空调压缩机电机转子压铸模具设计

空调压缩机电机转子压铸模具设计Aircondit Ioning Compressor Motor Rotor Design of Die Casting DieI摘 要本课题是空调压缩机电机转子压铸模具设计。在对产品的结构形状、材料、制造工艺、尺寸精度等因素进行分析，选择压铸机，确定合适的分型面，设计浇注系统、冷却系统、导向机构、推出机构、复位机构和成型零件以及选择标准模架。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、及有关参数的校核都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备，采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，现代快速经济制造模具技术渐渐应用于模具制造。采用 ProEngineer 、Auto-CAD 来实现转子的三维设计及模具成型零件设计，分析制件的成型质量和完成分型面的设计，再采用 EMX 组件来实现模架的装配，并在产品设计及模具装配过程中，辅助以必要的理论计算，将数字化设计与理论计算结合起来，可以大大缩短产品研发周期、模具设计周期，提高产品设计及模具设计的准确性、产品成型质量，降低产品研发、模具设计成本。在设计过程中制定了合理的工艺方案，满足了大批量生产要求。关键词：压铸模具 工艺分析 Pro/E Auto-CADIIAbstractThe subject is about the design of die-casting die for the air-condition compressor rotor. Carries on the analysis to the factors of product structure shape, material, fabrication technology, size precision and so on, chooses the die-casting machine, determines the appropriate minute profile, the design gating system, the cooling system, the guide mechanism, the ejecting mechanism, the resetting device and the formation components as well as the choice of criteria mold base.The topics from technology and product mix, the specific structure of the mold, the mold for casting systems, die forming part of the structure, the roof system, cooling system, the choice of injection molding machine and check the parameters that have detailed the design, at the same time And a simple preparation of the mold of the process.With Pro/Engineer, Auto-CAD to implement three-dimensional design and mold volume design of the rotor, and shaping quality of part was analyzed and the parting line was designed by Pro/Engineer, then utilized EMX to accomplish the assemblage of the mold with the assistance of essential theory calculate mixed with figure design. It would not only shorten the cycle of product research