压铸模设计说明书.docx

湘潭大学
毕业设计说明书

题 目： 压铸件模具设计

学 院： 机械工程学院
专 业：材料成型及控制工程
学 号：
姓 名：
指导教师：

完成日期： 2015.3.16

目录
一.设计前准备工作 1
1.压铸工艺分析： 1
2.零件初步分析 1
3.初步确定设计方案： 1
二.压铸件工艺分析 2
1.压铸合金工艺分析： 2
2.压铸件工艺分析： 2
3.分型面的选择： 2
三.浇注系统和排溢系统的设计 3
1.浇注系统的设计： 3
2.溢流排气系统的设计： 3
四.压铸机的选择 4
1.压铸机的种类和特点 4
2.选定压射比压 5
3.确定型腔数目及布置形式 6
4.确定模具分型面上铸件的总投影面积 6
5.计算锁模力： 6
五.压铸模的结构设计 7
1. 成型零件设计 7
2. 结构零件设计 10
3、各零件采用材料要求 15
4、螺钉选用 16
六、压铸模的整体结构 16
1、压铸模的技术要求 16
2、压铸模外形和安装部位的技术要求 17
七、校核模具与压铸机的有关尺寸 18
1、锁模力的校核 18
2、铸件最大投影面积校核 18
3、压室容量校核 18
4、模具厚度的校核 18
5、开模行程的校核 18
八、参考文献： 19

一.设计前准备工作
1.压铸工艺分析：
压力铸造是将液态或半液态的金属，在高压作用下，以高的速度填充压铸模的型腔，并在压力作用下快速凝固而获得铸件的一种方法。高压力和高速度是压铸时熔融合金充填成型过程的两大特点，也是压铸与其它铸造方法最根本的区别所在。压铸件尺寸精度和表面粗糙度较好，铸件轮廓清晰，有致密的表层，比内层有更好的机械性能，内部存在气孔和缩孔缺陷。
2.零件初步分析
零件为对称圆筒型零件，截面为工字形，中心开有一小孔。壁厚为5mm，属于薄壁零件。型腔深度约为97.5mm，属于深腔。
零件图如下所示：
图1-1 零件图
3.初步确定设计方案：
1) 压铸合金
此铸件的材料为YZCuZn40Pb：此材料属于铅黄铜合金，具有加工性能较好，成本较低等优点，多用于化工、造船的零件和耐磨的零件。
2) 铸件的精度设计为CT8级，采用压力铸造的方法能达到此精度。
3) 确定压铸工艺及模具制造能力。
4) 确定压铸模结构（包括分型面，型腔数目，浇注系统，成型零件的尺寸设计，结构零件的尺寸设计，以及采用型芯、型腔镶块节约贵重金属）。

二.压铸件工艺分析
1.压铸合金工艺分析：
1) 力学性能高；
2) 良好的耐蚀、耐磨性能，疲劳极限和导热性高，线膨胀系数小；
3) 导电性能好，且具有抗磁性能；
4) 熔点高，模具使用寿命短。
2.压铸件工艺分析：
为了从根本上防止压铸件产生缺陷，并以低成本，连续不断地生产高质量的压铸件，必须使压铸件的结构适合于压铸。
主要对铸件的壁厚、圆角、筋、出型斜度，孔，螺纹、加工余量、文字、标志、图案等进行分析。
本次铸件壁厚均匀适合压铸。铸件的平均壁厚约为5mm,为薄壁压铸件，表面不加工，故无加工余量。铸件本身有斜度且能减少出型时与型壁的摩擦。铸件上无侧孔，不需设计侧抽芯结构。该铸件内部有一个台阶，在模具设计时，拟在定模和动模各设计一个型芯。拟采用推管推出机构。
3.分型面的选择：
1) 考虑到模具起模时，铸件留在动模上；
2) 尽量使模具整体结构简单；
3) 考虑铸件有一定同轴度的要求；
4) 同时注意使模具不至于过高。
所以铸件设计及分型面选择如下：
图2-1 铸件图
如图所示，选择1为分型面。

