压铸模具结构及设计剖析

压铸模具材料与结构设计

压铸模具材料与结构设计书目

1压铸模具的结构

压铸模具一般的结构如图

1.导柱2.固定外模（母模）3分流子镶套4.分流子5固定内模6

角销7滑块挡片

8滑块9.可动内模10.可动外模（公模）1L模脚12.顶出板13.顶出

销承板M.回位销

15.导套

2.压铸模具结构设计应留意事项

（1）模具应有足够的刚性，在承受压铸机锁模力的状况下不会变形。

（2）模具不宜过于笑重，以便利装卸修理和搬运，并减轻压铸机负荷。

（3）模穴的压力中心应尽可能接近压铸机合模力的中心，以防压铸机受

力不均，造成锁模不密，铸件产生毛边。

（4）模具的外形要考虑到与压铸机的规格的协作：

（a）模具的长度不要与系杆干涉。

（b）模具的总厚度不要太厚或太薄，超出压铸机可夹持的范围。

（c）留意与料管（冷室机）或喷嘴（热室机）之协作。

（d）当运用拉回杆拉回顶出出机构时，留意拉回杆之尺寸与位置之协作。

（5）为便于模具的搬运和装配，在固定模和可动模上方与两侧应钻螺孔,

以便可旋入环首螺栓。

3内模（母模模仁）

（1）内模壁厚

内模壁厚基本上不必计算其强度，起壁厚大小确定于是否可容纳冷却

水管通过，支配溢流井，与是否有足够的深度可攻螺纹，以便将内模固定

于外模。由于冷却水管一般直径约10mm,距离模穴约25mm,因此内模壁

厚至少要50mm。内模壁厚的参考值如下表。

内模最小壁厚参考表

压铸机吨数125以下125-—500500500

内模壁厚50556070

(mm)

(2)内模与外模的协作

内模的高度应当比外模高出0.05-0.1mm,以便模面可的确密合，并使

空气可顺当排出。其与外模的协作精度可用H8配h7,如下图所示。

内模典外模之配合

(3)内模与分流子的协作

分流子的功用是将熔汤由压铸机导至模穴内，因此其高度视固定

模的厚度而定。分流子的底部与内模相接，使流道不会接触外模，如下图,

内模与分流子的协作可用H7配h6。

内镇舆分流子之配合

4外模

（1）固定外模

固定外模一般不计算强度，但设计时要留意留出锁固定压板或模器

的空间。

（2）可动外模

可动外模的底部厚度可用下面的公式计算：

5PabL3

32EBd

其中:

h；外模底部之厚度（mm）

P：铸造压力(kg/cm2)

L：模脚之间距(mm)

a：成品之长度(mm)

b：成品之宽度(mm)

B：外模之宽度(mm)

E：钢的杨氏模数=2.1X106kg/cm2

d：外模在开模方向的最大变形量(mm),一般取dWO.05mm.

例：

某铸件长300mm,宽250mm,铸造压力选定280(kg/cm2),外模之

宽度560(nim)，模脚之间距360(mm),最大变形量取0.05(mm)。所以

P=280(kg/cm2)

L=360(mm)

a=300(mm)

b=250(mm)

B=560(mm)

E=2.1X106kg/cm2

d=0.05(mm)

/L3，X280X300X250X3603

V32X2.1X106X560X0.05

计算得h=138mm

5.模脚

(1)模脚变形量

模脚主要的功能在供应模具之顶出空间，其强度计算公式为

d」=-W-H-

Eab

其中：d:变形量(mm),通常要小于0.05mm.

W:锁模力/2(kg)

H：模脚高度(mm)=顶出距离+顶出板厚度+顶出销承板厚度+前进止动

距离(防止顶出板撞到外模)+后退止动距离(防止顶出板撞到压铸机)

E：钢的杨氏模数=2.1X10,(kg/nu/)

a:模脚长度(mm)

b:模脚宽度(mm)

例：

压铸机锁模力315吨，模脚高度130(mm),模脚长度560(mm),模脚

宽度80(nun)。则

W=315000/2=157500(kg)

H=130(mm)

a=560(mm)

b=60(mm)

此时变形量二(157500X130)/(2.1X10X560X80)=0.021(mm)<

0.05

当模脚的高度H愈大时其变形量愈大。因此高度愈小愈好，只要足够

顶出就行了。对于较大的模具，通常在两只模脚中间会再加上支柱补强。

(2)固定模脚用螺栓

模脚要用螺栓固定于可动外模上，所运用的螺栓大小与数量，可参考下表。

锁模脚螺栓建议值

压铸机螺栓尺寸数压铸机螺栓尺寸

量数量

3500吨M3010650吨Ml68

2500吨M2412350吨Ml66

2250吨M2411250吨M128

1650吨M249200吨M128

1200吨M2013135吨MIO6

1000吨M201190吨MIO6

800吨Ml610

6.导柱与导套

CNSB3370“压铸模用导柱”中规定了导柱的材料形态与尺寸。CNSB3373

“压铸模用导套”则规定了导套的材料形态与尺寸。设计时可干脆选用

标准规格。导柱直径的选择可运用下面的阅历公式；

其中d：导柱直径(nm)

F:模具分模面上的表面积(mm2)

K:比例系数，般为0.07〜0.09。当F>200000时，K取0.07。

F=40000〜200000时,K取0.08.当F<40000时.K取0.09.