and mold design, and improve the preciseness and the product shaping quality, but also lower the cost of the research. Having made the rational craft scheme in the design process, so it has met the requirement of producing in enormous quantities.Key word:Die-casting die；process analysis；Pro/E；Auto-CADIII目 录摘 要 .IAbstract .II绪 论 .11 压铸模具技术 .21.1 课题内容 .21.2 课题背景 .21.3 课题的来源及要求 .21.4 压铸模具国内外发展概况 .31.5 压铸技术的发展方向. .32 总体方案设计 .52.1 铸件的测绘 .52.2 铸件的造型与分析 .52.3 铸件的材料及工艺分析 .52.4 铸件尺寸 精度 .62.5 模具材料的选择 .72.6 型腔数目的确定 .72.7 压铸机型号的选择 .82.7.1 压铸机的锁模力计算 .82.7.2 压室容量的校核 .102.7.3 安装尺寸的校核 .103 具体模具说明 .123.1 分型面的设计 .123.2 浇注系统设计 .133.2.1 内浇口设计 .133.2.2 横浇道的设计 .163.2.3 直浇道的设计 .183.3 排溢系统设计 .203.3.1 溢流槽设计 .20IV3.3.2 排气槽设计 .203.4 成型零件的结构设计和计算 .203.4.1 成型零件的结构设计 .203.4.2 成型零件的工作尺寸计算及公差确定 .213.4.3 成型零件材料选择 .233.5 加热与冷却系统设计 .243.5.1 加热系统设计 .243.5.2 冷却系统设计 .243.6 模架的确定和标准件的选用 .253.6.1 模架的选择 .253.6.2 各模板尺寸 .253.7 导向机构设计 .303.7.1 动、定模导柱和导套设计 .303.7.2 推板导柱和导套设计 .313.8 推出与复位机构设计 .323.8.1 推出机构的设计要点 .323.8.2 推出力的计算 .323.8.3 推杆的尺寸设计 .333.8.4 推杆的配合精度与尺寸关系 .343.8.5 推出结构的复位机构设计 .35结 论 .36致 谢 .37参考文献 .381绪 论压铸是近代金属加工工艺中发展较快的一种高效率、少无切削的金属成型精密铸造方法。与其它铸造方法相比，由于压铸工艺的生产流程短、工序简单而集中，不需要繁多的设备和庞大的工作场所，铸件质量优、精度高、表面光洁度好，可以节省大量的机械加工工序、设备和工时；金属的工艺出品率高，节省能源、节省原材料等优点，所以压铸是一种“ 好、快、省” 的高经济效益的铸造方法。目前生产的一些压铸件最小的只有几克，最大的铝合金铸件重达50kg，最大的直径可达2m。近年来一些国家由于依靠技术进步促使铸件薄壁化、轻量化，因而导致以往以铸件产量评价一个国家铸造技术发展水平的观念发生了根本性的改变，而用技术进步的水平作为衡量一个国家铸造水平的重要依据。而铸件质量的好坏最终取决于压铸模结构设计、浇注系统设计以及排溢系统设计等是否合理 3。为压铸成型加工的主要工具之一的压铸模具，在质量、精度、制造周期以及压铸成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。随着合金新品种的不断出现以及合金制品在结构、外观上要求的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂 。121 压铸模具技术1.1 课题内容设计一套空调压缩机电机转子压铸模具。1.2 课题背景(1)压铸的实质及工艺过程压铸是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填，并在压力下成形和凝固而获得铸件。(2)压铸的特点优点：压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度值低。材料利用率高。可以制造形状复杂，轮廓清晰，薄壁深腔的金属零件。在压铸件上可以直接镶嵌其他材料的零件。