压力铸造模具结构设计毕业设计论文.doc

沈阳工业大学本科生毕业设计压力铸造模具结构设计毕业设计论文第1章 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 s3 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。1.3毕业设计内容本课题设计内容是锌合金底盘座铸件压铸模具设计，主要包括浇注系统和排溢系统，成形零件，抽芯机构，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）设计抽芯系统机构；（5）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2章 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锌合金底盘座，材料YX041，铸造精度CT5，铸件中心是一个较深的型腔，侧壁有凸台，凸台上有直径为80mm的通孔。壳体的底端有4个直径为30mm的小孔，铸件平均壁厚3.8mm，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。此壳体铸件的分型面选择现有三种方案如图2-3所示。选择面，使铸件整体放在定模中，保证了铸件的同轴度，有利于气体的排出，同时I-I面也是铸件的最大投影面。选择面，铸件的同轴度不易保证。选择面，由于合模不严会使分型面处产生飞边，不易清除痕迹，也不利于浇注系统的放置。综上分析决定选取I-I面为该铸件的分型面。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，浇注位置选在平台的端面。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。(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729cm2,压铸件的重量为5.20kg,锌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750mm750mm。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，溢流槽设于分型面四个对角处，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，；液态金属的密度，； 内浇口流速，； 型腔的填充时间，；V通过内浇口金属液的体积，；型腔的充填速度，。计算得出数值如下：(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2.5mm，长度为22.5mm，宽度为100mm。2.3.3 横浇道设计（1）横浇道的形式及尺寸根据铸件及内浇口特点，选用T形浇道，截面为矩形，浇道形状及尺寸如图2-7。（2）横浇道与内浇口的连接方式图2-7 横浇道立体图及具体尺寸为了防止金属液对型芯的正面冲击，横浇道与内浇口采用了端面联接的方式，见图2-8。图2-8 端面联接方式图2-8中具体尺寸为：；。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100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=0.6mm；溢流口长度l=4mm；溢流口宽度s=72mm；溢流槽半径r=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，如图中的镶块、主型芯、小型芯以及侧型芯等。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、浇道镶块以及横浇道、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，如图中的垫块、支撑板、动模压板、定模套板、定模座板和动模座板等。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，如图中的推杆、推杆固定板和推板。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，还在推板底部设置限位钉。（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，如图中斜滑块、侧型芯、斜滑块限位钉、弹顶销、弹簧等。（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。图2-10 模具总装图第3章 成型零件及斜滑块结构设计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。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。由于本文中采用斜滑块抽芯系统，其也与液态金属直接接触，故放入本章介绍18。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3-1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，但拆装均不方便。