贵州大学压铸课程设计.docx
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贵州大学压铸课程设计
课程设计
设计题目:
铝合金法兰盘压铸设计
学校:
贵州大学
专业:
材料成型及控制工程
指导老师:
学号:
姓名:
2015年7月
摘要····························································1
序言······························································2
1.压铸模设计概述················································3-4
2.设计任务及要求················································4-5
3.压铸件的工艺性分析············································5-8
4.分型面的选择····················································8
5.压铸机设备的选择和校核·······································9-11
6.浇注系统及排溢系统的设计····································11-15
7.推出机构的设计··············································15-17
8.模具成型零件的设计··········································17-18
9.模架及其零件的设计··········································18-20
10.模具零件的机加工工艺设计······································20-21
心得体会··························································22
参考文献·························································23
摘要
压铸(注意压铸不是压力铸造的简称)是一种金属铸造工艺,其特点是利用模具腔对融化的金属施加高压。
压铸主要有压铸机完成。
压铸多用于汽车制造,机械制造等。
本课题是法兰盘进行模具设计并分析加工工艺。
本文介绍了现代模具制造技术的现状及其发展方向,重点说明了铝合金零件压铸模具的设计过程。
它主要从产品的工艺分析(主要包括脱模斜度、壁厚、孔、尺寸精度和表面粗糙度、收缩率等),成型方案的确定,压铸机的选用与确定,有色金属压铸模具的几大系统(浇注系统、成型零部件、冷却系统、排气系统、导向系统等)的分析与设计,各种技术数据的校核等方面出发,详细的介绍了压铸模具设计过程中的若干问题,并简要的介绍了压铸模具零件加工过程中的相关问题。
关键词:
压铸工艺分析压铸机法兰压铸成型设备模具结构
序言
近年,模具增长十分迅速,高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。
对模具的全面要求是:
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。
以模具使用的角度,要求高效率、自动化操作简便;从模具制造的角度,要求结构合理、制造容易、成本低廉。
本次设计以压铸法兰盘模具为主线,综合了成型工艺分析,模具结构设计,最后到模具零件的加工方法,模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。
能很好的学习致用的效果。
在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤,模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。
把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来,所谓学以致用。
由于金属压铸成型有不可比拟的突出优点,在工业技术快速发展的年代,必将得到越来越广泛的应用。
特别是在大批量的生产中,虽然模具成本高一些,但总的说来,其生产的综合成本则得到大幅度的降低。
在这个讲究微利的竞争时代,采用金属压铸成型技术,更有其积极和明显的经济价值。
近年来,汽车工业的飞速发展给压铸成型的生产带来了机遇。
处于可持续发展和环境保护的需要,汽车轻量化是实现环保、节能、节材、高速的最佳途径。
因此,用压铸铝合金件代替传统的钢铁件,可使汽车质量减轻30%以上。
同时,压铸铝合金件还有一个显著的特点是热传导性能良好,热量散失的快,提高了汽车的行车安全性。
因此,金属压铸行业正面临着发展的机遇,其应用前景十分广阔。
1.压铸模设计概述
1.1简介
压铸是一种将熔融状态或半熔融状态的金属浇入压铸机的压室,在高压力的作用下,以极高的速度填充在压铸模的行腔内,并在高压下使熔融或半熔融的金属冷却凝固成型而获得铸件的高效益,高效率的精密铸造方法。
压铸模是进行压铸生产的主要工艺装备,在模具行业快速发展的今天,除去冲压模.塑料模.压铸模压占据了一定的地位。
在经济批量生产中,铸件质量合格率的高低,作业循环的快慢,模具制造的难易及其使用寿命,在很大程度上收压铸模设计的正确.合理.先进和适用程度的制约。
压铸模制造费用颇高,制成后难以进行大的修改,所以设计人员应当对模具设计和压铸技术有充分的了解,并细致的分析产品的具体特点,才能在压铸模设计上达到预期的效果。
1.2设备及分类
压铸生产的主要设备是压铸机,压铸机按压射室的特点可分为:
热室压铸机和冷室压铸机;而根据合模装置的位置特点可分为:
卧式压铸机(应用最广泛的机型),
立式压铸机(特别适合采用中心浇口技术),全立式压铸机(压射室和合模装置都与地平面垂直,分冲头上压和下压两种类型)
1.3压铸模基本结构
定模:
固定在压铸机定模安装板上,有直浇道.喷嘴或压室联接
动模:
固定在压铸机动模安装板上,随动模安装板作开合模移动合模时,闭合构成型腔与浇注系統,液体金属在高压下充满型腔,开模时,动模与定模分开,借助于设在动模上的推出机构將铸件推出.