三.浇注系统和排溢系统的设计
1.浇注系统的设计：
经过对铸件的结构分析，铸件是对称件，对浇注系统的选择可选择侧浇口，在浇注时金属液沿分型面从型腔边缘导入，然后自下而上推向进型腔，有利于金属液的充填和排气。
采用切线浇口，避免金属液正面冲击型芯，提高模具使用寿命。
对浇注系统尺寸的设计：

表3-1 浇注系统尺寸
压铸件及溢流槽体积：
V=206677mm3
内浇口横截面积：
A=0.09V0.7=473mm2
取内浇口厚度：
T=3mm
则内浇口宽度：
L==158mm

2.溢流排气系统的设计：
铸件采用侧浇口切线形式，故采用分型面排气方式，无需另开设排气槽；溢流槽需在试模后确定是否开设，若需要，则开设于金属液充填最后封闭位置，以储存前端冷污金属。
溢流槽尺寸的设计如图所示：
图3-1 溢流槽
浇注系统及溢流排气系统的结构如下图所示：
图3-2 浇注系统及溢流排气系统设计图

四.压铸机的选择
压铸机是压铸生产最基本的要素之一。金属压铸模是通过压铸机的运行而实现压铸成型的。
1.压铸机的种类和特点
压铸机的种类和型号很多。一般说来，根据压铸机压室的温度状态，可分为热压室压铸机和冷压室压铸机。冷压室压铸机又根据其结构形式分为立式压铸机，全立式压铸机和卧式压铸机。
目前，热压室压铸机通常仅适用于压铸铅、锌等低熔点合金，国外正在研究铝、镁等较高熔点合金的压铸技术。
1) 立式冷压室压铸机的特点：
a) 适宜于压射可设置或必须设置中心浇口的压铸件。
b) 金属液注入直立的压室中，操作比较方便，占地面积少。
c) 在操作时，只有在浇注余量切断后，方可开模，生产效率较低。
d) 金属液进入型腔时，经过90°角的转折，压力损失较大。
2) 全立式冷压室压铸机的特点：
a) 压射冲头与直浇道方向相同，金属液进入型腔的流程短，压力损失和热量损失较小。
b) 压射冲头垂直方向运行，运动平稳。
c) 模具水平放置，活动型芯和嵌件安放方便、稳定、可靠。
d) 占地面积少。
e) 压铸件推出后需用手工取出，生产效率较低，不容易实现自动化操作。
3) 卧式冷压室压铸机的特点：
a) 压室与压射冲头均为水平放置，金属液注入型腔时，浇道转折少，其压力损失小，有利于发挥增压机构的作用。
b) 模具安装方便，卧式压铸机一般设有中心和偏心多个浇注位置，或在偏心和中心间设置可任意调节位置的扁孔。
c) 便于操作，便于调整，压铸效率较高，是目前广泛应用的压铸设备。
d) 压室内表面容易氧化。
e) 金属液在压室内暴露在大气的表面积较大，压射时容易将空气、氧化物质及其它杂质带入型腔，引起压铸缺陷。
综合考虑铸件的形状及特点，选用卧式冷压室压铸机。
2.选定压射比压

表4-1 压射比压(增压)推荐值(MPa)
压铸件种类
锌合金
铝合金
镁合金
铜合金
一般件
13~20
30~50
30~50
40~50
承载件
20~30
50~80
50~80
50~80
耐气密性件或大平面薄壁件
25~40
80~120
80~100
60~100
电镀件
20~30

