1600KN冷室精密压铸机压射部件设计含4张CAD图
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1600KN冷室精密压铸机压射部件设计含4张CAD图,1600,KN,精密,压铸机,部件,设计,CAD
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题目申报表学院：机械工程学院 时间： 2006年12月26日教师姓名王昌职 称副教授学 位硕 士题目情况题 目1600kN冷室压铸机压射部件设计专业方向流体传动与控制题目来源实际工程项目 科研课题 教学模拟题目 其它题目类型工程设计型 科学研究型 调研综述型 其它类型设计、研究内容压铸机的压射机构是将金属液推送进模具型腔，填充成形为压铸件的机构。不同型号的压铸机有不同的压射机构，但主要组成部分都包括压室、压射冲头、压射杆、压射缸及增压器等。本压铸机的压射机构的主要特点是三级压射，是如何实现的需要设计。压射支架、压射油缸、增压缸的设计计算及校核；铸件最大投影面积计算等。具有优良性能的压射机构的压铸机是获得优质压铸件的可靠保证。以上就是压铸机的压射部件所涉及的全部内容。目标和要求目 标：是使其能够满足生产需要，力争达到国内先进水平。要 求：使各类参数合格，能够使机构正常工作，并能够保证提供生产所需的最大压力。在过程控制当中保证精确，控制也要方便。特色液压系统采取了复合增压缸，是三级压射机构。设计、研究时间3.206.20上机时数150学时实验时数实习、调研时间2007.2.28.2007.3.20实习、调研地点北方重工有色金属铸造车间学院审核意见负责人签字：2006年12月28日任务及指导书题 目1600kN冷室压铸机压射部件设计题 目 来 源实际工程项目 科研课题 教学模拟题目 其它题 目 类 型工程设计型 科学研究型 调研综述型 其它类型一、毕业设计（论文）任务（包括对工程图纸的具体要求）及设计参数（一）毕业设计任务：1、完成毕业实习并上交实习报告。2、专题外文资料翻译5000以上印刷符号。3、完成与设计题目相关的专题小论文的撰写工作，题目自定，不少于3000汉字。要求打印。4、设计计算说明书，不少于15000汉字。设计、计算应有一定量的计算机应用内容（附程序及结果）。5、制图（折合6-7张甲1）其中CAD制图不少于30，每一个学生必须完成一幅A1号（含）以上的手绘图纸，建议画部件图。（二）精密压铸机压射部件设计技术参数：合型力160T（冷室）压射力88kN压室直径70mm压射全行程待设计（230mm）顶出力100kN顶出行程80mm动型板行程350mm铸件最大投影面积待设计（546cm2）铸件最大重量（锌合金）3kg模具厚度200550mm拉杠内间距420420mm空循环周期约7s偏心浇口距离60mm管路工作压力12MPa电机功率15 kW（冷室160T）外型尺寸约470011002100mm3机器总重量约5500kg二、专题部分要求（一）绪论部分1.1铸造的概述1.2压力铸造的概述1.3压铸的使用范围1.4压铸的发展概况1.5压铸机国内外现状及发展趋势1.6压铸机的种类和应用特点1.7压铸机的基本机构（二）专题部分1.1600kN卧式冷室压铸机的主要参数及其结构1.1压铸机YYC160T的外形及其技术参数1.2机器结构组成、工作程序及工作过程2.压射部件设计计算2.1压射油缸的设计2.2增压缸的设计2.3管道尺寸计算2.4下偏心调整液压缸的设计2.5压室强度校核2.6压射全行程L的确定2.7铸件的最大投影面积3.液压系统设计3.1设计要求及技术参数3.2液压系统方案的选择3.3液压系统的原理3.4液压泵的选择3.5电动机的选择3.6确定油箱的有效容积3.7液压阀选择3.8液压油的选择4.机器总图（总装配图或外形图）及液压原理图5.压铸合金介绍6.经济技术评价7.结 束 语8.参考文献三、本题目的重点和难点以及与同组其它学生所做题目的关系本题目的重点和难点是压射部件的设计，实现压铸机的三级压射，需要进行有效的控制。我们组中共有12名同学，其中有8人做模具设计，4人做压铸机的设计，其中3位做热室压铸机的压射与合模的设计，而本人做的是冷室压铸机压射部件的设计。虽然有一定的区别，但是互相之间都有相关的联系。四、可行方案的筛选方法提要机构名称常用方案优点缺点采用方案合模机构复合增速缸1.整机结构紧凑，构件少2.无需动量闭合量调节机构1.复合缸结构复杂，加工结构困难度大2.要设计冲液阀：泵的流量大，液压系统复杂活塞缸连杆机构1.在行程的近末端将液压缸的出力放大，液压缸的缸径可以很小2.空行程速度高，生产效率高3.泵的流量小，液压系统简单1.连杆构件多，尺寸链多2.需要动梁闭量调节机构，结构复杂压射机构复合增压缸同复合增压缸同复合增压缸活塞缸最简单不能得到高质量的压铸件升降机构活塞缸最简单装于压射座下方装拆方便顶出机构机械打料装置简单定出力不能控制，有刚性冲击。活塞缸能够自动防止过载机构稍为复杂五、指导方式和工作进度要求2007.2.28.2007.3.20.毕业实习。3.20.4.10.完成外文翻译。4.11.4.14.初步方案设计。4.15.初步方案设计及其预算，估算基本设计。4.20.6.10.正式开始设计计算及画图等工作。六、与本设计题目相关的理论知识（包括新知识）提要机械制图、工程材料、互换性、机械设计、金属工艺学、材料力学、液压传动、气压传动与控制、机电控制、液压控制、液压系统故障诊断与维修等。七、建议参考资料及使用方法 网上检索相关的资料、杂志，材料力学、液压传动、气压传动与控制、机电控制、流体力学、压元件产品样本、压铸技术手册、压铸机控制技术、压铸模与其他模具、机械设计手册（1、2、3、4、5）。八、答辩之前学生应作的准备工作提要1、完成毕业实习并上交实习报告。2、专题外文资料翻译5000以上印刷符号。3、完成与设计题目相关的专题小论文的撰写工作，题目自定，不少于3000汉字。要求打印。4、设计计算说明书，不少于15000汉字。设计、计算应有一定量的计算机应用内容（附程序及结果）。5、制图（折合6-7张甲1），完成一幅A1号（含）以上的手绘图纸。注：本表内容可根据题目特点和要求选取，表格可续页指导教师签字： 任务下达时间2007年1月10日 学生签字：过程检查记录学生姓名班 级序号检查日期检查内容完成情况指导记录指导教师签字1月 日2月 日3月 日4月 日5月 日6月 日7月 日8月 日9月 日10月 日11月 日12月 日13月 日14月 日15月 日指导教师评价表题 目学生姓名评价指标评 价 标 准分数范围得 分优秀（分数上限90）中等（分数上限7080）过 程 考 核学习态度工作认真踏实，作风严谨，遵守纪律，能按进度要求圆满完成规定的任务。工作较认真，遵守纪律，基本能按进度要求完成规定的任务。05分工作能力在查阅文献、调研论证、知识获取、方案设计、方案实施等工作中有较强的独立工作能力和一定的创新意识。在指导教师的具体指导下能够完成查阅文献、调研论证、知识获取、方案设计、方案实施等工作。05分设计（论文）考核工 作 量圆满完成任务书规定的任务完成任务书规定的任务05分摘要及文献调研摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求；文献调研充分、针对性强。摘要及外文资料翻译基本正确，文字通顺，基本符合规定内容及字数要求；文献调研基本满足要求。03分完成质量立论科学合理，论证、计算、分析和实验正确、严密，结论合理，图纸完备、整洁、正确立论、论证、计算、分析和实验基本正确；结论合理，图纸完备，基本正确07分撰写规范论文或说明书结构完整、条理清晰、文字通顺、图表清楚、论述严谨、符合技术用语要求、符号统一、编号齐全、版面工整论文或说明书完整、有条理、文字通顺、图表清楚、论述基本正确、基本符合技术用语要求、版面工整05分综合能力能综合运用所学知识和技能解决设计（论文）中的实际问题，对某些问题的分析有独立见解，有一定创新内容能运用所学的知识和技能解决设计（论文）中的实际问题05分合 计035分评语：指导教师： 年 月 日评阅教师评价表题 目学生姓名序号评价指标评 价 标 准分数范围得 分优秀（分数上限90）中等（分数上限7080）1工 作 量圆满完成任务书规定的任务完成任务书规定的任务05分2摘要及文献调研摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求；文献调研充分、针对性强。摘要及外文资料翻译基本正确，文字通顺，基本符合规定内容及字数要求；文献调研基本满足要求。03分3完成质量立论科学合理，论证、计算、分析和实验正确、严密，结论合理，图纸完备、整洁、正确立论、论证、计算、分析和实验基本正确；结论合理，图纸完备，基本正确07分4撰写规范论文或说明书结构完整、条理清晰、文字通顺、图表清楚、论述严谨、符合技术用语要求、符号统一、编号齐全、版面工整论文或说明书完整、有条理、文字通顺、图表清楚、论述基本正确、基本符合技术用语要求、版面工整05分5综合能力能综合运用所学知识和技能解决设计（论文）中的实际问题，对某些问题的分析有独立见解，有一定的创新内容能运用所学的知识和技能解决设计（论文）中的实际问题05分合 计025分评语：评阅教师： 年 月 日答辩申请表学生姓名专业班级指导教师题 目毕业设计论文任务完成情况答辩报告准备情况学生签字：年 月 日学生预答辩情况和教师指导建议：学生对预答辩中教师指导建议的执行情况：指导教师审定意见：同意答辩 推迟答辩指导教师签字：年 月 日答辩记录表题 目学生姓名评价指标评 价 标 准分数范围优秀（分数上限90）中等（分数上限7080）自 述思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，分析归纳逻辑严密，有创新意识和独特见解。思路、语言表达、概念基本清楚，论点正确，分析归纳合理。015分资 料资料齐全，符合学校毕业设计（论文）规范化要求。资料齐全，基本符合学校毕业设计（论文）规范化要求。07分答 辩能正确回答所提出的问题，概念清楚，对相关知识有深入的理解，有理论根据，有独立见解。回答问题基本正确，概念基本清楚，无原则性错误。018分评委姓名平均成绩评 分答辩纪要：答辩组秘书（签字）：年 月 日答辩组组长（签字）：年 月 日答 辩 委 员 会 决 议 书设计（论文）题目（其中设计说明书（论文）共_页，设计图纸_张）学生姓名学 号专 业指导教师答辩时间指导教师评分评阅人评分答辩评分学院答辩委员会决议成绩评定为：_学院答辩委员会主任（签字）：（学院公章）年 月 日注：本表一式二份，毕业生档案和本科生毕业设计（论文）手册中各一份。12题目:1600KN冷室精密压铸机压射部件设计,学生姓名:XX学号:XX班级:XX指导老师:XX,压铸机简介,J11系列,压铸机的压射部件,压射机构,图为压射机构.压力油通过滑管座进入滑管B经连接体,油管,增压缸到压射缸的后腔进行压射;压射缸前腔油经连接体进入滑管A经滑管座,油管进行回油., XXXXXXX设计说明书（XXX）题 目：1600KN冷室精密压铸机压射部件设计学生姓名： 学 号： 专 业：班 级：指导老师： 正确确定压铸机的压射速度冯圣才 （内蒙古科技大学机械工程学院， 包头 014010） 摘要：在压铸过程中，压射速度既受压力的直接影响，又与压力共同对铸件内部质量、表面要求和轮廓清晰程度起着重要作用。