根据作用又可分为:
成型零件:
型芯,型腔
浇注系统:
直浇口,内浇口,横浇口,余料
导向零件:
导柱,导套
推出机构:
推杆(顶针),复位杆,推杆固定板,推板,推板导柱,推板套.
抽芯机构:
凸台,孔穴(侧面),锲紧块,限位弹簧,螺杆.
排溢系统:
溢流槽,排溢槽
冷却系统:
冷却槽
支承零件:
定模,动模座板,垫块
1.4压铸模设计过程
3.4.1设计前的准备(研究生产对象熟悉压铸机熟悉模具制造知识熟悉压铸工艺知识)
3.4.2设计过程中的工艺准备(对零件图进行工艺性分析对模具结构初步分析选定压铸机绘制压铸毛坯图)
3.4.3压铸模的总体结构设计
3.4.4比较模具总体设计方案
3.4.5绘制模具总装图和零件图
3.4.6.模具图样的修正和定型
2.设计任务及要求
2.1设计任务
压铸件的零件图:
图2.1压铸件的零件图
压铸件的三维图:
图2.2压铸件的三维图
铸件名称:
铝合金法兰盘
材料:
YL102(铝合金)(含硅量为10.0~13.0%)
收缩率:
0.7%
2.2设计要求
2.2.1所生产的压铸件,应符合图上所规定的形状尺寸及各项技术要求,特别要设法保证高精度和高质量部位达到要求。
2.2.2模具应适合压铸生产工艺的需求,且技术经济性合理。
2.2.3在保证压铸件质量和安全生产的前提下,应采用合理先进简单的结构,使动作准确可靠,构件刚性良好,易损件拆换方便,并有助于延长模具工作寿命。
2.2.4模具上各个零件应满足机械加工工艺和热处理工艺需求,选材适当,配合精度选用合理,参照国家标准GB8844-86达到各项技术要求。
2.2.5掌握压铸机的技术特性,充分发挥设备的技术功能和生产能力,模具与压铸机的连接安装既方便有安全可靠。
3.压铸件的工艺分析
3.1压铸件的材料:
合金代号为YL102。
3.2机壳的结构特点:
该铸件要选择从铸件的最大截面处(阶梯处)分型,因此如何正确设计浇注系统、脱模机构及冷却系统排气系统是该模具设计的主要问题。
3.3成型工艺:
分型面在最大截面处
3.4压铸工艺参数:
压铸生产是液态金属充填的过程,在影响充填的主要因素中,主要是压力、速度、温度和时间,各个因素相互制约,只有对这些参数合理选择,才能在保证其他条件良好的情况下,生产出合格的压铸件。
3.5充填速度的选择:
选择原则:
对于简单厚壁或内部质量要求较高的铸件,选择低充填速度,对于薄壁复杂或表面质量要求高的铸件,应选择高充填速度
表3.1充填速度推荐值【2】
单位:
m/s
合金种类
简单壁厚铸件
一般铸件
复杂壁厚铸件
锌合金铜合金
10~15
15
15~20
镁合金
20~25
25~35
35~40
铝合金
10~15
10~25
25~30
根据上表结合铸件的特征选择充填速度为20m/s.