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（a）的形式。图3-1 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3-2所示。图3-2（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3-2（b）保证了它们的同轴度要求。图3-2 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。（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3-3）：（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。（2）阻碍收缩 如图中，有固定型芯的阻碍作用。（3）混合收缩 如图中，这种情况较多。图3-3 压铸件收缩率的分类由参考文献16中查得锌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YX041锌合金的自由收缩=0.7%，阻碍收缩为，混合收缩为=0.5%。3.3.2 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： 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，一般为压铸件尺寸偏差的，因此。成型零件尺寸制造偏差=。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：100，h270，4R25，190，h224，h6。型芯尺寸有：182.5，80，430.2，h210,4R50，h2。中心尺寸有：L121，L220。(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： (2)型芯尺寸计算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： (3)中心距位置尺寸计算中心距离尺寸是趋于稳定的尺寸，其偏差规定为双向等值。公式为： 3.4 成型零件装配图定模与动模合拢后形成的空腔通常称为型腔，而构成型腔的零件即为成型零件。成型零件包括固定和活动的镶块与型芯。模具成型零件立体图如图3-4所示，装配图如图3-5所示。图3-4 铸件成型零件立体图图3-5 铸件成型零件装配图1浇口套；2定模镶块；3动模斜滑块：4镶块：5弹簧顶销6小型芯；7主型芯3.5 斜销机构设计3.5.1 侧抽芯系统概述当铸件上具有与推出方向不一致的侧孔、侧凹或侧凸形状时，在压铸成型后，此处的成型零件会阻碍压铸件的推出，必须设置可以移动的侧型芯。在铸件推出前，先将型芯抽出，消除障碍后，再将压铸件推出，合模时，再将型芯回复到原来的成型位置。完成侧抽芯的抽出和复位动作的机构称为侧抽芯机构。侧抽芯机构有多种形式，但应用较多的是斜销机构和斜滑块机构。斜销机构较复杂，但用途较广；斜滑块机构简单，仅用于侧凹较浅的情况20。(1) 斜销侧抽芯结构。图3-6是斜销侧抽芯的工作过程。斜销侧抽芯机构主要用于侧孔抽芯，分型面为垂直分型面。(2) 斜滑块侧抽芯机构。如图3-7所示，(a)为合模状态，(b)开模，(c)抽出型芯。在定模板的推动下，斜滑块复位。本课题根据零件的结构特点选择了斜滑块侧抽芯机构。图3-6 斜销侧抽芯结构工作过程 （a）合模状态 （b）开模状态(c)抽芯状态 图3-7 斜滑块机构工作过程3.5.2 斜滑块机构基本结构斜滑块抽芯机构，主要由定位销和斜滑块组成。特点是：结构紧凑，动作可靠，常用于侧成型面积较大，侧孔、侧凹较浅，所需抽芯力不大的情况。斜滑块抽芯基本结构如图3-8所示。图3-8 斜滑块抽芯基本结构1定模板；2限位销；3斜滑块；4动模套板；5型芯；6推杆；7动模固定板3.5.3 斜滑块的拼合形式斜滑块拼合形式如图3-9所示。在图3-9中，（a）、（b）、（c）是两瓣式的拼合形式。（a）是常用形式，（b）可能产生溢料现象，（c）能解决溢料问题。（d）、（e）、（f）为三瓣式或多瓣式的拼合形式21。由于本课题设计的底盘座铸件比较简单，因此选用图3-9中（a）两瓣式的拼合形式，不但满足要求而且设计比较简单。图3-9 斜滑块拼合形式3.5.4 斜滑块的导滑形式斜滑块导滑形式如图3-10所示。T形槽形式加工比较简单，因此本课题选用T形槽形式。3.5.5 斜滑块尺寸设计（1）抽芯距离计算根据参考文献16的公式：其中外形内凹成形深度（mm）； K安全值，斜滑块机构一般取35mm。本课题铸件的=24，K取5mm，因此，=29mm。图3-10 斜滑块导滑形式（a）T形槽；（b）燕尾槽（2）推出高度l确定推出高度是斜滑块在推出是轴向运动的全程，即抽芯行程后推出行程，根据参考文献16可知，斜滑块的可推出高度不可大于斜滑块厚度L的55%，留在套版内的长度需大于30mm。因此，选取推出高度l=108mm。（3）倒向斜角的确定导向角计算公式为：由参考文献15可知倒向斜角一般在间选取，一般不超过，根据前面所得计算结果，可以计算出=。