因此，必须对压射速度进行恰到好处的控制，以获得高质量的压铸件。关键词：压铸机；压射；压射速度；充填速度Ensure The Injection Velocity Of Die-casting Machine CorrectlyFeng Shengcai（Mechanical engineering college of Inner Mongolia University Of Science & Technology，Baotou 014010）Abstract：In the course of compression casting,injection velocity was not only influenced by pressure directly,it also play a central role to internal quality of the die casting,surface oblige and the level of excellent definition the with pressure together.Wherefore ,we must control the injection velocity tailormadely in order to obtain high-grade die casting.Key words：Die-casting machine ; Injection ; Injection velocity ; filling velocity最近三十多年来随着制造业的飞速发展，对铸件的质量和精度要求也越来越高，压铸件既要有尺寸准确的内外腔形状，又要有良好的力学性能。实验和生产实践表明：压铸件充型完好、轮廓清晰，很大程度上取决于压射速度。因此，必须根据不同的情况对压铸过程中的所有工艺参数如压射速度、充填速度和压射压力等进行恰到好处的控制，以获得高质量的压铸件。1 压射速度压铸过程中，压室内的压射冲头推动熔融金属移动时的速度称为压射速度（又称为冲头速度）。而压射速度又分为两极：级压射速度和级压射速度。级压射速度又称为慢压射速度，是指冲头起始动作直至冲头将室内的金属液送入内浇口之前的运动速度。在这一阶段，将熔融合金推至压室前端并堆积在内浇道口前端，在既不过多降低合金液温度，又有利于排除压室中的气体的原则下，该阶段采用的速度应尽量的低，压射速度的高低取决于浇注到压室内熔融合金量的多少而定，慢压射速度的选择见表1。表1 慢压射速度的选择压室充满度（%）压射速度/mms-1压室充满度（%）压射速度/mms-1压室充满度（%）压射速度/mms-130300400306020030060100200级压射速度又称快压射速度，即熔融合金通过内浇口充满型腔时的压射速度。快速压射运动所占时间极短，它的目的是压实金属，使铸件组织致密。增压运动速度在调节时，一般观察射料压力表的压力值在增压运动中呈一斜线均匀上升，压铸产品无疏松现象即可。该速度由压铸机的特性决定。式中： 快速压射速度（mm/s）；V型腔容积（mm3）； n 型腔数；d 压射冲头直接（mm）； 充填时间（s）， 此压射速度为获得最佳质量的最低速度，一般压铸件可提高至1.2倍，对有较大镶件或大模压小件时可提高至1.52倍。压射速度可以通过压铸机的流量控制阀进行调整。1.1 快压射速度的作用和影响1.1.1快压射速度对压铸件力学性能的影响提高压射速度，则动能转化为热能，可提高合金溶液的流动性，这有利于消除流痕、冷隔等缺陷，也可提高力学性能和表面质量。但速度过快时，合金熔液呈雾壮与气体混合，产生严重涡流包气，使力学性能下降，如图1所示提高压射速度，使合金熔液在填充型腔时的温度上升，如图2所示。内浇道流速与填充流程长度的关系如图3所示，图中s为铸件厚度。内浇道流速有利于改善填充条件，可压铸出质量优良的复杂薄壁铸件。但压射速度过高时，填充条件恶化，在厚壁铸件中尤为显著。 1.2 快压射速度的选择和考虑的因素1）压铸合金的特性：熔化潜热、合金的比热和导热性、凝固温度范围。2）模具温度高时，压射速度可适当降低；考虑到模具的热传导状况、模具设计结构制造质量，为提高模具寿命，可适当限制压射速度。3）铸件的质量要求：当铸件薄壁复杂且对表面质量有较高要求时，应采用较高的压射速度。1.3 压射过程中速度的变化压射过程中速度的变化情况如图4所示，N为慢压射速度，O为快压射速度，P为压射平均速度，Q为凝固过程加压速度。2 充填速度在压射冲头作用下，熔融合金通过内浇口进入型腔的线速度称为充填速度。充填速度也是压铸工艺主要参数之一。充填速度是高低直接影响压铸件的内部和外观质量。充填速度过小会使铸件的轮廓不清晰，甚至不能成形。采用较高的充填速度即使压射比压较低也能将熔融合金在凝固之前迅速充填型腔，获得轮廓清晰、表面光洁的压铸件。但是充填速度过大，熔融合金容易包卷空气，压铸件形成气泡，使力学性能下降；熔融合金呈雾状进入型腔，粘附于型腔壁与后来的熔融合金不能熔合而形成表面缺陷和氧化夹杂，加速压铸模工作零件的磨损。填充速度的选择，一般应遵循的原则：对于壁厚或内部质量要求较高的铸件，应选择较低的充填速度和高的增压比压；对于薄壁或表面质量要求高的铸件以及复杂的铸件，应选择较高的比压和高的充填速度。此外，合金的浇注温度较低、合金和模具材料的导热性能好、内浇道厚度较大时，也要选择较高的充填速度；充填速度与内浇口截面积小充填速度高，反之充填速度低。根据我国实际设备和工艺条件，常用充填速度可参考表2选取。充填速度与压铸件的平均壁厚和充填时间的关系见表3。表2 常用的充填速度 m/s合金简单壁厚铸件一般铸件复杂壁厚铸件锌合金、铜合金镁合金铝合金1015202510151525351525152035402530表3 充填速度与压铸件的平均壁厚和充填时间的关系压铸件平均壁厚/mm充填时间/ms充填速度/ms-1压铸件平均壁厚/mm充填时间/ms充填速度/ms-11.01.53.03.54.05.06.010-1414-2028-4034-5040-6048-7256-8446-5544-5338-4636-4434-4232-4030-372.02.57.08.09.010.018-2622-3266-10076-11688-138100-16042-5040-4828-3426-3224-2922-27在压铸过程中，通过调整压射速度，改变压射冲头直径、压射比压及内浇口截面积等，都可以直接或间接调整充填速度，以满足生产需要。3 结束语压射速度和充填速度是压铸机在生产过程中的两个主要的参数。合理地选择压铸机的压射速度和充填速度是生产出完美铸件的关键。在实际生产中可节省成本，降低能耗，减少压铸件气孔的生成，减少压铸件披缝，降低模具损耗，减少压铸装置的冲击振动，明显地提高了压铸件产品的质量，延长设备的寿命周期。参考文献:1 范建蓓. 压铸模与其他模具M,北京：机械工业出版社，2005.1. P2122.2 赖华清. 压铸工艺及模具M,北京：机械工业出版社，2004.6. P3940.3 彭继慎. 压铸机控制技术M,北京：机械工业出版社，2006.6. P1418.4 郗志刚,柯有权. 冷室压铸机压射速度的匀加速控制J. 铸造技术,2006.06,P562564.5 王强,彭继慎. 压铸机压射速度的闭环控制设计J.沈阳航空工业学院学报,2006. 10, 第23卷第5期P18-19. 摘要本机适用于压铸铝、锌、铜、镁等大型有色金属的压铸件，是用来生产航空、汽车、电讯仪表、家用五金等工业部门大批大量中小型有色金属铸件的理想设备，又能适合生产铸造难度大、质量要求高、结构复杂的铸件。本机是采用PLC可编程控制器控制液压驱动的传动系统，合型采用双曲肘扩大结构，锁型力稳定、可靠、压射系统采用二级压射速度和一级增压机构，最高压射速度为5m/s，最短建压时间为30ms。本机具有手动和电液联动两中工作制。关键词：压铸 压铸机 压射部件设计AbstractThis machine is applied to production of non-ferrous metal alloys such as AL,Zn,Cu,Mg etc. It is specially designed for mass serial production of the castings in the industries of aviation ,automobile, electrical apparatus, and household hardware etc , as well as for producing hign-quality casting with complicated profiles and thin walls . This machine adopts programmable controller for automatic control , hydraulic drive as its transmission system has three-phase hydraulic system , magnifying force mechanism with doble toggles for reliable die-locking force. Its injection system has three-phase hydraulic system of injection and intensified pressure. The fastest injection velocity is more than 5m/s and min, bult-up time less than 30ms which can widely meet the requirements for die-casting. Two working pattern of manual and cycling are available for selection.Key words: die-casting die-casting machine design 目录摘 要Abstrat目 录第一章 绪论1.1铸造的概述11.2压力铸造的概述21.2.1压铸的实质及工艺过程21.2.2压铸的特点21.3压铸的使用范围31.4压铸的发展概况41.5压铸机国内外现状及发展趋势61.6压铸机的种类和应用特点8 1.6.1压铸机的分类91.6.2压铸机的压铸过程及特点91.7压铸机的基本机构13第二章 1600kN卧式冷室压铸机的主要参数及其结构2.1 压铸机外形及其技术参数182.2 机器结构组成、工作程序及工作过程192.2.1机座192.2.2合模机构192.2.3压射机构202.2.4液压系统202.2.5电气系统20第三章 压射部件设计3.1压射油缸的设计233.2增压缸的设计353.3管道尺寸计算393.4下偏心调整液压缸的设计403.5压室强度校核443.6压射全行程L的确定453.7铸件的最大投影面积46第四章 液压系统设计4.1设计要求474.2系统方案选择484.3液压系统原理494.4液压泵的选择514.5电动机的选择524.6确定油箱的有效容积534.7液压阀选择534.8液压油的选择53第五章 压铸合金介绍及经济技术评价5.1压铸合金介绍555.2经济技术评价56结 束 语57参考文献59V 摘要本机适用于压铸铝、锌、铜、镁等大型有色金属的压铸件，是用来生产航空、汽车、电讯仪表、家用五金等工业部门大批大量中小型有色金属铸件的理想设备，又能适合生产铸造难度大、质量要求高、结构复杂的铸件。