3.6压铸温度的选择
定义:
压铸温度包括浇注温度和压铸模温度,为保证良好的充填条件,控制和保持热因素的稳定性,则要有一个相应的温度规范。
浇注温度是指从压室进入型腔时的金属液平均温度。
结合下表压铸件特点,选择浇注温度为590~630°C。
表3.2各种压铸合金浇注温度【2】
单位:
°C
合金
压铸件结构
压铸件壁厚≤3mm
压铸件壁厚>3mm
简单结构
复杂结构
简单结构
复杂结构
锌合金
含Al
420~440
430~450
410~430
420~440
含Cu
520~540
530~550
510~530
520~540
铝合金
含Si
610~630
640~680
590~630
610~630
含Cu
620~650
640~700
600~640
620~650
含Mg
640~660
660~700
620~660
640~670
镁合金
640~680
660~700
620~660
640~680
铜合金
普通黄铜
870~920
900~950
850~900
870~920
硅黄铜
900~940
930~970
880~920
900~940
压铸温度是指压铸模的工作温度。
参考下表可选择150~180°C。
表3.3不同压铸合金的压铸模工作温度【2】
单位:
℃
合金
压铸件结构特性
壁厚≤3mm
壁厚>3mm
简单结构
复杂结构
简单结构
复杂结构
锌合金
预热温度
130~180
150~200
110~140
120~150
连续保持温度
180~200
190~220
140~170
150~200
铝合金
预热温度
150~180
200~230
120~150
150~180
连续保持温度
180~240
250~280
150~180
180~200
铝镁合金
预热温度
170~190
220~240
150~170
150~180
连续保持温度
200~220
260~280
180~200
180~200
镁合金
预热温度
150~180
200~230
120~150
170~190
连续保持温度
180~240
250~280
150~180
200~240
铜合金
预热温度
200~230
230~250
170~200
200~230
连续保持温度
300~325
325~350
150~300
300~350
3.7压铸时间的选择
定义:
压铸时间包括充填、持压、以及压铸件在压铸模中停留的时间
充填时间:
从液态金属进入压铸模型腔开始到充满型腔为止所需的时间
选择原则:
对大而简单的铸件,充填时间较长,对于复杂和薄壁铸件充填时间要短些,具体选择可参考下表:
表3.4压铸件平均壁厚与充填时间推荐值【2】
压铸平均壁厚b/mm
充填时间t/s
压铸平均壁厚b/mm
充填时间t/s
压铸平均壁厚b/mm
充填时间t/s
1
0.010~0.014
3
0.028~0.040
6
0.056~0.064
1.5
0.014~0.020
3.5
0.034~0.050
7
0.066~0.100
2
0.018~0.026
4
0.040~0.060
8
0.076~0.116
2.5
0.022~0.032
5
0.048~0.072
9
0.088~0.138
据上表选择充填时间为0.088~0.138
3.8脱模斜度的确定
由于铸件结构有深孔较长,压铸成型后铸件对型芯产生的包紧力比较大,所以我们的脱模斜度尽量取大些,根据下面脱模斜度表参照压铸模设计手册可选择脱模斜度为内表面β(2°),外表面不设置脱模斜度。
合金
配合面的最小脱模斜度
非配合面的最小脱模斜度
锌
铝
镁
外表面a
内表面β
外表面a
内表面β
0°10'
0°15'
0°30'
0°15'
0°30'
0°45'
0°15'
0°30'
1°
0°45'
1°
1°30'
3.9.表面粗糙度及表面质量
用新模具压铸可以获得Ra0.8um表面粗糙度的压铸件,在模具的正常使用寿命内,锌合金压铸件有可能保持在Ra1.6~3.2um范围内;铝合金压铸件大致在Ra3.2~6.3um范围内;铜合金压铸件表面最差,受模具龟裂的影响很大,以表面粗糙度为依据的压铸件表面质量分级
级别
使用范围
备注
1级
要求高的表面,需镀烙、抛光、研磨的表面,相对运动的配合面,危险应力区表面
Ra1.6um
2级
涂料要求一般或要求密封的表面,镀锌、阳极化、油漆、不打腻,以及装配接触面
Ra3.2um
3级
保护性涂装表面及禁固接触面、油漆打腻表面,其他表面
Ra6.3um
根据上述结合铸件特征,确定铸件表面质量为2级
4.分型面的设计
4.1定义:
压铸模的定模与动模的接触表面通常称为分型面,分型面是由压铸件的分型线所决定的.