3.5.6 斜滑块抽芯机构表面粗糙度和材料选择（1）零件表面粗糙度侧抽芯机构零件爱你表面粗糙度选取：斜滑块的外表面，型腔表面，其他非配合面。（2）材料选择斜滑块的材料选用4Cr5MoSiV1,热处理要求4448HRC,斜滑块限位钉的材料选用45钢，热处理要求2532HRC。3.5.7 弹簧限位销设计由于定模型芯的包紧力较大,开模时,斜滑块和逐渐可能被留在定模型芯上,或斜滑块受到定模型芯的包紧力而产生位移,使铸件变形。此时应设置强制装置，确保开模后斜滑块稳定地留在动模套板内。本课题即考虑到定模型芯的包紧力作用，安装了4个弹簧限位销，以避免斜滑块径向移动，从而强制斜滑块留在动模套板内。根据参考文献24。采用的弹簧限位销的弹簧中径D=40mm，弹簧丝直径d=8mm，有效圈数n=7，采用材料为硅锰弹簧钢60Si2MnA，具体尺寸见附录。3.5.8 斜滑块抽芯机构立体图和装配图斜滑块侧抽芯机构由斜滑块、动模套板以及推杆等零件组成。由瓣合组成的斜滑块镶嵌在动模套板的导滑槽内。合模时，定模套板的分型面与斜滑块的上端面接触，使瓣合斜滑块分别推入动模套板的斜面内定位。斜滑块各侧向的密封面，在压铸机锁模力的作用下锁紧。开模后，压铸机的顶出装置推动模具的推出机构，驱动推杆并推动斜滑块向脱模方向移动。在这个过程中，由于动模套板内斜导滑槽的导向作用，使斜滑块在推动压铸件向前运动时，分别向上下侧分型，即在推出压铸件的同时，抽出压铸件侧面的凹凸部分，完成侧抽芯动作21。图3-11为斜滑块机构立体图，图3-12为斜滑块机构装配图。图3-11 斜滑块抽芯机构立体图图3-12 斜滑块机构装配图1-小型芯；2-定模镶块；3-定模套板；4-斜滑块；5-限位钉；6-动模套板；7-推杆；8-压板；9-支撑板；10-镶块；11-主型芯；12-弹簧限位销第4章 推出机构和模体设计4.1 推出机构设计4.1.1 推出机构概述开模后，是压铸件从成形零件上脱出的机构称为推出机构。推出机构一般设置在动模部分。推出机构一般由下列部分组成：（1）推出元件。直接推动压铸件脱落，如推杆、推管、以及卸料版、成型推块等。（2）复位元件。在合模过程中，驱动推出机构准确地回复到原来的位置，如复位杆、卸料板等。但在侧抽芯机构是斜滑块侧抽芯机构时，合模时，在定模板的推动作用下，斜滑块沿斜向导滑槽准确复位，所以无需设置推出机构的复位元件。（3）限位元件。调整和控制复位装置的位置，起止退限位作用，并保证推出机构在压射过程中，受压射力作用时不改变位置，如限位钉及挡圈等。（4）导向元件。引导推出机构往复运动的移动方向，并承受推出机构等构件的重量，防止移动时倾斜，如推板导柱和推板导套等。（5）结构元件。将推出机构各元件装配并固定成一体，如推杆固定板和推板以及其它辅助元件和螺栓等连接件。推出机构常按照推出元件的结构特征不同可分为推杆推出、推管推出、卸料板推出、推块推出和综合推出等多种推出形式22。4.1.2 推杆设计（1）推杆的结构采用圆形截面的推杆结构，如图4-1所示。（2）推杆的固定形式固定形式为整体沉入式，如图4-2所示。图4-1 圆形截面推杆结构 图4-2 推杆的整体沉入式固定（3）推杆尺寸及配合推杆的直径是有推杆端面在压铸件上允许承受的受推力决定的，由参考文献16查得，其截面积计算公式为：式中 A推杆前端截面积，；推杆承受的总推力，N；n推杆数量；p许用受推力。根据参考文献16查得，锌合金的许用受推力p为40MPa，设计中共使用4个推杆，而可由公式：确定，其中K=1.2，而=9000N，因此取=12000N。由截面积计算公式可求出，推杆前端的截面积应不小于75,由于本课题压铸模增加了动模压板，因此推杆较长，为保证推杆的稳定性，将推杆的前端直径选为26mm，配合精度为H7/f7，具体尺寸参见附录。4.1.3 推板导向及限位装置设计（1）推板的限位装置选择机构如图4-3所示，利用限位钉对推板进行精确定位。图4-3 推板限位钉（2）推板的导向采用图4-4的推板导向机构，将导柱安装在动模压板与动模座板之间，保证了刚性要求，推板导柱尺寸见附录。4.1.4 复位机构设计（1）复位机构的动作过程复位机构的动作过程如图4-5所示。图（a），开模时，复位杆随推出机构同时向前移动，推杆将压铸件推出；图（b），合模时，定模板触及复位杆，推出机构复位；图（c），合模动作完成时，在限位钉2的作用下，推出机构回复到原来位置。图4-4 推板导柱及导套（2）复位杆的布置采用如图4-6的复位杆布置，在成型镶块外设置对称的复位杆。图4-6 复位杆的布置4.1.5 推出、复位零件的表面粗糙度、材料及热处理后的硬度（1）零件表面粗糙度根据参考文献15，推杆与金属液接触表面粗糙度为，推杆，复位杆和推板导柱配合表面粗糙度为，推板和推板固定板配合表面粗糙度为，其他非工作的非配合表面。（2）材料及热处理后硬度导柱,复位杆采用材料T8A，热处理后强度要求为5055HRC，推杆采用4Cr2W8,热处理后要求强度为4550HRC,推板和推板固定板采用45钢，热处理要求回火。4.1.6 推出机构装配工程图及立体图推出机构的装配图如图4-7，立体图如图4-8。图4-7 推出机构装配图1动模压板；2内六角螺钉；3支撑板；4垫块；5动模座板；6推杆；7内六角螺钉；8限位钉；9导柱；10导套；11推板固定板；12推板；13内六角螺钉图4-8 推出机构立体图4.2 模体设计4.2.1 模体设计概述构成模体的结构件主要包括：定模座板、定模板、动模板、动模压板、支承板、垫块、动模座板；导柱、导套23。