本机是采用PLC可编程控制器控制液压驱动的传动系统，合型采用双曲肘扩大结构，锁型力稳定、可靠、压射系统采用二级压射速度和一级增压机构，最高压射速度为5m/s，最短建压时间为30ms。本机具有手动和电液联动两中工作制。关键词：压铸 压铸机 压射部件设计AbstractThis machine is applied to production of non-ferrous metal alloys such as AL,Zn,Cu,Mg etc. It is specially designed for mass serial production of the castings in the industries of aviation ,automobile, electrical apparatus, and household hardware etc , as well as for producing hign-quality casting with complicated profiles and thin walls . This machine adopts programmable controller for automatic control , hydraulic drive as its transmission system has three-phase hydraulic system , magnifying force mechanism with doble toggles for reliable die-locking force. Its injection system has three-phase hydraulic system of injection and intensified pressure. The fastest injection velocity is more than 5m/s and min, bult-up time less than 30ms which can widely meet the requirements for die-casting. Two working pattern of manual and cycling are available for selection.Key words: die-casting die-casting machine design 目录摘 要Abstrat目 录第一章 绪论1.1铸造的概述11.2压力铸造的概述21.2.1压铸的实质及工艺过程21.2.2压铸的特点21.3压铸的使用范围31.4压铸的发展概况41.5压铸机国内外现状及发展趋势61.6压铸机的种类和应用特点8 1.6.1压铸机的分类91.6.2压铸机的压铸过程及特点91.7压铸机的基本机构13第二章 1600kN卧式冷室压铸机的主要参数及其结构2.1 压铸机外形及其技术参数182.2 机器结构组成、工作程序及工作过程192.2.1机座192.2.2合模机构192.2.3压射机构202.2.4液压系统202.2.5电气系统20第三章 压射部件设计3.1压射油缸的设计233.2增压缸的设计353.3管道尺寸计算393.4下偏心调整液压缸的设计403.5压室强度校核443.6压射全行程L的确定453.7铸件的最大投影面积46第四章 液压系统设计4.1设计要求474.2系统方案选择484.3液压系统原理494.4液压泵的选择514.5电动机的选择524.6确定油箱的有效容积534.7液压阀选择534.8液压油的选择53第五章 压铸合金介绍及经济技术评价5.1压铸合金介绍555.2经济技术评价56结 束 语57参考文献59第一章 绪论1.1 铸造的概述将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法，称为铸造。铸造是现代机械制造工艺的基础工艺之一。铸造是历史最为悠久的金属成形方法，直到今天仍然是毛坯生产的主要方法。在机械设备中铸件所占比例很大，如机床、内燃机中，铸件占总重量的70%90%，压气机占60%80%，拖拉机占50%70%，农业机械占40%70%。铸造之所以获得如此广泛的应用，是由于它有如下的优越性：（1）可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体、气缸等。（2）适用范围广。如工业上常用的金属材料都可铸造，其中广泛应用的铸铁件只能用铸造方法获得。铸件的大小几乎不限，从几克到数百吨；铸件的壁厚可由1mm到1m左右；铸造的批量不限，从单件、小批，直到大量生产。（3）铸造可直接利用成本低廉的费机件和切削，设备费用较低。同时，铸件的加工余量小，节省金属，减少切削加工量，从而降低制造成本。在铸造生产中，最基本的工艺方法是砂型铸造，此外，还有多种特种铸造方法，如压力铸造等。铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。此外，节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，新工艺和新设备将相应出现。压铸生产的机械自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展，少生产或不生产污染的新工艺、新设备将首先受到重视。质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面将有新的发展。铸造是一门古老的加工方法，在其注入新的技术之后，已演变成多种加工工艺，压铸就是其中之一，随着当代科技的进步与发展，压铸工艺也不断地应用新的技术，来生产高品质的优良铸件。所以近年来压力铸造的应用越来越多，它不仅适用于压铸汽车零部件，还使用于航空、电器、家用五金等。1.2 压力铸造的概述1.2.1压铸的实质及工艺过程压铸是压力铸造的简称，其实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸模型腔，并在压力下成形和凝固而获得铸件的方法。高压力和高速度是压铸时熔融合金充填成形过程的两大特点，也是压铸与其他铸造方法最根本的区别所在。压铸时，常用的压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，甚至高达500MPa。充填速度在0.5120m/s范围内；填充时间很短（与铸件的大小，和壁厚有关），一般为0.010.03s，最短仅有千分之几秒。此外，压铸模具有很高的压铸精度和很低的表面粗糙度值。由于具有以上所述的特点，使得压铸件的结构、质量和有关特性、压铸工艺以及生产过程都具有自己的特性。 合金材料、压铸机及压铸模是压铸生产工艺过程的三个基本要素。以普通压铸机为例其生产工艺过程如图1.1所示。 图1.1 压铸机基本的工艺流程图1.2.2压铸的特点与其他铸造方法相比压铸有其自身的特点。（1）优点 1）压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低尺寸精度可达IT11IT13级，有时可达IT9级。表面粗糙度达Ra0.83.2um, 产品互换性好。2）材料利用率高由于压铸件具有尺寸精度、表面粗糙度低等优点，一般不再进行机械加工而直接装配使用，或加工量很小，只需经过少量机械加工即可装配使用，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时。其材料利用率约为60%-80%，毛坯利用率达90%。3）可以制造形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的金属零件因为熔融金属在高压高速下保持高的流动性，因而能够获得其他工艺方法难以加工的金属零件。例如，当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm；铝合金压铸件可达0.5mm；最小铸出孔直径为0.7mm；可铸出螺纹最小螺距为0.75mm。4）在压铸件上可以直接嵌铸其他材料的零件，以节省贵重材料和加工工时 这样既满足了使用要求，扩大产品用途，又减少了装配工作量，使制造工艺简化。5）压铸件组织致密，具有较高的强度和硬度因为液态金属是在压力下凝固的，有因填充时间很短，冷却速度极快，所以在压铸件上靠近表面的一层金属晶粒较细，组织致密，不仅表面硬度提高，并具有良好的耐磨性和耐蚀性。压铸件抗拉强度一般比砂型铸造提高25%30%，但伸长率有所下降。6）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，可适合大批量生产。在所有铸造方法中，压铸是一种生产率最高的方法。例如一般冷室压铸机平均每班可压铸600700次。另外压铸型寿命长，一付压铸型，压铸铝合金寿命可达几十万次，甚至上百万次。（2）缺点1）压铸件常有气孔及氧化夹杂物存在这是由于压铸时液体金属充填速度极快，型腔中气体很难完全排出所致，从而降低了压铸件的质量。另外，高温时气孔内的气体膨胀会使压铸件表面鼓泡，因此，压铸件一般不能进行热处理，也不宜在高温下工作。2）不适合小批量生产其主要原因是压铸机和压铸模费用昂贵，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。3）压铸件尺寸受到限制因受到压铸机锁模力及装模尺寸是限制而不能压铸大型压铸件。对内凹复杂的铸件，压铸生产也较为困难。4）压铸合金种类受到限制由于压铸模具受到使用温度的限制，高熔点合金（如黑色金属）压铸模寿命较低，难于用于实际生产。目前，用来压铸的合金主要是锌合金、铝合金、镁合金及铜合金。1.3 压铸的应用范围压铸是近代金属加工工艺中发展较快的一种高效率、少无切削的金属成形精密铸造方法。由于上述压铸的优点，这种工艺方法已广泛地应用在国民经济的各行各业中。压铸件除用于汽车和摩托车、仪表、工业电器外，还广泛用于家用电器、农机、无线电、通信、机床、运输、造船、照相机、钟表、计算机、纺织器械等行业。其中汽车和摩托车制造业是最主要的应用领域，汽车约占70%，摩托车占10%。目前生产的一些压铸零件最小的只有几克，最大的铝合金铸件质量达50kg，最大的直径可达2m。压铸零件的形状有多种多样，大体上可以分为六类：（1） 圆盖类表盖、机盖、底盘类等。（2） 圆盘类号盘类等。（3） 圆环类接件类、轴承保持器、方向盘等。（4） 筒体类凸缘外套、导管、壳体形状的罩壳、仪表盖、上盖、深腔仪表罩、照相机壳与盖、化油器等。（5） 多孔缸体、壳体类汽缸体、汽缸盖及油泵体等多腔的结构较复杂的客体（这类零件对力学性能和气密性均有较高的要求，材料一般为铝合金），例如汽车与摩托车的汽缸体、汽缸盖等。（6） 特殊形状类叶轮、喇叭、字体由筋条组成的装饰性压铸件等。目前用压铸方法可以生产铝、锌、镁和铜等合金。基于压铸工艺的特点，由于目前尚缺乏理想的耐高温模具材料，黑色金属的压铸尚处于研究试验阶段。在有色合金的压铸中，铝合金占比例最高，约占60%80%；锌合金次之，约占10%20%。在国外，锌合金铸件绝大部分为压铸件。铜合金压铸件较少，比例仅占压铸件总量的1%3%。镁合金压铸件过去应用很少，曾应用于林业机械中，不到1%。