生产率极高，因为压铸生产易实现机械化和自动化操作，生产周期短，效率高提高了金属利用率，又减少了大量的加工设别和工时。缺点：压铸件常有气孔及氧化物存在，不适合小批量生产，压铸件尺寸受到限制。(3)应用前景金属压铸成型是将熔融的金属液在较高的压力下，以高速度填充入压铸模型腔，并使金属液在高压力状态下凝固而形成金属压铸件的过程。金属压铸成型技术与塑料注塑成型、金属板的冲压成型并列为三大成型体系。它是目前所有金属铸造成型方法中效率最高的一种。随着合金新品种的不断出现以及合金制品在结构、外观上要求的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂 11。1.3 课题的来源及要求电机转子，是电机中的旋转部件。电机由转子和定子两部分组成，它是用来实现电能与机械能和机械能与电能的转换装置。电机转子分为电动机转子和发电机转子。转子与定子组成电机 ，是压缩机工作制冷的动力源泉。根据老师所给的课题空调压缩机，电机转子铸铝工艺及模具设计。本课题即以1K146605Gr 的转子为例，设计一套转子压铸模的结构及工作过程。31.4 压铸模具国内外发展概况压铸是近代金属加工工艺中发展较快的一种高效率、少无切削的金属成型精密铸造方法。与其它铸造方法相比，由于压铸工艺的生产流程短、工序简单而集中，不需要繁多的设备和庞大的工作场所，铸件质量优、精度高、表面光洁度好。图 1-1 立式制冷压缩机1.5 压铸技术的发展方向一、发展和深化研究新的压铸工艺压铸件难以避免的缺陷是内部气孔和疏松,，型腔内的气体没有完全排出且在铸件凝固收缩时也得不到补缩，这对压铸件的性能和扩大其应用范围都有不利的影响。二、深化压铸基础工艺的研究基础工艺影响压铸件质量的因素是多方面的。影响压铸件质量的因素还有压铸模，压铸模是直接影响所生产的压铸件质量的不可缺少的压铸工艺装备。三、研究高新技术特别是计算机技术在压铸中的应用压铸件的质量在很大程度上取决于压铸机压射性能的优劣。压铸技术的进步应模拟研究充填过程，而模拟研究充填过程必须研究计算机在压铸中的应用。四、重视对镁合金的研究开发4镁合金是近几年国际上比较关注的合金材料，对镁合金的研究开发，特别是镁合金的压铸等技术的研究与日俱增。五、推行计算机集成制造系统(CIMS)实行 CIMS 就是借助计算机网络、数据库集成各部门生产的数据，CIMS是赢得竞争的手段。六、发展新型压铸检测技术、研发新式的压铸设备。七、研发压铸模新材料及努力提高压铸模具的使用寿命 11。52 总体方案设计2.1 铸件的测绘铸件的相关技术参数见零件图纸；铸件的生产批量大批量生产；铸件的体积和质量经 PRO/E 软件计算可得出，见表 2-1。表 2-1 铸件体积质量表材料密度（density） 体积（volume） 质量（mass）2.4 3/cmg90166.646 3m216.399504g2.2 铸件的造型与分析图2-1.转子铸件图因此对该模具的设计提出了更高的技术要求。同时为保证产品不产生飞边与铁芯不会过压变形，决定采用油压式压铸模结构，通过4个油缸来完成锁模，保证生产出优质转子铸件。2.3 铸件的材料及工艺分析空调某压缩机电机转子铸件如图2-1所示，其铝笼材料为纯铝（AL 99.7%，且含铁量不大于0.16%） ，外观铝锭为银白色，转子允许残渣含量不大于0.001gkg，重量约为1550g，其铁芯材料为冷轧无取向硅钢650W470，铁芯由硅钢冲片叠铆而成，叠压系数不小于0.97，且铁芯中间均布30沟槽。产品压铸成型后表面应平整光洁。成型后的铸件针孔度达到国标级要求,其铁心中间30槽均布的铝排不可出现断条(采用铸铝转子测试仪即可检测出转子压铸件是否有断条存在)。该转子与其对应定子相配合，其磁隙为0.5mm。铝环对内孔的轴向(径向) 跳动不大于0.3mm,铝环的其它尺寸公差按GB/T6414-1999中的CT6级执行。为了便于从压铸模模内取出压铸件和保证压铸件表面不被拉伤，将其脱模斜度设为2 。低速压铸速度为 0.150.05m/s,高速压铸速度为2.20.2m/s,高速压铸起点位置为22520mm，铸造压力为80020kg/cm ，料饼厚度为205mm，熔液温度为68020，留模时间为123s，模温为15030 3。2.4 铸件尺寸精度压铸件尺寸公差可按国家标准，大部分公差的尺寸选择 GB/T6414-1999 6级公差。