选定压射比压p=70Mpa。
3.确定型腔数目及布置形式
根据铸件图样及产量等要求，确定该模具的型腔数为一模一腔。
4.确定模具分型面上铸件的总投影面积
ΣA=A铸+A浇+A余+A溢=6850mm2 (式4.1)
A铸——铸件在分型面上的投影面积；
A浇——浇道内浇口在分型面上的投影面积；
A余——余料在分型面上的投影面积；
A溢——溢流槽在分型面上的投影面积；因试模前暂时不开设溢流槽，故在计算时忽略。
5.计算锁模力：
锁模力是表示压铸机最基本参数，其作用是克服压铸充填时的胀型力，使模具分型面不致张开，故设计压铸模时，首先确定胀型力的大小来选择压铸机，当压铸机的锁模力大于胀行力，则可认为该压铸机可以使用。
(式4.2)
－压铸机应有的锁模力(N)
－胀型力(N)
－安全系数(一般取1.25)
－主胀型力，与分型面上金属的投影面积有关的胀型力(N)
－由侧面胀型力引起的沿锁模力方向上的分力(N)，本模具不含侧型芯，故 =0
F主=Ap (式4.3)
P－比压(MPa)
A－压铸件、浇口和溢流槽三部分金属在分型面上的总投影面积(mm2)
计算可得，F胀=479.5kN，F锁≥599.375kN;
故初步选定压铸机为J116型卧式冷室压铸机，压铸机主要参数见下表

表4-2 J116型卧式冷室压铸机主要参数
名称
数值
名称
数值
锁模力(吨)
63
压室最大容量(铝)(公斤)
0.6
开模力(吨)
7
铸件最大投影面积(厘米2)
95
压射力(吨)
5~9
工作循环次数(次/小时)
150~180
压射回程力(吨)
2~5
管路工作压力(公斤/厘米2)
100
模板最大间距(毫米)
570
电动机功率(千瓦)
11
合模行程(毫米)
320
贮压罐容积(升)
100
模具尺寸(毫米)
360*450
贮压罐高度(毫米)
2430
压射偏心距(毫米)
60
压铸机外形尺寸(毫米)
3430*1200*1360
压室直径Ф(毫米)
30
40
45
压铸机重量(吨)
3
压射比压(公斤/厘米2)
565~1270

五.压铸模的结构设计
1. 成型零件设计
1) 成型零件结构设计
采用镶拼式结构，优点在于：
a) 采用整体镶块简化加工工艺，提高模具制造质量，易满足成型部位的精度要求；
b) 合理使用热作模具钢，降低成本；
c) 易损件有利于更换和修理；
d) 压铸件的局部结构改变时，不致使整套模具报废；
e) 可按铸件的几何形状在镶块上构成复杂的分型面，而在套板上仍为平直分型面；
2) 成型零件尺寸设计
a) 确定收缩率

表5-1 计算收缩率

由表5-1确定铸件收缩率为：
受阻收缩率：0.6%；混合收缩率：0.8%；自由收缩率：1.0%。
b) 计算模具成型尺寸
(式5.2)
型腔尺寸计算公式：(式5.1)
(式5.3)

(式5.4)
型芯尺寸计算公式：

D′、H′—型腔尺寸或型腔深度尺寸（mm）；
D、H —压铸件外形的最大极限尺寸（mm）；
d′、h′ —型芯尺寸或型芯高度尺寸（mm）；
d、h —压铸件内形的最小极限尺寸（mm）；
φ —压铸件计算收缩率（％）；
△ —压铸件公称尺寸的偏差（mm)；
△′ —成型部分公称尺寸的制造偏差（mm），因为CT8级精度与IT14级精度相似，故取△’＝△/4；
0.7△ —尺寸补偿和磨损系数计算值（mm）；
取受分型面影响的误差补偿值为0.05，受影响时应减去此补偿值。

表5-2 GB/T6414公差CT8级标准表：
基本尺寸（mm）
公差带(mm)
公差(mm)
>
≤

—
10
1
±0.5
10
16
1.1
±0.55
16
25
1.2
±0.6
25
40
1.3
±0.65
40
63
1.4
±0.70
63
100
1.6
±0.80
100
160
1.8
±0.90
160
250
2
±1.0
250
400
2.2
±1.1
400
630
2.6
±1.3