用此公式计算出来的值，会与CNSB3369“压铸模用主模板”中各个模具尺

寸所运用的导柱尺寸接近.

导滑段的最小长度为直径的1.5-2倍,一般按高出分模面的型心长度加

上12-20nun.

7.回位销

(1)回位销直径

回位销的功用是当顶出机构顶出铸件后，靠着合模的力气将顶出机构

回复到原位.此外也有导引与支撑顶出板的功能.CNSB3372规定了同位销

的形态与尺寸.回位销直径的选择可参考下表.

小于等150-250-350-500-650-大于

外模宽(mm)

于250350500650800800

150

回位销直径(mm)120

(3)回位销的长度

回位销的长度则可用下面公式计算

回位销的长度心可动外模高度+模脚高度-顶出板厚度-后退止块高度

8.拔模力的计算

抽芯时型芯受力的状况见下图。

P=PiCosa+P2sina

=Alp(ucosa-sina)

其中P：拔模力(kg)

Pl:抽芯阻力(kg)

P2：铸件冷却收缩后对型芯的抱紧力(kg)

A：被铸件抱紧的型芯成形部分断面周长(mm)

L：被铸件抱紧的型芯成形部分之长度(mm)

P:单位面积的抱紧力。对锌合金一般取0.6-0.8kg/mm2,对铝合金一般

取1.0-1.2kg/mm",对铜合金一般取1.2T.6kg/mm2.

口：压铸合金对型芯的摩擦系数，一般取0.2-0.5。

a：型芯成形部分的拔模角。

例:

铝合金压铸件型芯直径40mm,长度60mm,拔模角1°,如下图,

摩则拔模力

p_^X40X60X1.2X(0.25cosl°—sinl°)=2102(kg)

9o顶出销

CNSB3371中规定了顶出销的形态与尺寸，设计时可选用标准的尺寸。顶出

销的直径的选择需考虑两件事：（1）顶出时是否会在铸件表面留下痕迹，

（2）顶出销是否会发生挫曲。

（1）顶出时是否会在铸件表面留下痕迹

容许的顶出销前端最小截面积为：

A=-

n-s

其中A二顶出销前端截面积（川而）

顶出销承受的总推力（kg）

n二顶出销数量

s二铸件的容许应力铜铝合金双5kg/mm2,锌合金取4kg/mm2,

合金取3kg/mm2.

顶出销承受的总推力P相当于铸件的抱紧力，此一力气大小的计算可参考

前述之拔模力计算。

例:

某镁合金铸件所需之总推力为5000(kg),运用10根顶出销则：

P=5000

n=10

s=3

所以顶出销前端截面积A=5000/(10X3)=167(mm2)

故顶出销直径至少为8(mm).

(2)顶出销是否会发生挫曲(buckling)

将顶出销视为一端固定，另一端可滑动的柱，则其稳定性的大小可用下式

来计算：

kEI

其中K：稳定平安倍数,钢取1.5-3。

n：稳定系数，其值取20.19。

E：杨氏模数，钢取2X10"(kg/cn?)

[=7rd4

I:顶出销最小截面积处之惯性矩(cn?),对于圆形截面(d=

顶出销直径)。

P：顶出销承受之实际推力(kg)

L:顶出销之长度(mm)

10.角销

(1)角销斜角的选择

斜角a值一般在10°〜25°间，a值愈小，所须要的开模力愈小，而

可产生较大的拔模力，而角销所受的弯曲力也较小，开模行程长。所以小

a值用于短型芯，而长型芯为了缩短开模距离用较大的a值。

(2)角销直径的估算

角销直径可运用下式估算

角销受力简图

其中d:角销直径(mm)

h：滑块端而至受力点的垂直距离Gm)

P：拔模力(kg)

例：

P=1300(kg),a=18,h=38(mm),贝ljd=26.3(nm),取27(mm).