但近年来随着汽车工业、电子通信工业的发展和产品轻量化的要求，加之近期镁合金压铸技术日趋完善，从而使镁合金压铸件市场受到关注。目前在世界范围内已经形成有一定规模的汽车行业、IT行业、基础结构件的镁合金生产群体，镁合金压铸件的应用逐渐增多，其产量有明显的增加，并且预计将来还会有较大的发展。1.4 压铸的发展概况压铸技术起源于印刷工业的铅字铸造技术。19世纪初，世界印刷工业蓬勃发展，活字（单字母的铅字）的需求量日益增多，于是铸字机应运而生，1849年，Sturgiss制造了第一台用压铸法把铅铸成活字的压铸机（如图1.2），图中可见带有将喷口封住、打开和切断等动作的机构，以及用压射活塞压送熔融金属进入活字模型，可以说这就是压铸机的原始结构，而且机器还具有速度快、效率高，既经济，又可重复生产等特点。1.操作杆 2.冲头 3.上压室 4.喷嘴切断阀 5. 喷口拉杆6. 金属熔埚 7. 喷嘴 8. 内通道 9. 施压压室图1.2 Sturgiss于1849年压铸铅活字的压铸机示意图 1905年H.H.多勒（Doehler）成功研制了用于工业生产的压铸机，这是既能压铸铅、锡合金，又能压铸锌合金的最早的一台压铸机。随后1907年V.瓦格内（Wagner）设计了鹅颈式气压压铸机，用于生产铝合金铸件。1920年英国开发了冷压式压铸机，使压铸机有可能生产铝合金和镁合金等压铸件。1927年捷克工程师J.波拉克（Polak）发明了立式冷压室压铸机。由于储存液态金属的坩埚与压射室分离，可显著地提高压射力，使之更适应工业生产的要求，克服了气压热压室压铸机的不足之处，从而使压铸生产技术向前推进了一大步，使铝、镁、铜等合金铸件可广泛采用压铸生产。由于整个压铸过程都是在压铸机上完成的，因此，随着对压铸机的质量、产量和扩大应用，将对压铸设备不断提出新的、更高的要求。而新型压铸机的出现及新工艺、新技术的采用，又促进压铸生产更加迅速地发展。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，1958年真空压铸在美国获得专利；1966年美国General Motors公司提出精、速、密压铸法，出现了双冲头（或称精速密）压铸；1969年美国人爱列克斯提出了充氧压铸的无气孔压铸法。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液态金属进行有效的增压，以提高铸件致密度，而出现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，还通过安装成套测试仪器，对压铸过程中各工艺参数进行检测和控制，如压射力、压射速度显示监控装置和合模力自动控制装置以及电子计算机的应用等。当前国外压铸技术发展的趋势是：压铸机向系列化、大型化及自动化发展；计算机在压铸生产中应用日益增多；压铸工艺不断采用新技术以及开展延长压铸模服役寿命研究等。压力铸造在我国约起始于20世纪40年代，1947年上海就有人利用热压室压铸机生产锌铝合金挂锁，也有的厂用旧式冷压式压铸机生产电风扇上的铝件。但在工业上大量应用压铸件是始于20世纪 50年代，即在1958年以后。在这时期引进了捷克的Polak系列立式压铸机和原苏联pNB-peHTNC卧式压铸机，在汽车、电工和仪表行业中大批量应用压铸件，从此压铸工业在我国得到迅速发展。在这以后的10年中，我国的压铸技术取得了一定的成绩，自行设计制造了压铸模，除掌握了常规铸造生产工艺外，尚对一些新工艺，如真空压铸和黑色金属压铸进行了探讨，压铸件的应用范围扩展到农机、机床、办公用具、军工等领域。至20世纪90年代，我国的压铸技术达到相当水平，已自行设计和制造出成系列的、性能良好的压铸机。国产压铸机从一般小型到5000kN、6300 kN、8000 kN、10000 kN、12500 kN及16000 kN的大型压铸机均有生产。目前国内压铸机厂正致力与20000 kN和28000 kN压铸设备的研制、完善和投产工作，这标志着我国大型压铸机的设计、制造技术已具备国际水平。同时，对压铸工艺参数测试技术与装置进行了探讨与研制，开展了压铸基础工艺参数对合金性能影响的研究，建立了新的压铸合金系列并拓展了新牌号的压铸合金。研制成水基分型剂，采用从国外引进的大型压铸机，生产出了大型压铸件，并开始在压铸工艺和模具设计中应用电子计算机技术。更重要的是在这一时期，我国已建立了自己的压铸技术队伍，培养了一批具有相当水平的压铸技术人才，已有能力在压铸技术与生产领域的各个方面进行开拓性的工作。近年来，压铸的飞速发展得力于汽车和摩托车、电子通信、家用电器等行业的高速发展，这几个行业是压铸件的主要用户。迄今，压铸技术已经在我国形成了自己的体系，并正在稳步发展之中。1.5 压铸机国内外现状及发展趋势自从压铸机出现以后，压铸业以它生产速度快、生产的零件单位强度高等优势得到了快速发展。在1904年，用压铸法生产了汽车连杆轴承以后，压铸件以强度高、质量轻、生产快、成本低等特有的优势进入汽车工业，无疑为压铸件制造业的快速发展提供了广阔的发展天地。随着铸造业的飞速发展，对铸件的质量要求也越来越高，人们要求铸件既有尺寸准确的内外腔形状，又要有良好的力学性能。现代压铸机从结构上说，已经比较完善合理，要提高压铸件的质量只有从压铸机的本身精度、液压元件的灵敏度、电气控制的可靠性、压铸工艺参数的控制等方面入手。高压和高速是现代压力铸造工艺的两大特征，实验和生产实践表明，铸件冲型完好、轮廓清晰主要取决于压射速度（即压射过程），而铸件的内部质量和力学性能主要取决于增压效果（即增压过程）。要想获得高质量的压铸件，只有根据不同的情况对压铸过程中的所有工艺参数（如压射压力、压射速度等）进行恰到好处的控制。因此，提高压铸行业的自动化程度势在必行，而压铸机是压铸过程的主要机器，它的自动化程度及性能是主要考虑的部分。同许多其他制造业的自动化进程相类似，压铸行业的自动化水平也随着控制的发展而提高。到目前为止，控制的发展经历了经典控制时代、现代控制时代和智能控制时代。在国外压铸机制造行业中，瑞士的Buehler公司首先发明了抛物线压铸系统，此后相继出现了实时闭环控制和CNC压射端。近年来，日本的东洋公司又开发了一种具有局部压射功能的压射铸造系统。国外许多有压铸机生产能力的公司都把高新技术应用于压铸机上，在实时压射控制压铸机出现后，欧美几家公司对其进行不断改进，行成性能可靠的系列产品。目前，这些公司把力量转向为用户提供全方位的技术支持，例如：Buehler公司已有很完善的Classic、Evolution和Vision三大类压铸机系列，该公司利用其拥有的技术和经验，与德国著名的模具设计制造公司Schaufler联手组建压铸技术中心，对铝、镁合金制造商提供技术支持，并可由Buehler根据要求进行试制和提供实际铸件。Buehler公司曾为委内瑞拉Suralform公司开发了SSM压铸铝合金轮毂技术，Buehler公司在镁合金压铸、真空压铸和挤压铸造等方面都可提供全方位服务。以热室机著称于世的Frech公司拥有M系列和RC系列的压铸机，前者根据需要即可采用实时压射控制，也可进行常规三级压射，后者为实时压射控制压铸机。该公司控制系统根据其功能有Datavario、Datacontrol、Datacontrol RC和Datadialog RC 供用户选择，积40年镁合金压铸经验，在镁合金应用方面进行开发，为用户提供服务。在日本，Toshiba公司的多功能压射结构采用高精度液压伺服阀（直动型先导伺服阀，Direct operated pilot servo valve），其流量为7000L/s，阀的响应时间为5ms，系统反应时间为13ms，可在20ms内将速度从0升高到10m/s，相对于冲头位置，作为速度的切换点进行输入可有10个点，在各点之间可进行加速、减速并配以Toscast 控制系统，实现压铸机的综合控制。因此生产的压铸件产品质量和精度都很高。我国在20世纪50年代才有了第一台国产全液压传动的卧式冷室压铸机。虽然50年多年来我国的压铸机设计水平已有显著提高，但与国外相比还存在很大的差距。到目前为止，国内的较大型压铸机专业生产厂家有几十家，但没有一家具备生产实时压射控制压铸机的能力。我国的压铸技术还很落后，大都在采用PLC进行压铸过程控制，凭经验手动设定控制阀的开度大小，用人眼反复调试完成。由于PLC构成的控制系统只能完成组合逻辑的输入、输出控制，无法对压铸机的工作状态进行实时监控及故障检测，一些重要的压铸参数，如合型力、压射速度等不能进行显示，因而造成了成品率低、维修不方便、能源浪费等问题。国产压铸机的主要不足之处一是压射能量问题，压射速度低，好的也只有56m/s，与国外10m/s相比相差较多；二是压铸机没有“眼睛”，工艺参数不能量化，还谈不上控制，所以铸件的质量往往较差，成品率较低。因此，在要求压铸质量较高的精密压铸件时，压铸机完全依赖进口，虽然国外生产的压铸机价格高达国内同型号压铸机的45倍，但由于其控制精度高，在许多重要场合仍无法用国内的产品代替。然而，在压铸件广泛应用于汽车、摩托车、电梯等制造业的今天，我们不能依赖于进口，应该不断开发研制具有自主知识产权的高质量压铸机来满足我国制造业对压铸件日益增长的需要。 由于我国压铸业与工业先进国家相比确实存在差距，即使产量赶上去了，但要成为压铸强国，尚有一个艰苦漫长的过程。必须谦虚谨慎，学习国外先进技术和管理经验，坚持以科学发展观统领全局，加快构建压铸和谐发展新局面，奋力拼搏，开拓创新，才能重铸中华铸造的历史辉煌！ 1.6压铸机的种类和应用特点压铸机是压铸生产的主要设备，压铸过程中的各种特性都是通过压铸机实现的。根据压铸工艺的需要，它提供了选择参数的有利条件。设计压铸模与选用压铸机有密切联系，必须熟悉压铸机的特性、技术规格，通过设计计算，选用合适的压铸机，才能保证压铸生产的正常进行并获得优质的压铸件。1.6.1压铸机的分类压铸机分为热压室压铸机和冷压室压铸机两大类，冷压室压铸机按其压室结构和布置方式又分为卧式、立式两种形式，以卧式压铸机应用最多。常用的压铸机的分类见表1.1。表1.1 压铸机的分类分类特征基本结构方式卧室浇注方式1. 冷压室压铸机2. 热压室压铸机压室的结构和布置方式1. 卧式压铸机2. 立式压铸机功率（锁模力）1. 小型压铸机（热室630kN,冷室4000kN,冷室6300kN）1.6.2压铸机的压铸过程及特点（1） 热压室压铸机热压室压铸机与冷压室压铸机的合模机构是一样的，其区别在于压射、浇注机构不同。热压室压铸机的压室与熔炉紧密地连成一个整体，而冷压室压铸机的压室与熔炉是分开的。热压室压铸机的压室浸在保温坩埚的液体金属中，压射部件装在坩埚上面，其压铸过程如图1.3所示。当压射冲头3上升时，金属液1通过进口5进入压室4内；合模后，在压射冲头下压时，金属液沿着通道6经喷嘴7填充压铸模8，冷却凝固成形，压射冲头回升。然后开模取件，完成一个压铸循环。其特点如下：图1.3 热室压铸机压铸过程示意图1金属液 2坩埚3压射冲头4压室5进口 6通道 7喷嘴 8压铸模1） 操作程序简单，不需要单独供料，压铸工件能自行进行。2） 金属液由压室直接进入型腔，浇注系统消耗的金属液少，金属液的温度波动范围小。3） 金属液从液面下进入压室，杂质不易带入。4） 压铸比压较低，压室和压射冲头长期浸入金属液中，易受浸蚀，缩短使用寿命，并且可能会增加合金中的含铁量。5） 常用铅、锡、锌等低熔点合金压铸，因坩埚可密封，便于通入保护气体保护合金液面，对防止镁合金氧化、燃烧有利。（2） 冷压式压铸机1. 