压铸件结构设计综合规范.doc

压铸件结构设计压铸件结构设计是压铸工作第一步。设计合理性和工艺适应性将会影响到后续工作顺利进行，如分型面选择、内浇口开设、推出机构部署、模具结构及制造难易、合金凝固收缩规律、铸件精度确保、缺点种类等，全部会以压铸件本身工艺性优劣为前提。1、压铸件零件设计注意事项、压铸件设计包含四个方面内容：a、即压力铸造对零件形状结构要求；b、压铸件工艺性能；c、压铸件尺寸精度及表面要求；d、压铸件分型面确实定；压铸件零件设计是压铸生产技术中关键部分，设计时必需考虑以下问题：模具分型面选择、浇口开设、顶杆位置选择、铸件收缩、铸件尺寸精度确保、铸件内部缺点防范、铸孔相关要求、收缩变形相关要求和加工余量大小等方面；、压铸件设计标准是：a、正确选择压铸件材料；b、合理确定压铸件尺寸精度；c、尽可能使壁厚分布均匀；d、各转角处增加工艺园角，避免尖角。、压铸件分类按使用要求可分为两大类，一类承受较大载荷零件或有较高相对运动速度零件，检验项目有尺寸、表面质量、化学成份、力学性能（抗拉强度、伸长率、硬度）；另一类为其它零件，检验项目有尺寸、表面质量及化学成份。在设计压铸件时，还应该注意零件应满足压铸工艺要求。压铸工艺性从分型面位置、顶面推杆位置、铸孔相关要求、收缩变形相关要求和加工余量大小等方面考虑。合理确定压铸面分型面，不仅能简化压铸型结构，还能确保铸件质量。、压铸件结构工艺性：1)尽可能消除铸件内部侧凹，使模具结构简单。2)尽可能使铸件壁厚均匀，可利用筋降低壁厚，降低铸件气孔、缩孔、变形等缺点。3)尽可能消除铸件上深孔、深腔。因为细小型芯易弯曲、折断，深腔处充填和排气不良。4)设计铸件要便于脱模、抽芯。5）肉厚均一性是必需。6）避免尖角。7）注意拔模角度。8）注意产品之公差标注。9）太厚太薄皆不宜。10）避免死角倒角(能少则少)。11）考虑后加工难易度。12）尽可能降低产品内空洞。13）避免有半岛式局部太弱形状。14）太长成形孔，或太长成形柱皆不宜。2、压铸件零件设计、压铸件形状结构a、消除内部侧凹；b、避免或降低抽芯部位；c、避免型芯交叉；合理压铸件结构不仅能简化压铸型结构，降低制造成本，同时也改善铸件质量。、壁厚压铸件壁厚对铸件质量有很大影响。以铝合金为例，薄壁比厚壁含有更高强度和良好致密性。所以，在确保铸件有足够强度和刚性条件下，应尽可能降低其壁厚，并保持壁厚均匀一致。铸件壁太薄时，使金属熔接不好，影响铸件强度，同时给成型带来困难；壁厚过大或严重不均匀则易产生缩瘪及裂纹。伴随壁厚增加，铸件内部气孔、缩松等缺点也随之增多，一样降低铸件强度。压铸件壁厚通常以2.54mm为宜，壁厚超出6mm零件不宜采取压铸。推荐采取最小壁厚和正常壁厚见表1。表1 压铸件最小壁厚和正常壁厚壁厚处面积ab（cm2） 锌合金铝合金镁合金铜合金壁 厚 h （mm）最小正常最小正常最小正常最小正常25 0.51.50.82.00.82.00.81.525100 1.01.81.22.51.22.51.52.0100500 1.52.21.83.01.83.02.02.5500 2.02.52.54.02.54.02.53.0最大壁厚和最小壁厚之比不要大于3：1（应设计壁厚均匀，确保足够强度和刚度前提）。压铸件壁厚度（通常称壁厚）是压铸工艺中一个含有特殊意义原因，壁厚和整个工艺规范有着亲密关系，如填充时间计算、内浇口速度选择、凝固时间计算、模具温度梯度分析、压力（最终比压）作用、留模时间长短、铸件顶出温度高低及操作效率；a、零件壁厚偏厚会使压铸件力学性能显著下降，薄壁铸件致密性好，相对提升了铸件强度及耐压性；b、铸件壁厚不能太薄，太薄会造成铝液填充不良，成型困难，使铝合金熔接不好，铸件表面易产生冷隔等缺点，并给压铸工艺带来困难；压铸件随壁厚增加，其内部气孔、缩孔等缺点增加，故在确保铸件有足够强度和刚度前提下，应尽可能减小铸件壁厚并保持截面厚薄均匀一致，为了避免缩松等缺点，对铸件厚壁处应减厚（减料），增加筋；对于大面积平板类厚壁铸件,设置筋以降低铸件壁厚。1)压铸件壁厚和性能相关。