浇口的连接方式为了减少金属液对型芯的正面冲击，浇道与内浇口采用了分流锥缓冲的方式，见图2-8。图 2-8 分流锥示意图2.3.4 直浇道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J1163E，其压室直径为70，80，100。选取70为浇口套内径，其他尺寸根据情况自行设计，具体尺寸见附录。2.3.5 排溢系统设计第 11 页排溢系统由排气道、溢流槽、溢流口组成。如图 2-9 所示，选用半圆形结构的排溢系统。图 2-9 排溢系统结构（1)溢流槽尺寸设计溢流槽尺寸选取：溢流口厚度h=0.5mm；溢流口长度l=1mm；溢流口宽度s=14.7mm；溢流槽半径r=1.5mm。（2）排气道设计排气道相关尺寸选取为：排气槽深度为0.12mm；宽度为15mm。2.4 压铸模具的总体结构设计压铸模由定模和动模两个主要部分组成。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。压铸模具的基本结构及零件明细表如图2-10所示，它通常包括以下六个部分。（1）成型零件部分。在合模后，由动模镶块和型腔镶块形成一个构成压铸件形状的空腔，通常称为成型镶块。构成成型部分的零件即为成型零件。成型零件包括固定的和活动的镶块与型芯，如图中的司筒、主型芯等。有时成型零件还构成浇注系统的一部分，如内浇口、横浇道、溢流口和排气道等。（2）浇注系统。浇注系统是熔融金属由压铸机压室进入压铸模成型空腔的通道，如图中浇口套、分流锥以及浇道、内浇口、排溢系统等。由于成型零件和浇注系统的零件均与高温的金属液直接接触，所以它们应选用经过热处理的耐热钢制造。（3）模体结构。各种模板、座架等构架零件按一定程序和位置加以组合和固定，将模具的各个结构件组成一个模具整体，并能够安装到压铸机上，如图中的模脚、动模板、定模第 12 页板、顶板和底板等。导柱和导套是导向零件，又被称为导准零件。它们的作用是引导动模板与定模板在开模和合模时能沿导滑方向移动，并准确定位。（4）顶出和复位机构。将压铸件或浇注余料从模具上脱出的机构，包括推出零件和复位零件，如图中的司筒、面针板和底针板。同时，为使顶出机构在移动时平稳可靠，往往还设置自身的导向零件推板导柱和推板导套。为便于清理杂物或防止杂物影响推板的正确复位，还在底针板底部设置垃圾钉。（5）侧抽芯机构。当压铸件侧面有侧凹或侧凸结构时，则需要设置侧抽芯机构，由于本设计不含侧抽芯，所以不在此多做赘述。（6）其它。除以上各结构单元外，模具内还有其它用于固定各相关零件的内六角螺栓以及销钉等 17。第 14 页第 15 页图 2-10 模具结构明细图第 16 页3 成型零件及模具结构设计3.1 成型零件设计概述成型零件是与高温金属液接触的零件，用于形成浇注系统和铸件。成型零件由浇注系统成型零件和铸件成型零件两部分组成。（1）浇注系统成型零件：浇道镶块、浇口套，用于形成浇注系统。（2）铸件成型零件：型芯、镶块、斜滑块块，用于形成铸件。成型零件的结构形式主要可以分为整体式和组合式两类。1）整体式结构 型腔和型芯都由整块材料加工而成，即型腔或型芯直接在模板上加工成型。2）整体组合式结构 型腔和型芯由整块材料制成，装入模板的模套内，再用台肩或螺栓固定。3）局部组合式结构 型腔和型芯由整块材料制成，局部镶有成型镶块的组合形式。4）完全组合式结构 由多个镶拼件组合而成的成型空腔。本设计采用整体组合式，其结构如下图所示：图 3-1 型腔 3D 结构图第 17 页图 3-2 型芯 3D 结构图成型零件直接接触高温、高压、高速的液态金属，受机械冲击、磨损、热疲劳和化学侵蚀的反复作用，热应力和热疲劳导致的热裂纹则是破坏失效的主要原因，所以对成形零件的尺寸精度的要求尺寸精度高3-4级，对粗糙度的要求比铸件粗糙度高2级。3.2浇注系统成型零件设计（1）浇口套的结构在浇口套中形成直浇道，常用浇口套的结构形式如图3-3所示。图（a）由于制造和装卸比较方便，在中小型模具中应用比较广泛。图（b）是利用台肩将浇口套固定在两模板之间，装配牢固。图（c）是将压铸模的安装定位孔直接设置在浇口套上。图（d） 、 （e）型式用于中心进料图 （f）是导入式直浇道的结构型式。本课题选用图（b）的形式。第 18 页图 3-3 浇口套结构形式（2）浇口套与压室的连接方式连接方式如图3-4所示。图3-4（ 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3-4（ b）保证了它们的同轴度要求。图 3-4 浇口套与压室连方式接本课题采用（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根据具体情况设计，具体尺寸参见附录。配合精度： 取 、 取 、 取 、 取 、 取 。