卧式压铸机压室中心线垂直于模具分型面，呈水平布置。压室与模具的相对位置及其压铸过程如图1.4所示。合模后金属液浇入压室2，压射冲头1向前推进，将金属液经浇道7压入型腔6；开型时，余料8借助压射冲头前伸的动作离开压室，同压铸件一起取出，完成一个压铸循环。为了使金属液在浇入压室后不会自动流入型腔，应在模具内装设专门机构或把内浇道安放在压室的上部。冷室压铸的压室工作条件比热室好，同时可以采用大压力的卧式压射缸，适合大中型压铸机，许多全自动的压铸机应用于实际生产中，不仅大大提高了生产效率，而且使卧式冷室压铸机的应用也更加广泛。由于压铸用模具钢材料性能的提高，使卧式冷室压铸机不仅普遍应用于压铸铝合金、镁合金和铜合金，而且也可用于压铸高熔点的黑色金属。卧式冷室压铸机的特点如下:图1.4 卧式压铸机过程示意图 a) 合模 b)压铸 c)开模1压射冲头 2压室 3金属液 4定模 5动模 6型腔 7浇道 8余料1）金属液进入型腔转折少，压铸损耗小，有利于发挥增压机构的作用。2）卧式压铸机一般设有偏心和中心两个浇铸位置，或在偏心与中心间可任意调节，供设计模具时选用。3）便于操作、维修方便，容易实现自动化。4）金属液在压室内与空气接触面积大，压射速度选择不当，容易卷入空气和氧化物夹渣。5）设置中心浇道时模具结构较复杂。2. 立式压铸机立式压铸机压室的中心线平行与模具的分型面，称为垂直侧压室。压室与模具的相对位置及其压铸过程如图1.5所示。合模后，浇入压室2中的金属液3被已封住喷嘴孔6的反料冲头8托住，当压射冲头向下压到金属液面时，反料冲头开始下降，打开喷嘴6，金属液被压入型腔7。凝固后，压射冲头1退后，反聊冲头上升，却断余料9并将其顶出压室。余料取走后，反料冲头再降到原位，然后开模取出压铸件，完成一个压铸循环。立式冷压室压铸机由于增加了反料机构，因而机构复杂，操作也比卧式冷压室压铸机困难，所以应用越来越多。立式冷压室压铸机的最大特点就是在压铸前反料冲头堵住了喷嘴，能够压射具有中心浇道的零件。而有些零件只能用中心浇道压铸，因而立式冷压室压铸机还有一定的应用。立式冷压室压铸机特点如下： 图1.5 立式压铸机压射过程示意图a) 合模 b)压铸 c)开模1压射冲头 2压室 3金属液 4定模 5动模 6喷嘴 7型腔8反料冲9余料1）金属液注入直立的压室中，有利于防止杂质进入型腔。2）适宜于需要设置中心浇道的铸件。3）压射机构直立，占地面积小。4）金属液进入型腔时经过转折，消耗部分压射压力。5）余料未切断前不能开模，影响压铸机的生产率。6）增加一套切断余料机构，使压铸机结构复杂化，维修不便。3. 全立式压铸机合模机构和压射机构垂直布置的压铸机称为全立式合模压铸机，简称全立式压铸机。其压射系统在下部，而开合模系统则处于上部。浇注的方式有两种：一种是在模具未合模前将金属液浇入垂直压室中，其压铸过程如图1.6所示。金属液2浇入压室3后合模，压射冲头1上升将金属液压入型腔6中。冷却凝固后开型推出铸件，完成一个压铸循环。另一种方法是将保温炉放在压室的下侧，其间有一根升液管连接。通过加压于保温炉上面或通过型腔内抽真空将金属液压入或吸入压室，然后压射冲头上升先封住升液管与压室连接口，再将压室内的金属液压入型腔进行压铸，冷却凝固后开模推出铸件。全立式压铸机的压射过程是金属液由下向上填充，比较平稳；压铸模浇道也可以开得大一些，不需要很高的压射比压；放置嵌件方便；占地面积少。全立式压铸机的特点如下： 图1.6 全立式压铸机压射过程示意图a) 合模 b) 压铸 c) 开模1压射冲头 2金属液 3压室4定模 5动模 6型腔 7余料1）模具水平放置，放置嵌件方便，广泛用于压铸电机转子类及带硅钢片的零件。2）带入型腔的空气较少，生产的铸件气孔显著地较普通压铸机少。3）金属液的热量集中在靠近浇道的压室内，热量损失少。4）金属液进入型腔时转折少，流程短，减少压力的损耗。1.7压铸机的基本机构压铸机主要由开合模机构、压射机构、动力系统和控制系统等组成。1.7.1 合模机构开合模及锁模机构统称合模机构，是带动压铸模的动模部分进行模具分开或合拢的机构。由于压射填充时的压力作用，合拢后的动模仍有被账开的趋势，故这一机构好要起锁紧模具的作用。推动动模移动合拢并锁紧模具的力称为锁模力，在压铸机标准中称之为合型力。合模机构必须准确可靠地动作，以保证安全生产，并确保压铸件尺寸公差要求。压铸机和模机构主要有如下两种形式：（1）液压和模机构其动力是由合模缸中的压力油产生的，压力油的压力推动合模活塞带动动模安装板及动模进行合模，并起锁紧作用。液压和模机构的优点是：结构简单，操作方便；在安装不同厚度的压铸模时，不用调整合模液压缸的位置，从而省去了移动合模液压缸座用的机械调整装置；在生产过程中，在液压不变的情况下锁模力（和型力）可以保持不变。但是，这种和模机构具有通常液压系统所具有的一般缺点：首先是合模的刚性和可靠性不够，压射时账型力稍大于锁模力时压力油就会被压缩，动模会立即发生退让，使金属液从分型面喷出，既降低了压铸件的尺寸精度，又极不安全；其次是对大型压铸机而言，合模液压缸直径和液压泵较大，生产率较低；第三是开合模速度较慢，并且液压密封元件容易磨损。这种机构一般用在小型压铸机上。液压合模机构如图1.7所示。图1.7 全液压合模机构简图1外缸 2动模固定板 3增压器口 4内缸5合模座缸 6充填阀塞 7充填阀 8充填油箱（C1开模腔 C2内合模腔 C3外合模腔）该机构由合模缸5、内缸、外缸和动模固定板2组成。合模缸座、内缸、外缸组成开模腔C1、内合模腔C2和外合模腔C3。当向内合模腔C2通人高压油时，内缸4向后运动，带动外缸1与动模固定板2向右移动，产生合模动作。随着外缸1的移动，外合模腔C3内产生负压，充填阀塞6被吸开，充填油箱中的常压油进入外缸1。动模合拢后，增压装置通过增压器口3对外合模缸中的常压油突然增压，使在压射金属液时，合模力增大，压铸模锁紧不致胀开。（2）机械合模机构机械合模机构可分为曲肘和模机构、各种形式的偏心机构、斜楔式机构等。目前国产压铸机大都采用曲肘和模机构，如图3-6所示。此机构是由三块座板组成，并用四根导柱将它串联起来，中间是动模座板，由合模缸的活塞通过曲肘机构来带动。动作过程原理如下：当压力油进入合模缸1时，推动合模活塞2带动连杆3，使三角形铰链4绕支点摆动，通过力臂6将力传给动模安装板，产生合模动作。为了适应不同厚度的压铸模，用齿轮齿条7使动模安装板与动模作水平移动，进行调整，然后用螺母5固定。要求压铸模闭合时，a、b、c三点恰好能成一直线，亦称为“死点”，即利用这个“死点”进行锁模。曲肘和模机构的优点是：图 曲肘合模机构示意图1液压合模缸 2合模活塞 3连杆 4三角形铰链5螺帽 6力臂 7齿轮链条1）可将合模缸的推力放大，因此与液压合模机构相比，其合模缸直径可大大减少，同时压力油的耗量也显著减少。2）机构运动性能良好，在曲肘离死点越近时，动模移动速度越低，两半模可缓慢闭合。同样在刚开模时，动模移动速度也比较低，便于型芯的抽芯和开模。3）合模机构开合速度快，合模时刚度大而且可靠，控制系统简单，使用维修方便。但是这种合模机构存在如下缺点：不同厚度的模具要调整行程比较困难；曲肘机构在使用过程中，由于受热膨胀的影响，合模框架的预应力是变化的。这样，容易引起压铸机拉杆过载；肘杆精度要求高，使用时其铰链内会出现高的表面压力，有时因油膜破坏，产生强烈的摩擦。综上所述，曲肘合模机构是较好的，特别适用于中型和大型压铸机，现代压铸机已为弥补调整行程困难的缺点而增加了驱动装置，通过齿轮自动调节拉杆螺母，从而达到自动调整行程的目的。1.7.2 压射机构压铸机的压射机构是将金属液推送进模具型腔，填充成形为压铸件的机构。不同型号的压铸机有不同的压射机构，但主要组成部分都包括压室、压射冲头、压射杆、压射缸及增压器等。它的结构特征决定了压铸过程中的压射速度、压射比压、压射时间等主要参数，直接影响金属液填充形态及在型腔中的运动特性，因而也影响了铸件的质量。具有优良性能的压射机构的压铸机是获得优质压铸件的可靠保证。压射系统发展的总趋势，在于获得快的压射速度、压铸终止阶段的高压力和低的压力峰。现代压铸机的压射机构的主要特点是三级压射，也就是低速排除压室中的气体和高速填充型腔的两级速度，以及不间断地给金属液施以稳定高压的一级增压。卧式冷压室压铸机多采用三级压射的形式。图1.8为J1113型压铸机的压射机构，是三级压射机构的一种形式。其三级压射过程如下：图1.8 三级压射机构示意图1压射冲头 2压射活塞 3通油器4调整螺杆 5增压活塞 6单向阀 7进油孔 8活塞 C1压射腔 C2回程腔 C3尾腔 C4背压腔 C5后腔 UU型腔1. 慢速开始压射时，压力油从右孔7进入后腔C5，推开单向阀6，经过U形腔，通过油路3的中间小孔，推开压射活塞2，即为第一级压射。这一级压射活塞的行程为压射冲头刚好越过压室浇道口，其速度可通过调节螺杆4作补充调节。2. 快速当压射冲头越过浇料口的同时，压射活塞尾端圆柱部分便脱出通油器，而使压力油得以从通油器蜂窝状进入压铸腔C1，压力油迅速增多，压射速度猛然增快，即为第二次压射。3. 增压当填充即将终了时，金属液正在凝固，压射冲头前进的阻力增大，这个阻力反过来作用到压射腔C1和U形腔内，使腔内的油压增高足以闭合单向阀，从而使来自进油孔7的压力油无法进入C1和U形腔形成的封闭腔，是而只在后腔C5作用在增压活塞5上，增压活塞便处于平衡状态，从而对封闭腔内的油压进行增压，压射活塞也就获得增压的效果。增压的大小，是通过调节背压腔C4的压力来得到的。压射活塞的回程是在压力油进入回程腔C2的同时，另一路压力油进入尾腔C3推动回程活塞8，顶开单向阀6，U形腔和C1腔便接通回路，压射活塞产生回程动作。第二章 1600kN卧式冷室压铸机的主要参数及其结构2.1 压铸机外形及其技术参数如下图和表格可得1600 kN卧式冷室压铸机外形及其技术参数如图2.1和表2.1所示。J11系列YYC50-160T图2.1表2.1冷室压铸机参数表项目 单位YYC160T锁模力 KN1600锁模行程 MM350模具厚度（最小-最大） KN200-510模板尺寸（水平垂直） MM672720导柱内距 MM465465导柱直径 MM80压射力（增压） MM228射料行程 MM340冲头直径 MM405060射料量（铝）Kg(A)0.81.31.8铸造压力（增压） MPA18111681最大投影面积 (40Mpa) CM2400压射位置 MM0,-80冲头推出距离 MM120压式法兰直径 MM110压式法兰凸出定板高度 MM10顶出力 KN110顶出行程 MM85系统工作压力 BAR140电机功率KW15油箱容量 L450机械重量 TON6.8机身尺寸(LWH)MM5200125024002.2 机器结构组成、工作程序及工作过程2.2.1机座 机座系钢板焊接成的箱形结构，左端内部兼作邮箱，油箱作成封油式。滤油器安装在油箱里面，冷却器安装在油箱外面。2.2.2 合模机构（1）合模结构系由曲肘扩大机构组成，销轴用氮化钢制成，有极高的表面硬度。动模板下面没有导轨支撑。（2）不同厚度的压铸模可利用合模动作进行模板间距离调节，为了便于某种模具的安装，可抽卸上部一根拉杆。（3）在动模板后面没有顶出油缸，用以顶出铸件。2.2.3压射机构（1）压射结构为压射和增压分控式三级压射系统，即二级压射速度，一级增压的三级压射系统能更好地满足压铸工艺的要求。（2）压射慢行程通过可调限位行程开关达到预选慢行程长短距离。（3）压射活塞头可用水进行冷却。