该模具的制造精度应达到如下要求:(1) 模具分型面与安装平面或支承面之间的平行度偏差，在200mm长度以内不大于0.05mm。(2) 模具安装在压铸机上时，其分型面应保持良好的闭合状态。允许有不大于0.05mm的间隙(排气槽除外)。(3) 成型镶块、浇口系统零件的分型面不允许低于模板分型面，其高出不得大于0.1mm。(4) 导柱、导套在装配后，其轴线与模板平面的垂直度偏差，在200mm 内不大于0.03mm。(5) 模具的各活动零部件装配后应灵活，在室温状态下用手施力时，各相互关联的活动零部件不应产生卡滞现象。(6) 顶杆允许高出成型表面不超过0.1mm，复位杆则应与定模的分型面接触为准，允许低于分型面不超过0.05mm。(7) 推杆在推杆固定板中应灵活转动，允许其轴向窜动量不大于0.05mm。(8) 模具上开设的排气槽应呈曲折状引出，其深度在0.10.15mm，严禁将排气槽从型腔直接引向操作者的一侧。7(9) 流道转接处应光滑连接，镶拼处应密合，拔模斜度5，表面粗糙度值Ra0.4 3。m2.5 模具材料的选择制造工艺合理选择模具材料。压铸模具的动模型芯、定模型芯材料均为H13（即4Cr5MoSiV1） ，动、定模型芯的内部硬度为462HRC ，表面氮化后的硬度为622HRC ，且氮化层厚度为 0.05mm。模架材料为45钢，硬度为2832HRC。导柱、导套与材料为T8A，硬度为50 55HRC 。中套、浇口套材料为H13，硬度为6062HRC，其余零件材料的选用要符合模具设计手册所规定的要求。2.6 型腔数目的确定该模具采用1模4腔结构。多型腔模具排列形式设计的要点：(1) 尽可能采用平衡式排列；(2) 型腔布置与浇口开设部位应力要求对称；(3) 尽量使型腔排列得紧凑。排列形式如图 2-2：图2-2 型腔排列图82.7 压铸机型号的选择该模具属于油压式转子压铸模具，选用的是冷压式压铸机。2.7.1 压铸机的锁模力计算锁模力是压铸机是模具在压力金属液作用下不被推开。根据公式锁模力为：（2-3tan10sbcFKpA1）式中 需要压铸机提供的锁模力（KN）;sk 安全系数，一般情况k=1.25；p 零件压射比压； 铸件所有型腔在分型面上的投影面积（ ） ，通常另加30%A 2cm的浇注和排溢系统面积； 侧型芯端面面积（ ） ；c 2cm表2-2 常用压射比压的推荐值范围 （单位： ）aMP合金种类 铝合金 锌合金 镁合金 铜合金普通件 3050 1320 3050 4050承载件 5080 2030 5080 5080耐气密性件、大平面薄壁件 80120 2540 80100 60100根据上表，取此零件压射比压p为50 ，估算浇注系统及排溢系统在分型aMP面上的投影面积A约为60 ，因侧型芯端面面积 很小，可忽略，取2410m cAK=1.2.故锁模力： = =300KNzsKF431065. 此外，本次设计采用油压式压铸模的结构，压铸机能给四个油缸设定合理的压力，在动、定模合模时，油缸推动楔紧块，带动其他元件前进到指定位置保持锁模。据此初步选定江苏灌南 压 机有 限公司生产的型号为 ZJ-40的全立式压铸机。9表2-3 主要规格和参数查得江苏灌南压铸机有限公司生产的型号为 ZJ-40 的全立式压铸机锁模力为 400KN，大于计算所需的 300KN。取压室直径 ，则对应的最大压射m70比压为：（2-24FPD2）式中 P 压射比压， ；aF 压铸机的压射力， ；NA 压射冲头的截面积， 2m；D 压射冲头的直径， 。查的F=100KN, 则序号 项目 技术参数1 锁模力（KN） 4002 动型板行程（mm） 3003 拉杠内间距（mm） 4004004 动、静型板开距(mm) 150-4505 模具厚度(mm) 3508506 压射力(KN) 40-1007 压室直径(mm) 60, 70 ,808 铸件最大投影面积 2cm502 9 铸件最大重量(铝)(kg) 1.710 开型力(KN) 20011 管路工作压力( )aMP1112 空循环次数(r/h) 18013 机器重量(t) 2.714 外型尺寸(LWH)(mm) 850760222010= =26.824DFP625107.36aP取K=1.2,则：34106.8.8z KN29.SF实际上所需锁模力192.96KN小于ZJ-40型压铸机的额定锁模力为400KN，故此压铸机能满足锁模力要求。