1D6h7H28eD8F07Hd8e（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，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第 19 页重。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。3.3 铸件成型零件设计3.3.1 成型收缩率成型收缩率是指铸件收缩量与成型状态铸件尺寸之比，收缩分三种情况（见图3-5）：（1）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 。1L（2）阻碍收缩 如图中 ，有固定型芯的阻碍作用。2L（3）混合收缩 如图中 ，这种情况较多。3图 3-5 压铸件收缩率的分类由参考文献16 中查得铝合金的自由收缩率为0.6%0.8%，阻碍收缩率为0.3%0.4% ，混合收缩率为0.4%0.6%。取铝合金的自由收缩 =0.7%，阻碍收缩为 ，混合收1%4.02缩为 =0.5%。33.3.2 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。 2）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。3）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150 30第 20 页面最小脱模斜度取 ， 内表面最小脱模斜度 取1。由于底座内腔深度50mm，则脱30模斜度可取小 19。3.3.3 压铸件的加工余量由于铸件具有较为精确的尺寸和良好的铸造表面，所以一般情况下，可以不进行机械加工。同时，由于压铸件内部可能有气孔，所以应尽量避免再进行机械加工。但是，某些部位还是应该进机械加工。如装配表面、装配孔、成型困难没有铸出的一些形状，去除内浇口、溢流口后的多余部分等。底座铸件的加工余量选取根据参考文献15中推荐的加工余量选择，平面按最大边长确定，孔按直径确定。3.3.4铸件成型尺寸的计算成型零件表面受高温、高压、高速金属液的摩擦和腐蚀而产生损耗，因修型引起尺寸变化。把尺寸变大的尺寸称为趋于增大尺寸，变小的尺寸称为趋于变小尺寸。在确定成型零件尺寸时，趋于增大的尺寸应向偏小的方向取值；趋于变小的尺寸应向偏大的方向取值；稳定尺寸取平均值。根据参考文献16 ，成型零件尺寸的计算公式如下：）（nA式中： 成型件尺寸； 成型零件制造偏差； 压铸件尺寸（含脱模斜度、加A A工余量） ； 收缩率；n补偿系数； 压铸件尺寸偏差。n为损耗补偿系数，由两部分构成，其一是压铸件尺寸偏差的 ，其二是磨损值，一般21为压铸件尺寸偏差的 ，因此 。成型零件尺寸制造偏差 = 。417.0n）（ 415已知铸件尺寸公差等级为CT5，根据参考文献查表可得铸件基本尺寸的相应尺寸公差。由铸件图可知型腔尺寸有：10，h6。型芯尺寸有：5，h5。(1)型腔尺寸计算型腔的尺寸是趋于增大尺寸，应选取趋于偏小的极限尺寸。计算公式为：+，0 =(+0.7)+，010-0.560 ：A 00+ =(10+10X0.5%-0.7X0.72) 00.72/5=9.5500.1446-0.360 ：A 00+ =(6+6X0.5%-0.7X0.36) 00.36/5=5.7800.72(2)型芯尺寸计算第 21 页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。计算公式为：0,=(+0.7)0,50+0.36 ：A 0- 0 =(5+5X0.5%+0.7X0.72) -0.72/50=5.28-0.144050+0.36 ：A 0- 0 =(5+5X0.5%+0.7X0.36) -0.36/50=5.28-0.07203.4脱模机构的设计铸件从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使铸件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成。3.4.1 脱模机构的选择脱模机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、套管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和斜滑杆侧抽芯机构等。脱模机构的选用原则：（1）使铸件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形成永久变形） ；（2）推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排；（3）推杆的受力不可太大，以免造成铸件的被推局部产生隙裂；（4）推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；（5）推杆位置痕迹须不影响铸件外观；本设计中采用司筒推出机构使铸件顺利脱模。