4.2分型面的选择原则:
a.开模时,能保持铸件随动模移动方向脱出定模,使铸件保留在动模内,为便于从动模中去出铸件,分型面应该取在最大截面上。
b.有助于浇注系统和排溢系统的合理布置
c.为了保证尺寸精度,应该使加工尺寸精度要求高的部份尽可能位于同一半压铸模内
d.使压铸模结构简化,并且有助于加工
e.避免压铸机承受临界负荷,避免接近额定投影面积
4.3选择分型面
图4.1分型面
根据铸件结构特征,可选择单分型。
5.压铸机设备的选择和校对
5.1压铸机的选择
5.1.1压铸件的尺寸为132*132*76mm,铸件质量为0.851275kg。
压铸件的生产属大批量生产。
压射比压P=90MPa。
表5.1常用压铸合金压射比压推荐值【2】
单位:
MPa
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
耐气密件
25~40
80~100
80~100
60~100
电镀件
20~30
-
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-
5.1.2初选注射机
根据压铸机选项用的基本原则,初选压铸机为卧式冷压室压铸机型号为J1116其工艺参数如下:
锁模力:
1600kN
压射力:
200kN
压射比压:
90MPa
压室直径:
40~60mm
压射位置:
0~140mm
最大浇注量:
1.8kg
一次空循环时间:
7s压室定位直径:
110mm
压室定位高度:
10mm动座板行程:
350mm
压铸模厚度:
200~550mm拉杆内空间(水平*垂直):
420×420mm
5.2校核
5.2.1锁模力的校对:
一般情况下锁模力可按下式计算
压铸机允许压射比压P=F射/0.785d2
主胀型力F主=(AP)/10
分胀型力F分=
式中:
F锁----压铸机的锁模力,kN;
k-----安全系数,一般取k=1.25;
P-----压射比压,MPa;
Α-------楔紧角
将数据代入F锁=1.25×(130×90+14×90tanα)/10=1511KN
F锁=1600>1511kN,所以锁模力符合要求。
5.2.2注射量校核
以质量表示,最大压铸质量为G室=1.8kg,要满足G室>G浇
设每次浇注所需要的压铸合金的质量为G浇,那么:
G浇=(V件+V浇)ρ
式中G浇----每次浇注时所需的压铸合金质量,g;
V件----压铸件的体积和(cm3);
V浇----浇注(含溢流槽)系统的体积和(cm3)(一般为产品的0.5~1倍)取0.8倍V件;
ρ----压铸合金液的密度(g/cm3),铝合金2.66;
G浇=1.8G件=1.532295kg,G室>G浇,符合。
5.3开模行程校核
压铸机的开模行程是有限制的,压铸件从模具中取出时所需的开模距必须小于压铸机的最大开模距离,否则压铸件无法从模具中取出。
经测得压铸件从模具中取出时所需的开模距为100mm左右,压铸机的开模行程为320mm,符合。
5.4模具厚度核算
虽然调整合模机构的位置可适应所设计的模具厚度,但调整范围不超过压铸手册中压铸机所给出的最大和最小模具厚度。
根据分型面在合模时必须贴紧的要求,所设计的模具厚度,不得小于压铸机给定的最小模具厚度,也不得大于所给定的最大模具厚度,也不得大于所给定的最小模具厚度。
据此,设计模具时,按公式核算所设计的模具厚度
Hmin+(5~10)mm≤H设≤Hmax-(5~10)mm
式中H设——设计模具厚度(mm);
Hmin——说明书中所给定的模具最小厚度(mm);
Hmax——说明书中所给定的最大模具厚度(mm)。
设计的模具厚度由表6-1查得Hmin=150mm,Hmax=350mm。
将H设,Hmin,Hmax的值代入上式,公式成立,所以设计的模具厚度符合要求。
5.5动模座板行程的核算
动模座板行程实际上就是压铸机开模后,模具分型面之间的最大距离。
设计模具时,根据铸件形状、浇注系统和模具结构核算是否能满足取出巨剑的要求,见公式:
L取≤L行(mm)
式中L取——开模后分型面之间能取出铸件的最小距离(mm);
L行——动模座板行程(mm)。
根据参考文献《压铸模设计手册》中表取出铸件时分型面件所需之最小距离,L取的计算公式见公式:
L取≥L件+K=25+10=35mm