（4）定模板上设有中心和140毫米无级调节压射位置，下偏心的调节是通过压降缸的升降而达到。（5）压射支架的侧面设有液压储能器，储存高压液用以使压射动作进行时瞬间释放出大量高压液而达到高速压射，与此同时，压射活塞前腔通过液压操纵单向阀的打开，而进行瞬间大量回油。（6）压射增压力的大小通过装增压缸上的减压阀调节达到，为使增压力稳定，可惜助增压缸上的皮囊式蓄能器调节。（7）压室用优质模具钢制造，通过热处理，有较高的硬度，比较耐磨。2.2.4液压系统（1）机器液压系统中的液压元件均系采用标准化液压元件。（2）储能器用氮气瓶系标准坯件。（3）液压用油泵系高压双联叶片泵，高压泵工作压力为12MP。由溢流阀定压，低压泵工作压力为2.53MP，由卸荷阀控制。（4）由液压原理图可见，油泵输出的工作液，在驱动机器各动作油缸、活塞，同时对活塞式蓄能器冲液，机器快压力油由蓄能器供给。2.2.5电气系统在电气系统使用可编程序控制器PCSR21来实现机器的自动和手动工作，可靠性高，控制精度高，主电机采用星三角起动，降低起动电流。在主油泵电机起动之前，电气系统让卸荷阀一直带电处于卸荷状态，当主电机起动后4秒钟，卸荷阀断电系统开始升压，在不按任何按钮的情况下系统在20秒之后卸荷（手动位置），按任何动作按钮，系统重新升压。A：机器的控制系统分以下几个方面说明：本电器系统设有五个可调参数。1. 合模润滑比润滑是自动实现，润滑泵的运转频率由合模润滑比确定，例如：将此拨盘拨在15，则每开合模15次，润滑泵转一次，6秒后停止，注意：不能把此拨盘拨为00。2. 冷却时间此拨盘是用于改变自动时在压射以后，经多长时间开模，延时范围为099秒，例如拨盘拨在15，则压射后15秒开始开模。3. 顶出延时此拨盘的目的是为了模开后对工件的进一步冷却，提高了工作效率，开模后的冷却速度比在和模时快得多，延时范围为099秒，例如拨在4，则开模至底后4秒时才开始顶出。4. 顶出延时此拨盘的目的是为了让操作者能在顶出的状态下将工件取下，顶出至位后， 不立即顶回，等拨盘上的时间之才开始顶回，延时范围09秒，例如拨盘拨至6，则在顶出到底后经过6秒方才顶回。5. 延时增压次拨盘是表示在快压射开始后多少时间，增压电磁阀开始动作，两位拨盘范围为0990 ms，调节精度为10 ms，例如拨在05，则在快压射开始后经过50ms延时，增压电磁阀带电，以这样高的调节精度，可以使得液压系统建压时间能够调到20ms以内。这五个参数是在机器运转的任何情况下都可以设置，设置的方法如下：A：在将各个参数拨盘预定的值后，按下参数设置按钮12秒，然后松开即可。B：本电气系统在电气箱上有两个按钮，开档调大和开档调小。按动其中一个按钮，则合模缸移动，以调整动模板和静模板之间的距离。C：本电气系统在电气箱上设有一个三位置按钮，前芯0后芯，当旋钮放在前芯位置，则表示电气系统工作在有合模前芯状态下，放在中位，则是无芯状态，放在后芯，则表示电气系统工作在有合模后芯的状态下。三种状态下的自动程序如下：a：放在前芯位置插芯合模压射快压射增压开模抽芯顶出顶回、压回。b: 放在中间位置合模压射快压射增压开模顶出顶回、压回。c: 放在后芯位置和模插芯压射快压射增压抽芯开模顶回、压回。D：在系统中设有快压射，有无旋钮，放在无时在压射后无快压射和增压，放在有时才有次动作。E：在系统在设有SA快跟跟踪慢按钮，当放在慢上时，自动情况下，即使快压射放在有上，在开模时，快压射和慢压射都断电，而放在快上时，自动情况下开模时，快压射不断电。F：不论任何工作程序，在为工序间设有连锁设置，避免了发生错误动作。G：为了不使电动机和油泵压力过载，液压系统中设有压力继电器，当压力超过14MP时，电动机停止运转，电气箱和操作盒上设有两个停止按钮，停止机器工作。H：在自动工作程序时，当允许循环灯亮时，（即机器中各油缸都在原位），按双手和模，机器即按预选的程序运转，当允许浇注灯亮时，浇入合金，然后按一下压射按钮即可，以后的工作由机器自动完成一个循环后，允许循环灯重新亮。等待下一次合模开始第二次工作。第三章 压射部件设计3.1 压射油缸的设计1.液压缸的分类液压缸有单作用液压缸、双作用液压缸、组合液压缸、单叶片摆动液压缸、双作用摆动液压缸等。2.液压缸的主要参数液压缸的主要参数有：压力、流量、活塞的运动速度、液压缸活塞往复运动的速度比、行程时间、活塞的理论推力和拉力、活塞的最大允许行程、液压缸的功和功率、液压缸的总效率、活塞作用力等。3.缸筒的设计1）缸筒结构常用缸筒结构有八大类（1）法兰连接优点：结构简单；易加工，易装卸。缺点：质量比螺纹连接的大，但比拉杆连接的小；外径较大。（2）外螺纹连接和内螺纹连接优点：重量较轻；外径较小。缺点：端部结构复杂；装卸是要用专门的工具；拧端部时，有可能把密封圈拧扭。（3）外半环连接优点：质量比拉杆连接的轻。缺点：缸体外径要加工；半环槽削弱了缸体，相应的要加厚缸体壁厚。（4）内半径连接优点：结构紧凑，质量轻。缺点：安装时，端部进入缸体较深，密封圈有可能被进油口孔边缘擦伤。（5）拉杆连接优点：缸体最容易加工；最易装卸；结构通用性大。缺点：重量较重，外形尺寸较大。（6）焊接优点：结构简单，尺寸小。缺点：缸体有可能变形。（7）钢丝连接优点：结构简单，重量轻，尺寸小。2）材料的选择（1）一般要求有足够的强度和冲击韧性，对焊接的缸筒还要求有良好的焊接性能。根据液压缸的参数、用途和毛坯的的来源等可选用以下材料：25、35、45等；25CrMo、35CrMo、38CrMoAl等；ZG200400、ZG230450、1Cr18Ni9、ZL105、5A03、5A06等；ZcuAL10Fe3Mn2等。（2）缸筒毛坯：普通采用退火的冷拔或无缝钢管，国内市场是已有内孔经研磨或内孔精加工的钢管，只需按要求的长度切割无缝钢管，材料有20、35、45、27SiMn。（3）对于工作温度低于50的液压缸筒，必须用35、45号钢，且要调质处理。（4）与端盖焊接的缸筒，使用35号钢，机械预加工后调质。不与其它零件焊接的缸筒使用45号钢。（5）较厚壁的毛坯仍用铸件或锻件，或用厚钢板卷成筒形，焊接后退火，焊缝需要X光射线或磁力探伤检查。本设计的液压缸采用45号钢。3）对缸筒的要求（1）有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不致产生永久变形。（2）有足够的刚度，能长期承受活塞侧向力和安装的反作用力而不致产生弯曲。（3）内表面与活塞密封件及导向环的摩擦力作用力下，能长期工作而磨损少，尺寸公差等级和形位公差等级足以保证活塞密封件的密封性。（4）需要焊接的缸筒还要求有良好的可焊接性，以便在焊上法兰或管接头后不致于产生裂纹或过大的变形。总之，缸筒是液压缸的主要零件，它与缸盖底油口等零件构成密封的容腔，用以容纳压力油液，同时它还是活塞的运动“轨道”。设计液压缸缸筒时，应该正确各部分的尺寸，保证液压缸有足够的输出力、运动速度和有效行程，同时还必须具有一定的强度，能足以承受液压力、负载力和意外的冲击力；缸筒的内表面应具有合适的配合公差等级、表面粗糙度和形位公差等级，以保证液压缸的密封性、运动平稳性。4）缸筒尺寸设计（1）缸筒计算已知压射力F=88KN则液压系统的作用力为： F=N（3-1）液压缸的机械效率，一般取0.900.95式（3-1）引自8所以，液压缸的理论作用力为：F= =92.63kN已知管路的工作压力P=12MPa, 缸筒在压射时无杆腔工作，退回时有杆腔工作，故只需计算无杆腔即可满足要求，有缸筒内径公式：D=10-3（3-2）式（3-2）引自4P17-265所以缸筒内径为：D=10-3=10-3=99.16 mm由4表17-6-2的液压缸内径系列（GB/T2348-1993），取缸筒内径D为100mm。（2）缸筒壁厚的计算缸筒厚度为：=0+C1+C2 m（3-3）式（3-3）引自9式（11.3-13）P11-128式中：0缸筒材料强度要求的最小值，m； C1缸筒外径公差，m；C2腐蚀余量，m； a）当0.08时，可有薄壁缸筒计算公式： 0m（3-4）式（3-4）引自9式（11.314）P11-128其中Pmax缸筒内最高工作压力当工作压力Pn16MPa时，Pmax=1.25Pn因为系统工作压力Pn=12MPa0.08，故不可用薄壁公式。b)当=0.080.3时，有计算实用公式：0m（3-5）式（3-5）引自9式（11.3-15）P11-128所以， 0=7.94mmc)当00.3时，按厚壁筒公式计算，有实用公式：若材料为塑性材料时有实用公式： 0m（3-6）式（3-6）引自9式（11.3-16）P11-128若为脆性材料时，有实用公式： 0 m（3-7）式（3-7）引自9式（11.3-16）P11-128因为缸体材料为45号钢，是塑性材料，故选用式（3-6）进行计算。所以，0=17.16mm因同时符合 b和c，则可取 =30mm。（3）缸筒壁厚的验算：a)为避免发生塑性变形，额定工作压力应满足： Pn（0.350.42）Ppl MPa（3-8）式（3-8）引自9式（11.3-18）P11-129Ppl缸筒发生完全塑性变形的压力，MPaPpl=2.3slg MPa（3-9）式（3-9）引自9式（11.3-19）P11-129s缸筒材料屈服强度，s=360 MPaD1缸筒外径，m所以， Ppl=2.3s lg=2.3360lg=169.01 MPa Pn（0.350.42）Ppl =（0.350.42）169.01=59.15 MPa70.98 MPa因为Pn=12MPa59.15 MPa，所以满足要求。b)缸筒径向变形量D不超过密封圈允许范围0.3mm。D = m（3-10）式（3-10）引自4，式中：Pr缸筒耐压试验应力，Pr1.5 Pn=18 MPa；E缸筒材料弹性模数，45号钢E=206108Pa；缸筒材料伯松比，对钢材=0.3；所以， D = = =0.23 mm 0.3mmc)额定工作压力Pn应低于一定极限值，以保证工作安全：Pn MPa（3-11）式（3-11）引自4所以， Pn = =76.78 MPa因为Pn=12 MPa76.78 MPa，所以满足要求。d)最后，还应验算缸筒的爆破压力PE：PE=2.3 MPa（3-12）式（3-12）引自9，式（11.3-21）P11-129所以， PE=2.3=2.3=169.01 MPaPE远大于缸筒耐压试验应力Pr，故满足要求。5）缸体制造加工技术要求（1）缸筒内径D采用H7或H8级配合，表面粗糙度Ra的值一般为0.160.32um，都需要进行研磨。（2）热处理：调质，硬度HB241285。（3）缸筒内径D的圆度、锥度、圆柱度不大于内径公差的一半。（4）缸筒直线度公差在500mm长度上不大于0.03mm。（5）缸筒端面T对内径的垂直度在直径100 mm是不大于0.04mm。此外，还有通往油口、排气阀孔的内孔口必须倒角，不允许有飞边、以免划伤密封件。为便于装配和不损坏密封件，缸筒内孔口应倒角。需要在缸筒上焊接法兰、油口、排气阀座时，都必须在半精加工以前进行，以免精加工后焊接而引起内变形。如欲防止腐蚀生锈和提高使用寿命，在缸筒内表面可以进行镀铬，再进行研磨或抛光，在缸筒外表面涂耐油油漆。4. 活塞的设计由于活塞在液体压力的作用下沿缸筒往复滑动，因此它与缸筒的配合应适合，既不能过紧，也不能间隙过大。配合过紧不仅使最底起动压力增大，降低机械效率，而且容易损坏缸筒和活塞的滑动配合表面；间隙过大，会引起液压缸内部泄漏，降低容积效率，使液压缸达不到要求的设计性能。液压力的大小与活塞的有效工作面积有关，活塞直径应与缸筒内径一致。