2)压铸件壁厚影响金属液填充型腔状态，最终影响铸件表面质量。3)压铸件壁厚影响金属料消耗及成本。在设计压铸件时，往往为确保强度和刚度可靠性，认为壁越厚性能越好；实际上对于压铸件来说，伴随壁厚增加，力学性能显著下降。原因是在压铸过程中，当金属液以高压、高速状态进入型腔，和型腔表面接触后很快冷却凝固。受到激冷压铸件表面形成一层细晶粒组织。这层致密细晶粒组织厚度约为0.3m左右，所以薄壁压铸件含有更高机械性能。相反，厚壁压铸件中心层晶粒较大，易产生内部缩孔、气孔，外表面凹陷等缺点，使压铸件机械性能伴随壁厚增加而降低。伴随壁厚增加，金属料消耗多，成本也增加。但假如单从结构性计算出最小壁厚，而忽略了铸件复杂程度时，也会造成液态金属充填型腔状态不理想，产生缺点。在满足产品使用功效要求前提下，综合考虑各后工序过程影响，以最低金属消耗取得良好成型性和工艺性，以采取正常、均匀壁厚为佳。、铸造圆角压铸件各部分相交应有圆角（分型面处除外），使金属填充时流动平稳，气体轻易排出，并可避免因锐角而产生裂纹。对于需要进行电镀和涂饰压铸件，圆角能够均匀镀层，预防尖角处涂料堆积。压铸件圆角半径R通常不宜小于1mm，最小圆角半径为0.5 mm，见表2。铸造圆角半径计算见表3。 表2 压铸件最小圆角半径（mm）压铸合金圆角半径R压铸合金圆角半径R锌合金0.5铝、镁合金1.0铝锡合金0.5铜合金1.5表3 铸造圆角半径计算（mm）相连接两壁厚度图例圆角半径相等壁厚rmin=Khrmax=KhR=rh 不等壁厚r（hh1）/3R= r（hh1）/2说明：、对锌合金铸件，K=1/4；对铝、镁、合金铸件，K=1/2。 、计算后最小圆角应符合表2要求。压铸件上通常壁和壁连接，不管直角、锐角或钝角、盲孔和凹槽根部，全部应设计成圆角，只有当估计确定为分型面部位上，才不采取圆角连接，其它部位通常必需为圆角，圆角不宜过大或过小，过小压铸件易产生裂纹，过大易产生疏松缩孔，压铸件圆角通常取：1/2壁厚R壁厚。圆角作用是有利于金属流动，降低涡流或湍流；避免零件上因有圆角存在而产生应力集中而造成开裂；当零件要进行电镀或涂覆时，圆角可取得均匀镀层，预防尖角处沉积；能够延长压铸模使用寿命，不致因模具型腔尖角存在而造成崩角或开裂。圆角可使金属液流动顺畅，改善充型持性，气体轻易排出。同时，避免尖角产生应力集中而造成裂纹缺点。尤其是压铸件需要电镀处理时，圆角对于确保其良好电镀效果是十分必需。、拔模斜度设计压铸件时，就应在结构上留有结构斜度，无结构斜度时，在需要之处，必需有脱模工艺斜度。斜度方向，必需和铸件脱模方向一致。推荐脱模斜度见表4。表4 脱模斜度合金配合面最小脱模斜度非配合面最小脱模斜度外表面内表面外表面内表面锌合金 010015 015045铝、镁合金0150300301铜合金 0300451130说明：、由此斜度而引发铸件尺寸偏差，不计入尺寸公差值内。 、表中数值仅适用型腔深度或型芯高度50mm，表面粗糙度在Ra0.1，大端和小端尺寸单面差最小值为0.03mm。当深度或高度50mm，或表面粗糙度超出Ra0.1时，则脱模斜度可合适增加。斜度作用是降低铸件和模具型腔摩擦，轻易取出铸件；确保铸件表面不拉伤；延长压铸模使用寿命，铝合金压铸件通常最小铸造斜度以下：铝合金压铸件最小铸造斜度外表面内表面型芯孔（单边）11302为了顺利脱模，降低推出力、抽芯力，降低模具损耗，在设计压铸件时，应在结构上有尽可能大斜度。从而降低压铸件和模具摩擦，轻易取出铸件，也使铸件表面不被拉伤，确保表面光洁。、加强筋加强筋设置能够增加零件强度和刚性，同时改善了压铸工艺性。但须注意： 分布要均匀对称； 和铸件连接根部要有圆角； 避免多筋交叉； 筋宽不应超出其相连壁厚度。当壁厚小于 1.5mm时，不宜采取加强筋； 加强筋脱模斜度应大于铸件内腔所许可铸造斜度。通常采取加强筋尺寸按表5选择：壁厚t3t3t1t1=0.6ttt2t2=0.75tt（0.40.7）t高度hh5t（0.61）t最小圆角rr0.5mm最小圆角RR0.5tt（t压铸件壁厚，最大不超出68mm）大于或等于2.5，会降低抗拉强度，易产生气孔，缩孔。