型芯及型腔尺寸的计算结果如下表所示

表5-3 型芯尺寸
单位(mm)
零件的原始尺寸
收缩率
计算尺寸及偏差
制造尺寸及偏差
备注
Ф90
0.6%
Ф91.66-0.40
Ф91.7-0.44-0.04

Ф60
0.6%
Ф61.34-0.350
Ф61.4-0.41-0.06

97.5
1.0%
99.545-0.40
99.6-0.46-0.06
受分型面影响
5
1.0%
5.7-0.250
5.7-0.250
受分型面影响
97.5
1.0%
99.595-0.40
99.6-0.41-0.01

表5-4 型腔的尺寸
单位(mm)
零件的原始尺寸
收缩率
型腔的尺寸
制造尺寸
备注
Ф100
0.6%
Ф99.480+0.4
Ф99.4+0.08+0.48

97.5
1.0%
97.3050+0.4
97.3+0.01+0.41
受分型面影响
102.5
0.8%
102.010+0.45
102+0.01+0.46
受分型面影响

2. 结构零件设计
1) 动、定模套板的设计
(式5.5)
采用圆形结构，因为是通孔型腔，采用公式
计算，其中：
h ——套板边框厚度（cm）
D ——镶块外径（cm）
p ——压射比压（105Pa）
〔σ〕—— 套板材料抗拉强度，材料采用45号钢，〔σ〕取900*105Pa
具体尺寸如下图所示：
图5-1定模套板
图5-2 动模套板
2) 动模支承板的设计
(式5.6)
厚度计算公式：
其中：
h —动模支撑板厚度（cm）；
L —垫块间距（cm）；
B —动模支撑板长度（cm）；
〔σ弯〕 — 材料抗拉强度（105Pa），材料采用45号钢，〔σ弯〕=1000*105Pa；
F —动模支撑板所受总压力（10N）。
具体尺寸如下图所示
图5-3 动模支承板
3) 导向零件设计
a) 导柱设计
(式5.7)
导柱直径d：模具设计为四根导柱时，有经验计算公式
d≥KA
其中：
图5-4 导柱结构图
d —导柱导滑段直径（mm）；
A —模具分型面上的表面积（mm3）;
K —比例系数，0.07～0.09;
算得d≥3.825mm，考虑本模具长度较长，且为三根导柱形式，取d=20mm。
其他尺寸如图所示：
图5-5 导柱
b) 导套设计
导套设计要求：导套内孔直径D 与选用的导柱直径d相同。
图5-6 导套结构图

表5-5 导套设计要求
导套内扩孔直径D1
D1=D+0.5mm
导套外径d1
d1＝D+（6～10）mm
导套台阶外径d2
d2＝d1+（6～8）mm
导滑段长度l2
l2＝kd
比例系数k
1.3～1.7
导套总长度l1
l1＝模板厚度-3～5cm

具体尺寸如下图所示：
图5-7 导套
c) 推板导柱和导套的设计
具体尺寸如图所示：
图5-8 推板导柱
图5-9 推板导套
4) 推出机构设计
由于铸件为圆筒形薄壁零件，且推出力较大，所以采用推管推件。
推管的推出力集中在圆筒的底端，使推出有力、均匀，压铸件不易变形，也没有明显的推出痕迹。
(式5.9)
(式5.8)
(式5.10)
推出距离确定：
由式5.9，计算并取s推=90mm。
a) 推板设计
按推荐尺寸，取推板厚度H=20mm。
具体尺寸如下图所示：
图5-10 推板
b) 推管推出机构设计
组成及形式：
图5-11 推管推出机构
推管与镶块、型芯的配合按H8/F7选用；
推管具体尺寸如下图所示：
图5-12 推管
(5)复位机构设计
采用如图复位机构及限位钉形式：
图5-13 复位机构及限位钉
3、各零件采用材料要求
表5-6 各零件材料要求
模具零件名称
模具材料
热处理硬度HRC
牌号
标准号
成型
零件
型芯、定动模镶块
3C2W8V
GB1299-85
40
推管、浇口套
4Cr5MoSiV1
GB1299-85
-
非成型零件
推板、复位杆等推出与复位零件
T8A
50
导柱、导套等导向零件和导滑零件
T10A
定模套板、动模套板、支承板等支承与固定零件
Q235-A
28~32
定模座板、动模座板、垫块等模架零件
45
回火
推出与复位机构用板
Q235-A
4、螺钉选用
表5-7 螺钉选用型号表
螺钉类型
型号
定模套板螺钉
4*M16*60 GB/T 70.1
动模支承板螺钉
3*M10*65 GB/T 70.1
动模套板螺钉
4*M20*240 GB/T 70.1
动模型芯固定板螺钉
2*M5*16 GB/T 70.1