所以设计活塞时的主要任务是确定活塞的结构型式。（1）根据密封装置型式来选活塞结构型式（密封装置则按工作条件选定）。通常分为整体式活塞和组合式活塞两类。整体活塞在活塞圆周上是开沟槽，安装密封圈，结构简单的。但是给活塞的加工带来了困难，密封圈安装时也容易拉伤和扭曲。组合式活塞结构多样，主要受密封形式决定。组合式活塞大多数可以多次拆装，密封件使用寿命长。随着耐磨的导向环大量使用，多数密封圈与导向环联合使用，大大降低了活塞的加工成本。（2）活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆连接有多种型式，所有型式均需要有锁紧措施，以防止工作时由于往复运动而松开。同时在活塞与活塞杆之间设置静密封。（3）活塞的密封密封形式与活塞的结构有关，可根据液压缸的不同作用和不同工作压力来选择。（4）活塞的材料无导向环活塞：用高强度铸铁HT200300或球墨铸铁。有导向环活塞：用优质碳素钢，如20号、35号、45号钢，有的在外径套尼龙（PA）或聚四氟乙烯PTFE+玻璃纤维和聚三氟氯乙烯材料制成的支撑环。装配式活塞外环可用锡青铜。（5）活塞尺寸及加工公差活塞宽度一般为活塞外径的0.61倍，但也要根据密封件型式、数量和安装导向环的沟槽尺寸而定。有时，可以结合中隔圈的布置确定活塞宽度。活塞外径的配合一般采用f9，外径对内径的同轴度公差不大于0.02mm，断面与轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，外表面的圆度和圆柱度一般不大于外径公差之半，表面粗糙度视结构型式不同而各异。本设计采用整体式活塞，用O型密封圈加活塞环密封，活塞材料选用HT200，活塞的宽度为：B=0.8100=80mm5.活塞杆的设计活塞杆的材料选择：一般用中碳钢（如45号钢），调质处理；但对只承受推力的单作用活塞杆和柱塞，则不必进行调质处理。对活塞杆通常要求淬火，淬火深度一般为0.51mm，或活塞杆直径每毫米淬深0.03mm。活塞杆要在导向套中滑动，一般采用H8/h7或H8/f7。太紧了，摩擦力大，太松了，容易引起卡滞现象和单边磨损。其圆度和圆柱度公差大于直径之半。安装活塞的轴颈与外圆的同轴度公差不大于0.01mm，是为了保证活塞杆外圆与活塞外圆的同轴度，以避免活塞与缸筒、活塞杆与导向套的卡滞现象。安装活塞的轴肩端面与活塞杆轴线的垂直度公差不大于0.04mm/100mm，以保证活塞安装不产生歪斜。活塞杆的外圆粗糙度Ra值一般为0.10.3um。太光滑了，表面形成不了油膜，反面不利于润滑。为了提高耐磨性和防锈性，活塞杆表面需要进行镀铬处理，镀层厚度为0.030.05mm，并进行抛光或磨削加工。对于工作条件恶劣、碰撞机会较多的情况，工作表面需先经高频淬火后再镀铬。用于低载荷（如低速度、低工作压力）和良好环境条件时，可不做表面处理。活塞杆内端的卡环槽、螺纹和缓冲塞也要保证与轴线的同心，特别是缓冲柱塞，最好与活塞杆做成一体。卡环槽取动配合公差，螺纹则取较紧的配合。本设计活塞材料选用45号钢，调质处理。（1）活塞杆的主要参数计算活塞杆是液压传递力的重要零件，它承受拉力、压力、弯曲力和振动冲击等多种作用力，所以，必须有足够的强度和刚度。双作用缸单边活塞杆液压缸，其活塞杆直径d可由下式计算：d=Dm（3-13）式（3-13）引自4P17-272初选=1.60d=D= 100=61.24mm考虑到活塞杆与压射缸用卡环联接并圆整，根据4表17-6-2的液压杆直径系列（GB/T2348-1993），取活塞杆的直径d=63mm。则速比为：=1.66（2）活塞杆强度校核a）活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力和拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： MPa（3-14）式（3-14）引自4P17-173材料的许用应力，=400MPaF活塞杆的作用力。所以，= =29.73 MPa400 MPa=故活塞杆在稳定工况下安全。b）活塞杆一般都设有螺纹、退刀槽等结构，这些部位往往是活塞的危险截面，也要进行校核，则危险截面处的合成应力应满足：1.8 MP（3-15）式（3-15）引自4表17-6-16，P17-273F2活塞杆的拉力；d 2危险截面直径，d 2=40mm。当压射缸返回时活塞杆受拉，此时有：F2= N（3-16）式（3-16）引自7液压缸的机械效率，通常=0.90.95，在这里取=0.95；d活塞杆直径；Pmax缸筒最高工作压力，Pmax=18MPa。则有F2= =80.96KN所以， 1.8=1.8=50.60MPa10d=1063=630 mm所以，需验算活塞杆的弯曲强度。如果活塞杆所受作用力完全作用在轴线上，有计算实用公式： （3-17）式（3-17）引自4表17-6-16 P17-273 式中：活塞杆弯曲失稳临界压缩力； 安全系数，通常取3.56； 液压缸安装及导向系数，=0.5； 实际弹性模数； 材料组织缺陷系数，钢材；一般取； 活塞杆截面不均匀系数，一般取； 材料的弹性模量，钢材=2.10105 MPa 活塞杆的横截面惯性矩； 活塞杆材料屈服极限。其中：=1.80 MPa m4所以， = =6.551012 N KN=92.63 KN故此活塞杆安全。6. 活塞杆的导向套、密封和防尘活塞杆的导向套安装在液压缸的有杆侧端盖内，用以对活塞进行导向，内装有密封装置以保证缸筒有杆腔的密封。外侧装有防尘圈，以防止活塞杆在后退时把杂质、灰尘及水分带到密封装置处，损坏密封装置。当导向套采用非耐磨材料时，其内侧还可装设导向环，用作活塞杆的导向。（1）导向套的结构导向套的典型结构型式有轴套式和端盖式两种。本设计采用端盖式导向套。（2）材料的选择导向套一般采用摩擦系数小，耐磨性好的青铜材料制作，非金属导向套可以用塑料（PA）、聚四氟乙烯（PTFE+玻璃纤维）或聚三氟氯乙烯材料制作。端盖式直接导向型的导向套材料用灰铸铁、球墨铸铁、氧化铸铁等。本设计选用ZQSn6-6-3。（3）导向套的导向长度的计算导向长度过短，将使缸内配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须得保证有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足：m（3-18）式引自4表17-6-19 P17-275式中：最小导向长度； 最大工作行程。 mm取导向套的长度=70 mm。7. 排气阀如果排气阀设置不当或者没有设置，压力油进入液压缸后，缸内仍会有空气。由于空气具有压缩性和滞后扩张性，会造成液压缸和整个液压系统在工作中的颠振和爬行，影响液压缸的正常工作。例如：液压导轨磨床在加工过程中，如果工作台进给液压缸存在空气，就会引起工作台进给时的颠振和爬行，这不仅会影响被加工表面的粗糙度和行位公差等级，而且会损坏砂轮和磨头等机构。如果这种现象发生在炼钢转炉的倾倒装置液压缸中，那将引起钢水的动荡泼出，这是十分危险的。为了避免这种现象的发生，除了防止空气进入液压系统外，必须在液压缸上安设排气阀，因为液压缸是液压系统的最后执行元件，会直接反应出残留空气的危害。排气阀的位置要合理，水平安装的液压缸，其位置应设在缸体两腔端部的上方；垂直安装的液压缸，应设在端盖的上方，均应与压力腔相通，以便安装后调试前排除液压缸内的空气。由于空气比油轻，总是向上浮动，不会让空气有积存的残留死角。本设计采用整体式排气阀：阀体与阀针合为一体，用螺纹与缸筒或缸盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面间隙中挤出，并经斜孔排出缸外。这种排气阀简单、方便，但是螺纹与锥面密封处同心度要求较高。否则拧紧排气阀后不能密封，会造成外泄漏。阀的材料选用34号或45号碳素钢，锥部热处理硬度为3844HRC。3.2增压缸的设计1.缸筒的设计（1）材料的选用本增压缸材料选用ZG270-500。有基本参数：MPa，MPa。（2）缸筒计算：初选增压比为k=1.5，则增压缸筒直径为： m（3-19）式（3-19）引自10 P73所以， =122.47mm根据4P17-257表17-6-2液压缸内径系列（GB/T2348-1993）选取mm。所以增压比为： （3）缸筒壁厚 a )当0.08时，有薄壁缸筒计算公式：0mPmax=1. 5Pn=1.512=18MPa = =100MPa所以， 0=11.25 mm则=0.09，故此公式不适用。b)当=0.080.3时，有计算实用公式： 0 =12.78 mm取=25mm。（4）缸筒壁厚的验算a ) 为避免发生塑性变形，额定工作压力应满足： Pn（0.350.42）Ppl MPaPpl缸筒发生完全塑性变形的压力，MPaPpl=2.3slg MPa式中：s缸筒材料屈服强度，s=270 MPaD1缸筒外径，m所以， Ppl=2.3s lg=2.3270lg=90.75 MPa Pn（0.350.42）Ppl =（0.350.42）90.75=31.76MPa38.11MPa因为Pn=12MPa31.76MPa，所以满足要求。b)缸筒径向变形量D不超过密封圈允许范围0.3mm。D = m式中：Pr缸筒耐压试验应力； E缸筒材料弹性模数，E=210108Pa；缸筒材料伯松比，对钢材=0.3；所以， D = = =0.28 mm 0.3 mmc )额定工作压力Pn应低于一定极限值，以保证工作安全： Pn = =46.29 MPa因为Pn=12 MPa46.29MPa，所以满足要求。d)最后，还应验算缸筒的爆破压力PE： PE=2.3=2.3=90.75 MPaPE远大于缸筒耐压试验应力Pr，故满足要求。2.增压缸活塞和活塞杆由于增压活塞的行程较短，所以活塞和活塞杆做成一体，材料选用40Gr，用O型密封圈加活塞环密封。（1）活塞基本参数计算活塞宽度：B=0.71D=0.71125=88.75mm活塞杆直径可由往复运动速比来确定，初选=1.45 =69.64 mm圆整并根据4表17-6-2的液压杆直径系列（GB/T2348-1993），取活塞杆直径mm。则速比为： =1.46（2）活塞杆强度校核a）活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力和拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： MPa式中：材料的许用应力，=137MPaF活塞杆的作用力，N。所以，= =24.08 MPa故活塞杆在稳定工况下安全。b）活塞杆一般都设有螺纹、退刀槽等结构，这些部位往往是活塞的危险截面，也要进行校核，则危险截面处的合成应力应满足：1.8 MP式中：F2活塞杆的拉力；d 2危险截面直径，d 2=64mm。所以， 1.8=1.8=35.58MPa所以活塞杆安全。3.3管道尺寸计算1.管道内径计算已知管内允许流速V=5m/s，压射速度Vy=1.25 m/s，则有管道内径计算实用公式：m（3-20）式（3-20）引自8P14式中：Q通过管道内的流量； V管内允许流速。所以，=mm圆整取 mm。2. 管道的壁厚计算： （3-21）式（3-21）引自8P14式中：p管道内的最高工作压力； d管道内径； 管道材料的许用应力； =MPa所以， =mm3.4下偏心调整液压缸的设计1.缸筒设计本升降液压缸材料选用ZG270-500。