2.7.2 压室容量的校核压室可容纳金属液的质量应大于每次浇注的金属液的质量，可按下式校核：（2-LdGsj423）式中 每次浇注的金属液（包括铸件、余料、浇注系统和排溢系统）jG的质量（g） ； 压室内径（cm ） ；sd 压室（包括浇口套）长度（cm ） ；L 液态合金密度（ ） ；3/cmg 压室充满度（%） ，实际生产中的压室充满度在 3050%范围内。查的 为1.7kg、 =2.4 ，选得 =7cm、 =108cm，取得 =30%，jG3/cgsdL按上式计算得1.7kg12, L=(22.5)d推杆尾部直径 d2 d2= d1+6推杆尾部厚度 h h=(46)0-0.05支承板或推杆安装孔直径 D1 D1= d1+1推杆尾部安装孔直径 D2 D2= d2+13.8.5 推出结构的复位机构设计在压铸每一个循环中，推出机构推出铸件后，必须准确的回到原来的位置，这一动作通常由复位机构来实现，并用挡钉做最后定位，使推出机构在合模状态处于准确可靠的位置。复位杆的端面不能高于动模分型面，以防止合模不严。在一般情况下，应低于动模分型面的 0.25mm 的距离。虽然推出元件会产生复位误差，可在压铸过程中借助压力将其除掉。推板的限位装置采用限位钉，使推板实现精确复位。限位钉分别设置在推37板或动模板上，制作简单，复位精度高，刚性好，应用比较广泛。图 3-20 限位钉38结 论通过本次毕业设计，使本学所学课程有了更深刻的理解。使我们对机械设计，机械原理以及模具设计等学科的知识，对我对模具设计有了更深的了解，也使我对以后的工作有了更多的认识。在本次设计中，除了查阅了压铸模具设计方面的很多书籍，从中间学习到了很多，同时在这次毕业设计的过程中，我也使用了 cad，proe 等机械专业常用的软件，也使得我们对软件的运用更加熟练了。这次空调压缩机转子的压铸模具设计，其中的压铸模具技术更让我知道，在市场上很早已经得到了广泛的应用，其中压铸技术有很多有缺点。压力铸铝具有很多优点：一套模具可生产多种转子零件，适合大批量生产，模具利用率高，生产成本低；所须铝水温度可以较低,转子铁芯和模具均不必预热；铸铝转子质量比较稳定，合格率在 99%以上；模具固定部分结构较为简化,省去了高垫圈、压紧螺栓或楔键,也设有分流结构,固定也不像离心铸铝那样,要几十件才能满足使用,压铸只要一件就能进行正常生产,可大量节约固定模具费。压力铸铝存在的不足：与低压铸铝和离心铸铝比,压力铸铝转子电机的附加损耗大,电气性能差。对于本次设计的铸件，压铸技术用来加工压缩机转子很好的满足了上面的几大优点，其中的大批量生产更是节约了很多的成本，整个过程在答辩视频中也是非常的简便的，舱门一关一合的那几秒间，四个零件就已经压铸成形。当然，使用压铸机精度也不是太高。希望在以后的技术发展中，能产生出精度高，并且自动化程度高的压铸机。对于这次毕业设计，我也有很多的不足，其中有对压铸模具整体的认识，还有对软件的使用等等，也让我懂得该如何去继续学习。在对整套模具进行设计的时候，也遗漏了很多，也是在老师的悉心指导之下，完成了这次毕业设计。其中的排气槽，溢流槽，导向机构等等，对于整个模具来说都是很重要的部分。39致 谢本论文在张驰老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择到具体构思和内容，无不凝聚着老师的心血和汗水。在四年的机械电子工程专业的学习和生活期间， ，我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向华中科技大学武昌分校，机电与自动化学院的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们四年来的辛勤栽培。40参考文献1 何铭新.机械制图M.北京：高等教育出版社， 2002.2 邵立新.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版标准教程M.北京：清华大学出版社，2007.3 张晓陆.空调器压缩机电机转子压铸模设计及制造 J.泰州：江苏春兰制造有限公司，2007.4 刘永红.电机铸铝转子压铸模设计J. 长沙：长沙电机厂， 1996.5 姜银方.压铸工艺及模具设计M. 北京: 化学工业出版社,2006.6 廖念钊.互换性与技术测量M. 北京: 中国计量出版社,200