（1）定模座板除不通孔的模体结构外，凡通孔的模体结构均应设置定模座板。在设计定模座板时，考虑到以下问题：浇口套安装孔的位置与尺寸应与压铸机压室的定位法兰配合。定模座板上应留出紧固螺钉或安装压板的位置。（2）定模板定模板的主要作用：成型镶块、成型型芯以及安装导向零件的固定载体。设置浇口套，形成浇注系统的通道。承受金属液填充压力的冲击，而不产生型腔变形。在不通孔的模体结构中，兼起安装和固定定模部分的作用。（3）动模板动模板的主要作用是：固定成型镶块、成型型芯、浇道镶块以及导向零件的载体。设置压铸件脱模的推出元件，如推杆、推管、卸料板以及复位杆等。设置侧抽芯机构。在不通孔的模体结构中，起支承板的作用。（4）动模压板动模压板主要作用是：在通孔的模体结构中，将成型镶块压紧在动模板内。（5）动模支承板动模支承板的主要作用是：承受金属液填充压力的冲击，而不产生不允许范围内的变形。因此，不通孔的模体结构，有时也可设置支承板。（6）模座模座是支承模体和模体承受机器压力的构件，其主要作用是：1)与动模板、动模支承板连成一体，构成模具的动模部分。2)与压铸机的动座板连接，并将动模部分紧固在压铸机上。3)模座的底端面，在合模时承受压铸机的合模力，在开模时承受动模部分自身重力，在推出压铸件时又承受推出反力。因此，模座应有较强的承载能力。4)压铸机顶出装置的作用通道。（6）推出板推出板包括推杆固定板和推板。 在设计推出板时，主要考虑到以下几点：1)推出板应有足够的厚度，以保证强度和刚度的需要，防止因金属液的间接冲击或脱模阻力产生的变形。2)推出板各个大平面应相互平行，以保证推出元件运行的稳定性24。4.2.2 模体尺寸定模座板：长900mm，宽640mm，厚50mm；动模座板：长900mm，宽640mm，厚55mm；定模套板：长900mm，宽640mm，厚130mm；动模套板：长900mm，宽640mm，厚250mm；动模压板：长900mm，宽640mm，厚75mm；支撑板： 长900mm，宽640mm，厚100mm；垫块： 长640mm，宽175mm，厚90mm。4.2.3模板导向的尺寸模板导向零件的尺寸和位置，如图4-9所示。导柱导滑段直径,d=40mm。导柱导滑长度, e=170mm。导向位置设置在模板的四个角上。起模槽深度n=3mm，便于将动、定模撬开。排气槽c=0.5mm，以消除合模时导向孔内的气体反压力。图4-9 模板导向零件4.2.4模体构件的表面粗糙度和材料选择（1）零件表面粗糙度模体构件件表面粗糙度选取：动模和定模座板与压铸机的安装面，排气槽表面，其他非配合面。（2）材料选择导柱、导套的材料选用T8A,热处理要求5055HRC,其他零件的材料选用45钢，热处理要求2532HRC。4.3 模具总装图及工作过程模拟4.3.1 模具总装立体图模具的总装立体图如图4-10所示。4.3.2 模具工作过程模拟图利用UG软件，对铸件的开合模过程进行了模拟，模具的运动过程流畅，零件之间无干涉现象。（1）压铸模开模动作，如图4-11所示。（2）压铸模顶出动作，如图4-12所示。（3）压铸模合模动作，如图4-13所示。图4-10 模具总装立体图图4-11模具开模动作图4-12 模具顶出动作图4-13 模具合模动作第5章 结论通过对铸件的工艺性分析，将分型面设置在了铸件底面及型腔内部，金属液从铸件侧面进入。为了防止金属液对型芯的冲击，内浇口与铸件采用端面搭接的连接方式，横浇道采用T形形式，溢流槽设置在底盘座底面四角处，呈对称形式设置。本文在工艺性分析中还确定了铸件的加工余量为0.10.75mm，收缩率为0.40.7，脱模斜度为2545。根据铸件的结构特点，本文采用了斜滑块抽芯机构，其采用两瓣式的拼合方式，导滑机构采用T形槽形式，抽芯距离为29mm，导向角15，为避免斜滑块在开模时产生径向移动，采用弹簧限位销以确保开模后斜滑块稳定地留在动模套板内。由于成型零件受高速金属液的冲刷和高温高压作用，因此制造材料选用4Cr5MoSiV1。压铸模具在使用中，成型零件的尺寸可能增大、减小，也可能不变，所以根据成型零件的工作条件，分别确定了型腔、型芯、孔间距的尺寸及公差。模具采用推杆推出机构，设置了4个推杆，推杆直径26mm，为防止推出机构在复位过程中运动过度，设置限位钉来保证推出机构的运动行程，并使各推出元件准确地回复到原来的位置。模具的模体用于安装所有零件，对模体的性能要求主要是刚度和强度。确定的动模座板尺寸长宽为900640，厚度为55mm；动模套板尺寸长宽为900640，厚度为250mm；模板的导柱直径40mm、长度300mm，导柱设置在模板的四个角上；设计的起模槽深度为3mm，以便于动定模开模。通过UG绘图软件设计出了完整的模具，模具开合模动作灵活，零件间未产生干涉现象。 参考文献1 模具使用技术丛书编委会. 压铸模设计应用实例M. 北京:机械工业出版社. 2005.2 卢宏远, 董显明, 王峰. 压铸技术与生产M. 北京: 机械工业出版社. 2008.6.3 付宏生, 张景黎. 压铸成型工艺与模具M. 北京: 化学工业出版社. 2008.3.4 赖华清. 压铸工艺及模具M. 北京: 机械工业出版社. 2004.6