（1）缸筒内径计算已知下偏心的调节是通过升降缸的升降而达到的，所以升降缸必须有足够的输出力来调节下偏心。现已知要调整机构的力为45KN，所以缸筒内径为： mm由4表17-6-2的液压缸内径系列（GB/T2348-1993），取缸筒内径mm。（2）缸筒壁厚的计算缸筒厚度为： m当=0.080.3时，有计算实用公式：0 =8.69 mm取=25mm。（3）缸筒壁厚的验算：a ) 为避免发生塑性变形，额定工作压力应满足： Pn（0.350.42）Ppl MPa Ppl=2.3s lg=2.3270lg=124.77 MPa所以， Pn（0.350.42）Ppl =（0.350.42）124.77=43.67MPa52.40MPa因为Pn=12MPa43.67MPa，所以满足要求。b）缸筒径向变形量D不超过密封圈允许范围0.3mm。D = m式中：Pr缸筒耐压试验应力；Pr1. 5Pn=18 MPa E缸筒材料弹性模数，E=210108Pa；缸筒材料伯松比，对钢材=0.3；所以， D = = =0.19 mm 0.3 mmc）额定工作压力Pn应低于一定极限值，以保证工作安全： Pn MPa所以，Pn = =57.04 MPa因为Pn=12 MPa57.04MPa，所以满足要求。d）最后，还应验算缸筒的爆破压力PE： PE =2.3 MPa所以，PE =2.3=2.3=124.77 MPaPE远大于缸筒耐压试验应力Pr，故满足要求。2.活塞活塞材料选用45号钢，用O型密封圈密封。活塞宽度：B=0.6385=55mm。3.活塞杆由于升降缸的活塞杆不仅要输出推力，而且又起管道的作用，所以活塞杆的直径较大、壁厚较薄，考虑到活塞杆与活塞的配合和活塞杆的强度，因而活塞杆和活塞做成一体，材料也采用45号钢。如果活塞杆长度小于或等于10倍的缸径D，不能确定速比时，可按下式计算： m（3-22）式（3-22）引自4表17-6-16 P17-272。式中：F1液压缸的推力；材料的许用应力，=MPa；活塞杆空心直径。所以， =54.57 mm对直径进行圆整，取mm。活塞杆强度校核计算活塞杆在稳定工况下，如果只受轴向推力或拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算： MPa式中：材料的许用应力，=137MPaF活塞杆的作用力，N。所以，= =11.70 MPa=120 MPa故活塞杆在稳定工况下安全。4.导向套的设计升降缸活塞杆的导向套的材料采用ZQSn6-6-3。导向长度过短，将使缸内配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压缸的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证有一定的最小导向长度，一般缸的最小导向长度应满足：m式中：最小导向长度； 最大工作行程；D缸筒内径。 所以， mm取导向套的长度=54 mm。3.5压室强度校核已知：作用在压室压射头上的力F=88KN； 压射直径D=； 压射外径D1= mm；则压室内的压强（金属比压）可由下式计算： （3-23）式（3-23）引自11式（9）P175式中：F压室头的压射力； A压室内横截面积。所以， MPa又因压室纵截面上的应力 （3-24）式（3-24引自12式（7.2）P213式中：P压室强度； D压室内径； t压室壁厚。所以，=53.39 MPa 根据材料力学第一强度理论： （3-25）式（3-25）引自12 式（7.27）P243式中：材料的许用抗拉应力，3Cr2W3V的=850 MPa。因为=，故=53.39 MPa=850 MPa，所以压室的强度满足要求，其内径为70mm，外径为100 mm。3.6压射全行程L的确定已知压射直径=70mm，要求铸件最大重量4kg（锌合金），锌合金的密度kg/m3,所以，压射全行程： （3-26）式中：M压室内所容纳的锌合金的质量； A压室内径截面积。质量M包括：铸件的质量m1；喷管内锌合金的质量m2；接嘴内锌合金的质量m3；即：M= m1 +m2 +m3已知：铸件的质量m1=3 kg；喷管内锌合金的质量m2=6.5=0.76 kg；接嘴内锌合金的质量m3=6.5=0.10 kg；故M= m1 +m2 +m3=3+0.76+0.10=3.86 kg。所以， =154.4mm考虑到接嘴、喷管和压室内有残留金属液等，为满足铸件对金属液的需求，取L=230 mm3.7铸件的最大投影面积已知作用在压室压射头上的推力为F=88KN，故压室内的压强为： MPa设铸件的最大投影面积为Amax为防止动型板被金属液强大的压射力冲开，故PAmax小于或等于0.9倍的压铸机最大合型力。因为压铸机的最大合型力为=1600KN，所以， Amax=629.4cm2所以，压铸件的最大投影面积是629.4cm2。第四章 液压系统设计4.1设计要求1.主机用途及规格本机主要用于锌合金的压铸成型。锌合金压铸件的最大重量为3kg。2.要求主机完成的工艺过程机器由电气系统控制，由液压系统完成所需的动作。合型缸运动进行合型，为了使较小的合型缸产生很大的合型推力，采用了曲柄连杆扩力机构。当合型到位后，插入型芯，此后一定量的金属液浇入压射室中，然后压射缸动作进行压射，为了减少空气的卷入，压射开始阶段用较低的速度，当金属液完全充满压射室及横浇道时，立即高速压射以得到表面清晰的铸件。为了得到致密的铸件，在金属液完全充满型腔的瞬间，增压缸立即作用，使金属液马上处于高压下进行凝固，此种高压一直保持到规定的冷却时间。这时进行开型动作，压射头同时跟出（如果开型前要先抽出型芯，则抽芯缸动作，抽芯才能开型），开型到位后，顶出缸推动顶出板将铸件由压铸型腔中顶出。压射活塞回程，顶出缸返回，开始准备下一次工作循环。为了保证铸件质量，蓄能器的压力必须达到规定值后，才允许进行压射动作。另外，根据零件的结构可采用多种插芯和抽芯程序，即可插芯后合型或先合型后插芯，而抽芯与开型的顺序与插芯合型相反，机器的电气系统已备好程序选择。3.系统设计技术参数如表4.1所示。表4.1 精密压铸机设计技术参数：合型力 1600 kN压射力 88kN 压室直径 70mm压射全行程待设计（230mm）顶出力 100kN顶出行程 80mm动型板行程 350mm铸件最大投影面积 待设计（546cm2）铸件最大重量（锌合金）3kg模具厚度 200550mm拉杠内间距 420420mm空循环周期 约7s偏心浇口距离 60mm管路工作压力12MPa电机功率 15 kW（冷室1600 kN）外型尺寸 约470011002100mm3机器总重量 约5500kg4.2系统方案选择液压系统的方案选择如表4.2所示。表4.2液压系统的方案选择机构名 称常用方案优点缺点采用方案和模机构复合增速缸1.整机机构紧凑，构件少2.无需动量闭合量调节机构1.复合缸结构复杂，加工结构困难度大2.要设计冲压阀：泵的流量大，液压系统复杂活塞缸连杆机构1.在行程的近末端将液压缸的出力放大，液压缸的缸径可以很小2.空行程速度高，生产效率高3.泵的流量小，液压系统简单1.连杆构件多，尺寸链多2.需要动梁闭量调节机构，结构复杂压射机构复合增速缸同复合增压缸同复合增压缸活塞缸最简单不能得到高质量的压铸件升降机构活塞缸最简单装于压射座下方装卸方便顶出机构机械打料装置简单定出力不能控制有刚性冲击活塞缸能够自动防止过载机构稍为复杂4.3液压系统原理泵电动机启动时，卸荷用电磁换向阀12的电磁铁1YA通电，电磁换向阀12处于左位工作，（带阻尼插件）插装阀6（左）开启时，高压泵（左）卸荷。此时溢流阀10的调整压力几乎为零，所以插装阀6（右）也开启，低压泵处于卸荷状态。当泵电动机达到正常转速后，电磁铁1YA断电，双泵同时向管路充压，当管路压力达到3MPa时，插装阀7（下）关闭，溢流阀10打开，低压泵通过插装阀6（右）、溢流阀10卸荷。当管路压力超过12MPa时，插装阀7（上）关闭，溢流阀11打开，高压泵通过插装阀6（左）卸荷。如果系统压力过高，保险压力继电器会在管路压力达到14MPa时，自动切断泵电动机的电源，机器停止运转，同时管路卸荷。本机器的合型液压系统采用了插装阀。电磁换向阀16（左）的电磁铁2YA通电，电磁换向阀16（左）位工作，（可调节流插件）插装阀14（左）打开，压力油进合型缸的无杆腔，进行合型。合型缸的有杆腔中的油则经过插装阀15（右）流回油箱，直至合型完成。同理，电磁铁2YA断电，3YA通电即可完成开型动作。合型部分的液压系统除完成开、合型动作外，还控制机器插芯、抽芯、铸件顶出及顶出缸返回等动作。这些都是由各自的电磁换向阀来实现的。电磁换向阀18的电磁铁4YA通电时，实现铸件顶出 ；同理，电磁铁5YA通电，电磁铁4YA断电实现顶出缸返回动作。电磁换向阀20的电磁铁6YA通电时，实现插芯动作；同理，电磁铁7YA通电，电磁铁6YA断电时，实现抽芯动作。单向阀19可防止压射时可能发生的型芯后退的危险。压射部分的液压系统要能满足瞬间大流量供油和快速增压，同时应将液压冲击值规定在一定的范围内。电磁换向阀22控制慢压射及压射回程动作。当电磁铁8YA通电时，电磁换向阀22左位工作，高压泵来的油经单向阀23，高压油进入压射缸右腔进行慢压射。压射活塞慢速移动到一定的位置时，行程开关使先导阀24的电磁铁9YA通电，控制液控单向阀打开，蓄能器38的压力油和高压泵来的油合流进入压射缸右腔，实现快压射。压铸工艺要求在型腔被金属液充满的瞬间，即压射活塞快压射一旦停止，必须立即增压，以保证得到高质量的压铸件。为此目的，当压射管路压力升高到一定值时，电磁铁10YA通电，电磁换向阀29的右位工作，控制液控单向阀打开，增压蓄能器33中的压力值可借助于充液减压阀37和增压蓄能器33中充氮气经并联的气动溢流阀来进行调节。另外，在压射缸回油管路中有液控单向阀27（左），当9YA通电时，单向阀25开启，实现快压射，压射管路中的压力油使液控单向阀27（右）开启，压射有杆腔中的油可直接经单向阀的大口径油管回油，而不经过慢压射阀22，从而大大降低了压射缸回油的背压，从而实现快速排油，提高了压射速度。当11YA通电后，电磁换先阀22右位工作，来自泵的高压油可经过单向阀23、电磁换向阀22到压射缸的有杆腔，使其活塞退回。手动换向阀21主要是用来控制升降缸来调节定模板的偏心，当手动换向阀右位工作时，可使升降缸上升；同理，当手动换向阀左位工作时，可使升降缸下降。4.4液压泵的选择1.确定液压泵的最大工作压力Pp （4-1）式（4-1）引自8P12式中：P1液压缸或液压马达最大工作压力 从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失。管路简单、流速不大的，取=（0.20.5）MPa；管路复杂，进口有调速时，取=（0.51.5）MPa。本设计取=0.5MPa。所以液压泵的工作压力为： =12+0.5 =12.5MPa2.计算液压缸最大需用流量 L/min （4-2）式（4-2）引自4 表17-222 P17-42式中：V液压缸活塞杆外伸速度；A液压缸有效作用面积。所以，（1）合模缸闭合 V=0.18 m/s A= =122.08 L/min（2）压射缸压射 V=0.125m/s A= =93.47 L/min（3）合模缸闭合 V=0.11m/s A= =51.8L/min3.确
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