3.4.2司筒推出机构设计（1）司筒布置该铸件采用了3X5mm 司筒，其分布情况如图所示，这些司筒与铸件同心，使铸件所受的推出力均衡。第 22 页图 3-6 司筒布置（2）司筒的设计 7本设计中采用台肩形式的圆形截面司筒，设计时司筒的直径根据铸件的直径设计，见图3-6。司筒端平面不应有轴向窜动。司筒与司筒孔配合一般为 ，其配合间隙9/8/fHf或不大于所用溢料间隙，以免产生飞边。3.5导向与定位机构设计导向机构的作用：保证模具在进行开合模时，保证公母模之间一定的方向和位置。导向零件承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用,导向机构零件包括导柱和导套等。1. 导向结构的总体设计1) 导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。2) 根据模具的形状和大小，一副模具一般需要2-4个导柱。如果，模具的凸模与凹模合模有方位要求时，则用两个直径不同的导柱，或用两个直径相同，但错开位置的导柱。3) 由于铸件通常留于公模，所以为了便于脱模导柱通常安装在母模。4) 导柱和导套在分型面处应有承屑槽第 23 页5) 导柱导套及导向孔的轴线应保证平行6) 合模时，应保证导向零件首先接触，避免公模先进入模腔，损坏成型零件。2. 导柱的设计1) 有单节与台阶式之分2) 导柱的长度必须高出公模端面68mm3) 导柱头部应有圆锥或球形的引导部分4) 固定方式有铆接固定和螺钉固定5) 其表面应热处理，以保证耐磨。3. 导套和导向孔1) 无导套的导向孔，直接开在模板上，模板较厚时，导向孔必须做成盲孔，侧壁增加排气孔。2) 导套有套筒式台阶式凸台式3) 为了导柱顺利进入导套孔，在导套前端应倒有圆角r。一般情况下,导柱与导套共同使用,用于保证动模与定模两大部分内零件的准确对合和塑料部品的形状,尺寸精度,并避免模内零件互相碰撞与干涉,起到合模导向的作用.3.6 排气及引气系统的设计排气是压铸模设计中不可忽视的一个问题。在压铸成型中，若模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止金属熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热使金属氧化，在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和铸件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入铸件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速压铸成型工艺的发展，对压铸模的排气系统要求就更为严格。在金属熔体充模过程中，模腔内除了原有的空气外，还有金属表面的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气，合金中某些添加物挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气，在分型面上开设排气槽排气，利用推杆运动间隙排气等。由于本次设计中模具尺寸不大，本设计中采用间隙排气的方式，而不另设排气槽，利用间隙排气，以不产生溢料为宜，其值与铸件熔体的粘度有关。3.7模温调节系统的设计在压铸模中，模具的温度直接影响到铸件的质量和生产效率。由于各种金属的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般压铸到模具内的金属熔体固化成为铸件后，从模具中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却油，将热量带走。对于要求较低模温的金属，仅需要设置冷系统即可，因为可以通过调节油的流量就可以调节模具的温度。第 24 页模具的冷却主要采用循环油冷却方式，模具的加热有通入热水、蒸汽，热油和电阻丝加热等。温度调节对铸件质量的影响压铸模的温度对于金属熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有影响，对于任一个压铸制品，模具温度波动过大都是不利的。过高的模温会使铸件在脱模后发生变形，若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模温会降低金属熔体的流动性，使其难于充模，增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。图 3-7 模具冷却油路图第 25 页4 模具结构总图第 26 页总结本次压铸模具设计，全面考虑了铸件成型性能，模具结构特点，压铸工艺参数，铸件表面粗糙度以及制造精度等，在理论分析和数据计算生