设计标准：1、受力大，减小壁厚，改善强度。 2、对称部署，壁厚均匀，避免缩孔气孔。 3、和料流方向一致，避免乱流。 4、避免在肋上设置任何零部件。筋作用是壁厚改薄后，用以提升零件强度和刚性，预防降低铸件收缩变形，和避免工件从模具内顶出时发生变形，填充时用以作用辅助回路（金属流动通路），压铸件筋厚度应小于所在壁厚度，通常取该处厚度2/33/4。压铸件倾向采取均匀薄壁，为了提升其强度和刚性，预防变形，不应单纯用增加壁厚方法，而应采取合适薄壁加强筋达此目标。加强筋应对称部署，厚度均匀，避免新金属堆聚。为降低脱模时阻力，加强筋应有铸造斜度。、压铸孔和孔到边缘最小距离1）铸孔压铸件孔径和孔深，对要求不高孔能够直接压出，按表5。 表5 最小孔径和最大孔深孔径合金类别 最小孔径 d（mm）最大孔深（mm）孔最小斜度通常技术上可能盲孔通孔d5d5d5d5锌合金1.50.86d4d12d8d00.3%铝合金2.52.04d3d8d6d0.5 % 1%镁合金2.01.55d4d10d8d00.3%铜合金4.02.53d2d5d3d2 % 4%说明：、表内深度系指固定型芯而言，,对于活动单个型芯其深度还能够合适增加。 、对于较大孔径，精度要求不高时，孔深度亦可超出上述范围。铸件孔应尽可能铸出，这不仅可使壁厚均匀，降低热节，节省金属，而且可节省机加工工时。压铸件可压铸出孔最小尺寸和深度，受到形成孔型芯在型腔中分布位置制约。细型芯在抽出时易弯曲或折断，所以孔最小尺寸和深度受到一定限制。其深度应带有一定斜度，方便于抽芯。对于压铸件自攻螺钉用底孔，推荐采取底孔直径见表6。表6 自攻螺钉用底孔直径（mm）螺纹规格dM2.5M3M3.5M4M5M6M8d22.30 2.402.75 2.853.18 3.303.63 3.754.70 4.855.58 5.707.457.60d32.20 2.302.60 2.703.08 3.203.48 3.604.38 4.505.38 5.507.157.30d44.25.05.86.78.31013.3旋入深度tt1.5d铸件较为常见自攻螺钉规格为M4和M5，其采取底孔直径以下表：d2d3tM43.84 0-0.13.59+0.1 010M54.84 0-0.14.54+0.1 0202) 铸孔到边缘最小距离为了确保铸件有良好成型条件,铸孔到铸件边缘应保持一定壁厚，见图2。b(1/41/3)t当t4.5时，b1.5mm3) 长方形孔和槽压铸件上长方形孔和槽设计推荐按表7 采取。表7 长方形孔和槽（mm）合金类别铅锡合金锌合金铝合金镁合金铜合金最小宽度b0.80.81.21.01.5最大深度H1012101210厚度h101210128说明：宽度b在含有铸造斜度时，表内值为小端部位值。、文字、标志、图案1)用压铸铸出，应采取凸纹。凸纹高度大于0.3m，以适应模具制造特点。2)采取现在开始流行新技术：“转移彩膜”，可将彩色文字、标志、图案彩膜转印到压铸件表面。3)压铸出铸件后，用激光在铸件表面打出文字、标志、图案，能够打出很细微文字。例:平行纹（直纹）高0.7MM间距1MM角度60.5。外径34.5mm 共104牙。、收缩率收缩率通常称为缩水。它是指合金由液态凝固为固态，并冷却至室温时尺寸缩小百分数，可用下式表示：K=(L模-L件)/L件式中：L模为模腔尺寸，L件为铸件尺寸。收缩率大小和压铸件结构特点、壁厚、合金化学成份和工艺原因等相关。锌合金线收缩率通常为：自由收缩时取0.60.8，受阻收缩时取0.30.6。表5为有型芯锌合金压铸件不一样壁厚时线收缩率参考值。、螺纹1)外螺纹能够铸出，因为铸件或模具结构需要，采取两半分型螺纹型环时，需留有0.20.3mm加工余量。可铸出最小螺距为0.75mm，最小螺纹外径6mm，最大螺纹长为螺距8倍。2)内螺纹即使能够铸出，但要经过使用机械装置转动压铸模中型芯，使模具结构更复杂，而增加成本。所以通常先铸出底孔，再由机械加工成内螺纹。