式中L取——开模后分型面之间能取出铸件的最小距离(mm);
L件——铸件高度(包括浇注系统)(mm);
K——安全值(取10mm)。
计算得L取=103mm,由表查得L行=330mm。
因此,L取≤L行。
5.6定型
预选J1116的压铸机经各项校核都符合要求,所以选择此种压铸机即卧式冷压室压铸机,型号为J1116。
6.浇注系统及排溢系统的设计
6.1浇注系统设计
6.1.1定义:
金属液在压力的作用下充填型腔的通道。
组成:
直浇道、横浇道、内浇口和余料等。
作用:
浇注系统对金属液流动的方向、溢流排气条件、压力的传递、充填速度、模具的温度分布、充填时间的长短等各个方面都起着重要的控制与调节作用。
6.1.2结构和分类
按金属液进入型腔的部位和内浇口形状,可分为;
1.侧浇道 2.中心浇道 3.顶浇道(直接浇道) 4.环形浇道 5.缝隙浇道 6.多支浇道
7.点浇道
6.1.3各组成部分的设计:
①内浇口设计,定义:
是指横浇道到型腔的一段通道。
内浇口的作用:
是根据压铸件的结构、形状、大小,以最佳流动状态把金属液引入型腔而获得优质压铸件。
主要是确定内浇道的位置、形状和尺寸,要善于利用金属液充填型腔时的流动状态,使得压铸件的重要部位尽员减少气孔和疏松,才保证压铸件的表面要光洁完整无缺陷。
设计要点:
1.有利于压力的传递,内浇道一般设置在压铸件的厚壁处。
2.有利于型腔的排气。
3.薄壁复杂的压铸件.宜采用较薄的内浇道,以保证较高的充填速度;一般结构的压铸件,宜采用较厚的内浇道,使金属液流动平稳。
4.金属液进入型腔后不宜正面冲击型芯,以减少动能损耗,防止型芯冲蚀。
5.应使金属液充填型腔时的流程尽可能短,以减少金属液的热量损失:
6.内浇道的数量以单道为主,以防止多道金属液进入型腔后从几路汇合,相互冲击,产生涡流、裹气和氧化夹渣等缺陷。
7.压铸件上精度、表面粗糙度要求较高且不加工的部位,不宜设置内浇道。
8.内浇道的设置应便于切除和清理。
计算内浇口截面积的
由经验公式Ag=0.0268×V0.745得Ag=3.005式中:
Ag—内浇口截面积(cm2)V—压铸件与溢流槽的体积之和(cm3)。
内浇口厚度确定:
查表可的内浇口厚度为5mm.
内浇道的宽度和长度
浇道的厚度确定后,根据内浇道的截面积即可计算出内浇道的宽度。
根据经验,圆形压
铸件一般取直径的0.4~0.6倍。
内浇口宽度确定为30mm
金属液充填型腔时内浇道处的阻力最大,为了减少压力损失,应尽量减少内浇道的长度,
—般取2~3mm,本处取2mm。
②直浇道设计
直浇道的结构与压铸机的类型有关,分为:
立式冷压室压铸机用直浇道,卧式冷压室压铸机用直浇
道,热压室压铸机用直浇道,卧式冷压室压铸机用直浇道
卧式冷压室压铸机用直浇道是由压室和浇口套形成。
压室和浇口套可以制成整体,也可以分别制造。
若为后者,压室是压铸机的附件,浇口套装在定模上随压铸零件不同而不同。
直浇道结构直浇道起模斜度
1压室2浇口套3分流器4余料
图6.1卧式冷室压铸机用直浇道示意图
直浇道设计要点
直浇道的直径D根据压铸件所需的压射比压和压室充满度确定
直浇道高度H,一般取直径D的1/3。
铸机型号为J1116其压射室直径为40~60选50mm
浇口套靠近分型面一端在长度15~25mm范围的内孔上加工出1º30′~2º的脱模斜度。
②横浇道设计
定义:
横浇道是连接直浇道和内浇口的通道。
作用:
把金属液从直浇道引入内浇口内;横浇道中的金属液还能改善模具热平衡,在压铸件冷却凝固时起到补缩与传递静压力的作用。
横浇道的结构形式和尺寸,主要取决于压铸件的形状、大小、型腔个数,以及内浇道的形式、位置、方向和流入口的宽度等因素
横浇道的设计原则
横浇道截面积应从直浇道向内浇道方向逐渐缩小。
横浇道截面积都不应小于内浇道截面积。
横浇道应具有一定的厚度和长度。
金属液通过横浇道时的热损失应尽可能地小,保证横浇道比压铸件和内浇口后凝固。
根据工艺需要可设置盲浇道,以达到改善模具热平衡,容纳冷污金属液、涂料残渣和空气的目的。
表6.1横浇道截面尺寸的选择【2】
由上表横浇道深度h=2×10=20,横浇道宽度W=3×300/20=45,其中平均壁厚t取10
横浇道长2~3mm
③溢流与
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