六、压铸模的整体结构
压铸模由定模和动模两大部分组成。定模固定在压铸机的定模安装板上，随动模固定板移动而与定模合模、开模。合模时，动模与定模闭合形成型腔，金属液通过浇注系统在高压作用下高速充填型腔；开模时，动模与定模分开，推出机构将压铸件从型腔中推出。
1、压铸模的技术要求
1) 模具的外形尺寸350x350x515；
2) 选用的机器型号J116型卧式冷室压铸机；
3) 选用的压室直径为30mm.
4) 压铸机的顶出形式为液压中心顶出；
5) 要求各个活动部位灵活可靠，无卡死现象；
6) 浇注系统试模后修至填充良好，视情况开设溢流槽；
7) 在动、定模的侧面打钢印：产品名称、模具图号、产品图号等。
2、压铸模外形和安装部位的技术要求
1) 各模板的边缘均应倒角245°，安装面应光滑平整，不应有突出的螺钉头、销钉、毛刺和击伤等痕迹；
2) 在模具非工作面上的醒目的地方打上明显的标记，包括以下内容：产品代号、模具编号、制造日期及模具制造厂家名称或代号；
3) 在动模支撑板上分别设有装用四个螺钉孔，并确定起吊时模具平衡；质量较大的零件也应设起吊螺钉以便装拆；
4) 模具安装部位的有关尺寸应符合选用的压铸机对应的尺寸，且装拆方便，压室安装孔径和深度须严格检查；
5) 分型面上除导套孔、斜销孔外，所用模具制造过程中的工艺孔，螺钉孔都应堵塞。
模具结构CAD图如下所示：
图6-1 模具装配简图

七、校核模具与压铸机的有关尺寸
1、锁模力的校核
由式4.2可得：
F锁≈600kN
查表4-2得，J116型卧式冷室压铸机的合模力为630kN，符合设计要求。
2、铸件最大投影面积校核
由式4.1可得：
ΣA=6850mm2=68.5cm2
查表4-2得，压铸机允许的铸件最大投影面积为95cm2，符合设计要求。
3、压室容量校核
(式7.1)
型腔和浇注系统、溢流槽的总体积：
V总=V件+V浇+V余=206677mm3
查表4-2得，压铸机的一次铝金属注入质量M为0.6kg。则压室容量为：
V机=M/≈222222 mm3，符合设计要求。
4、模具厚度的校核
模具厚度 H=515mm。
查表4-2得，J116型卧式冷室压铸机的模具厚度最大为570mm，符合设计要求。
5、开模行程的校核
模具的开模行程应该大于将铸件和浇注系统全部顶出距离的总和5～15mm以上。将铸件和浇注系统顶出所需的距离约为90+20=110mm。
查表4-2得，压铸机的动模座板行程即开模行程为320mm，符合设计要求。
八、参考文献：
[1] 杨裕国. 压铸工艺与模具设计[M]. 北京：机械工业出版社，2000.
[2] 潘宪曾. 压铸模设计手册[M]. 机械工业出版社，2000-2-1.

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