合金最小螺距（P)最小螺纹外径最大螺纹长度锌0.75外内外内6108P5P铝110206P4P、齿轮齿轮能够铸出，锌合金压铸齿轮最小模数m为0.3。对要求高齿轮齿面应留有0.20.3mm加工余量。、表皮铸态零件其外表面有致密激冷表皮层比铸件其它部分有较高力学性能。所以设计者应避免机械加工去掉铸件表皮致密层，尤其是对要求耐磨铸件。、嵌件压铸件内采取嵌件目标： 改善和提升铸件上局部工艺性能，如强度、硬度、耐磨性等； 铸件一些部分过于复杂，如孔深、内侧凹等无法脱出型芯而采取嵌件； 能够将多个部件铸成一体。设计带嵌件压铸件注意事项：嵌件和压铸件连接必需牢靠，要求在嵌件上开槽、凸起、滚花等；嵌件必需避免有尖角，以利安放并预防铸件应力集中；必需考虑嵌件在模具上定位稳固性，满足模具内配合要求；外包嵌件金属层不应小于1.52mm；铸件上嵌件数量不宜太多；铸件和嵌件之间如有严重电化腐蚀作用，则嵌件表面需要镀层保护；有嵌件铸件应避免热处理，以免因两种金属相变而引发体积改变，使嵌件松动。当设计要求将不一样材料零件组合成一个部件时，可采取插入件压铸，先把嵌件装放到压铸模型腔内，然后在嵌件周围压铸成形锌合金部件。、功效组合在进行产品设计中，降低成本最有效方法是将多个零件组合成一个压铸件。图4是一个设计典范，原设计部件由一个钢冲压件和两个带螺纹机加工钢件组成。新设计是一个压铸件。、压铸件加工余量压铸件因为尺寸精度或形位公差达不到产品图纸要求时，应首先考虑采取精整加工方法，如校正、拉光、挤压、整形等。必需采取机加工时应考虑选择较小加工余量，并尽可能以不受分型面及活动成型影响表面为毛坯基准面。推荐采取机加工余量及其偏差值见表8。铰孔余量见表9。表8 推荐机加工余量及其偏差（mm）基础尺寸 100 100250 250 400 400 630 630 1000每面余量 0.5+0.4-0.10.75+0.5-0.21.0+0.5-0.31.5+0.6-0.42.0+1-0.4表9 推荐铰孔加工余量（mm）公称孔径D6610 10 1818 3030 5050 60铰孔余量0.050.10.150.20.250.3机加工余量通常取0.30.5mm。3、压铸件公差等级和精度通常压铸件精度为IT11级；高精度压铸件为ITl3级。压铸件公差等级CT：46(见表8)。精密压铸件尺寸分类由产品图要求合理性，压铸技术确保可能性，实现批量生产经济性这三方面考虑，从压铸毛坯到成品零件全过程来择定各个尺寸公差。通常认为，精密压铸件也应该对同一个铸件上多种尺寸，根据压铸达成各个尺寸公差数值等级不一样而区分为3种类型，即通常尺寸、严格尺寸和高精度尺寸(见图5)。4、镁-铝-锌合金压铸成本和性能对比压铸类型合金材料价格/吨浮动对比合金比重压铸件成本对比单位毛坯件重量单位毛坯件材料成本表面处理单位成本气体保护成本压铸耗材成本单位压铸件成本价(不含表面处理成本)镁合金压铸1.41.7万1.8100g1.41.7元增加1040%0.060.1元/模次0.10.2元/模次1.562.00元/个铝合金压铸1.82.5万2.68148.9g2.683.72元装饰件同上结构件无无低于镁合金2.683.72元/个锌合金压铸2.83.8万7.1394.4g11.0414.99元装饰件同上结构件无无低于镁合金11.0414.99元/个备注: 铝、锌合金结构件能够不作表面处理，但装饰件表面处理成本和镁合金一样。SF6气体价格：8000元/瓶（50公升），二十四小时开机可用六个月；氮气：2232元/瓶，可用12小时。物理性能数值比较材料名称比重g/融点导热系数W/mk抗拉强度Mpa屈服板限Mpa延伸率抗拉强度和比重之比杨氏模量GPa镁合金（压铸成形）AZ911.8259672280160815445AM601.79615622701401515145铝合金（压铸成形）3802.70595100315160311771钢铁碳素钢7.861520425174002266200塑料APS1.0390(Tg)0.235*40342.1PC1.23160(Tg)0.2104*3856.7