(4)角销长度

角销长度建议用作图法来确定。（参见下图）

a.取滑块端面斜孔与角销外侧斜面接触外为A点。

b.自A点作与分模面相平行的直线AC,使AC=S（抽芯距离）。

c.自C点任垂直于AC线的BC线，交角销处侧面于B点。

d.AB线段的长度L为角销有效工作段长度，匕一嬴百

e.BC线段长度加上角销导引实部高度I,为角销抽芯结束时所需的

—+1

最小开模距离tana。

作图法求角销长度

H.压铸模具材料

压铸模具材料依运用地方大致可分为三类：

（1）与熔汤接触处之零件：

为此构成模具之主要零部件，因应压铸制程之严苛环境与生产条件，用于

此之材料需具备有：

•良好之切削性

•良好之高温强度高温硬度高温韧性抗叵火稳定性高温耐磨性抗热

疲惫性

•良好淬硬性热处理尺寸安定性

•良好之导热性

•热膨胀系数小

（2）滑动协作零件：

•良好之耐磨性和适当的强度

•适当之淬硬透性和较小之热处理变形率

（3）结构零件

•外模和紧固零件需有足够强度

工具钢种类许多，价格又贵，刚才的选择需考虑运用环境与经济因素。

下表为参考资料所列常用的材料。

预硬钢（FDAC,P20）只运用于量少的低温合金（锌，锡，铝）之压铸。

热作工具钢（SKD61,H13）粗加工需在退火状态下为之，调质（淬火回火）

后再做细加工。放电加工所产生之白层需磨除以避开模具寿命减短。优质

热作工具钢（premiumgradeHl3orSKD61）因其均质性有姣好之寿命。

压铸模具零件常用材料表a,b

NADCA模具手册[2]CNS[6]IBBW料13M4)案者中♦大陞⑴

感篇填具零材料虞理c材料材料材料材料龙理材料以理

谑・芯型

绊合金H13.4476SKD6S35CrMoX38CrMoV5l84072M,HRC3Cr:W,HRC

上2©与KI吩X40CrMo5lFDAC44CrW,Si46-50

S40CrMo4579

TDAC4

铝合金HI34476S37CrMoVi3Cr】W,HRC

48-52

S37CrMoV24Cr,MoSiV

箕合金—

铜合金H2I48-52一—X32CrMoV33HRC

XISCrMolO10540-44

X37CrMoW5l

分流子'分

锌合金HI344〜45可——X38CrMoV51SKD61氨化a理3Cr,WtHRC

流子摄套表面硬化X40CrMoV5lSCrMnMo4478

SCrNiMo

铭、候——

合金

洞号H2I48〜52—一X32CrMoV33——

XISCrCoMolO105

X37CrMoW5l

融算HI3表面硬化SKD6IS37CrMoV|X38CrMoV5ISKD6I氨化《理

S37CrMoV2X40CrMoV51

曲修SAE6I5048〜52-一一

—

茹鞋SAE6I504375一一一—

清境'滑墟憎片SAE6I5046-48—SKD6IHRC46T8AHRC

TI0A50-55

胡•回位^,角SAEI0204870SK3S85CSCM4I5表面海碳

9Mn2V

相表面硬化SK4S95CSAE4115

SK5SI05C

SCM4I5表面澄嫉

厚箱套•回位算套SAEI02058〜60SUJ2SI05CrW

表面硬化S95CrWSAE4II5

府奠SAE413030-34S50CS50C40CrMnMoS86FCD-55—回火

4135S55CS40CrMoC60WSAE4140ArA)

4140SCM435S55Cr

4125SCM440S55CiCrMol

SAEI020:一一一—FCD-55—

SAE1020

雁,眦越SAEI020一——-SAE5I45

SCr445

售耗塾片M258-4058-60—一一—一

注：a.以上皆为节录自各参考资料，所列材料可以相像或更佳之材料替代。

b.-：表参考资料无特殊列明。c.硬度为HRC。d.锌合金量少时可运用预硬

钢。d.永茂工业。e.瑞典Assab公司编号。

压铸模具零件常用材料各国比照表

■JISSAE,AISI(UNS)DIN中阈大陛CNS

S20CK1020CK2220S20C

4125———

SKD6HI1X38CrMoV514Cr5MoSiVS37CrMoVl(TH)

SKD61H13X40CrMoV514Cr5MoSiVlS37CrMoV2(TH)

SKD5H21—3Cr2W8VS30CrWV2(TH)

SK5W108C80W1T8AS85C

SK3WHOC105W1T10A*S105C

-"02(UNS31502)90MnCrV89Mn2V*—

SKS30195WCr4,80WCr89CrWMnS95CrW(TA)

SKS4———S50CrW(TS)

SKS5———S80NiCrl(TC)

SUJ252100100Cr6Cr2SUJ2

S50C1049CK50,C5050S50C

S55C1055CK55,C5555S55C

SCM430413030CrMo430CrMoSCM430

SCM435413534CrMo435CrMoSCM435

SCM440414042CrMo442CrMoSCM440