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2.2.3形状结构
2.3模具结构分析
11
2.3.1分型方案设计 11
2.3.2浇注系统设计 11
2.3.3绘制铸件图 15
2.3.4绘制铸造工艺图 15
2.3.5选择压铸机 15
2.3.6绘制模具总装图(成型零件设计) 16
2.3.7抽芯机构设计
21
2.3.8推出机构设计
2.3.9结构零件设计
24
2.3.10压铸模总装图的技术要求 25
2.3.11零件材料及加工技术要求 26
3压铸模设计程序及举例 27
3.1零件图工艺分析 27
3.2初步分析模具结构 27
3.2.1浇注系统设计
27
3.3绘制铸件图
28
3.4绘制铸造工艺图
29
3.5选择压铸机
3.6绘制模具总装图
30
3.7结构零件设计 32
3.8绘制模具零件图 34
3.9必要的校核 34
4压铸模设计说明书基本内容 35
参考文献 36
附 录 37
— 压铸工艺
压铸生产的三要素:
压铸合金,压铸模,压铸机。
压铸工艺把三者有机组
合。
主要内容:
压铸基本原理;
压铸机类型;
压铸用合金;
主要压铸工艺参数,如压射比压、充填速度和时间、浇注温度、模具温度、持压时间等;
压铸用涂料;
压铸工艺的特点及其发展前景。
重点和难点:
主要压铸工艺参数对铸件质量的影响及其选择方法。
概述
一、压力铸造的实质
a、高压:
常用压射比压2-200Mpa,最高达1000MPa;
b、充填速度:
0.5-50m/s,最高达170m/s;
c、充填时间:
0.01-0.2s;
二、压力铸造的特点
a、生产率高:
冷室:
600-700周次/班,热室:
3000-7000周次/班;
b、产品质量好:
尺寸精度高,表层晶粒细,组织致密,抗拉强度高,表面硬度高(但延伸率下降),互换性好,文字图案、花纹轮廓清晰;
c、经济效益好:
金属利用率高,节约加工工时等;
d、可以生产薄壁复杂件:
δmin:
锌合金0.3mm,铝合金0.5mm,铜合金0.8mm,镁合金0.8mm;
★目前存在的问题:
e、铸件内部有大量显微气孔,压铸件不能热处理,也不能在高温下工作;
f、内腔复杂件压铸困难,不能用砂芯;
g、压铸高熔点合金困难,模具寿命低;
h、压铸设备造价高,模具成本高,不适宜小批量生产;
三、压力铸造的应用范围
a、适用合金:
锌合金、铝合金、镁合金及少量铜合金;
b、铸件重量:
一般≤2-3kg,最小0.14g,最大50kg;
c、铸件尺寸:
投影面积:
0.07cm2-4m2;
d、大批量生产。
压铸机及工作原理
一、压铸机的分类
热室;
卧式、立式、全立式二、工作原理及特点
a、热室:
生产工序简单,工艺稳定,生产率高,金属液消耗少,金属液干净,铸件质量好,但压室寿命低,主要用于低熔点合金;
压射室温度约等于熔池金属液温度;
b、立式冷室:
可采用中心浇口,可以充分利用压型有效面积;
但压力损失大;
有切断、顶出余料的下油缸,结构复杂;
金属消耗多;
c、卧式冷室:
压力损失小,有利于传递最终压力;
金属流程短,消耗少;
结构简单;
但不能开设中心浇口,压型有效面积利用率低;
应用最广泛;
d、全立式:
占地面积少;
平稳可靠;
放置嵌件方便;
但操作不变,生产率
低。
压铸过程原理
一、压铸压力:
(压射压力;
压射比压:
)
压力的变化及作用(保证获得高的充填速度,高的结晶压力)
(1)慢速封孔阶段P1、v1
P1:
压射冲头慢速v1前进,封住浇口,液态金属被推动,其所受压力P1较低,此时压力P1仅用于克服压室与液压缸对运动活塞的摩擦阻力及液态金属液面升高所引起的反压力;
(2)充填阶段P2、v2
P2:
本阶段在压射冲头作用下,金属将完全充满压室至浇口处的空间,压射冲头的速度达到v2;
压力P2也由于压室中金属的反作用而超过P1;
(3)增压阶段P3、v3
P3:
液体金属充填浇注系统和压铸型型腔,因为内浇口面积急剧缩小,使金属液流动速度v3下降,但压力则上升至P3。
在第三阶段结束前,液体金属因压射机构的惯性关系而发生水锤作用,使压力升高,并发生波动,待波动消失后即开始压铸的第四阶段;
(4)保压阶段P4
P4:
本阶段的主要作用是建立最后的增压,使铸件在压力P4下结晶凝固,而达到使铸件组织致密的目的。
P4大小取决于合金种类、状态(粘度、密度)和铸件的质量要求。
P3愈高所得的充填速度愈高;
P4愈高愈易获得外廓清晰、表面光洁和组织致密的铸件;
在整个过程中P3、P4是最重要的。
保证P3、P4的条件:
1.铸件和内浇口应具有适当的厚度;
2.具有相当厚度的余料;
3.具有足够的压射压力。
二、压铸速度(压射速度;
充填速度)
压射速度:
压铸机压射缸内的液压油推动压射冲头前进的速度;
充填速度:
液体金属在压力作用下通过内浇口进入型腔的线速度;
(1)确定充填速度的依据:
合金的特性和铸件的结构充填速度过低:
铸件轮廓不清晰,甚至不能成型;
充填速度过高:
铸件粘型、排气不畅,铸件内孔洞增多。
(2)影响充填速度因素
a、压射速度和内浇口截面积F冲头V冲头=F内V充;
V充=F冲头V冲头/F内=πD2冲头V冲头/(4F内) (D与V冲头可调)
b、根据压射比压计算充填速度:
p:
压射比压;
γ:
液态金属重度;
μ:
阻力系数,一般μ=0.358
(3)调整充填速度的方法:
压室直径;
压室速度;
为满足生产需要,要求:
压铸压力、压铸速度都能做到无极可调。
三、液态合金充填压铸型的特点
液体金属在型腔中的运动特征与充填速度、浇口和铸件断面(厚度)之比、浇入金属的粘度、表面张力以及它与型壁间的热相互作用有关。
液体金属的充填状态可分为三种:
1.层流(勃兰特Brandt,巴顿Barton修正),条件:
液态金属:
V充≤0.3m/s;
δ内/δ件>1/2~2/3;
半固态金属:
V充≤10m/s;
δ内/δ件>2/3~3/4;
排气条件好,铸件内无气孔。
层流常用于结晶区间较宽的合金,且形状较为简单。
2.紊流(弗洛梅尔理论Frommer),条件:
液态金属:
V充≤0.5-15m/s;
f内/F件>1/4~1/2;
V充=(25-30)m/s。
由于旋涡运动,涡流中易于卷入气体(空气及涂料产生的气体),它们存在于凝固铸件中,形成0.1~1mm的孔洞。
3.弥散流(大多数学者观点),条件:
V充≥20~30m/s;
f内/F件<1/4~1/2;
铸件内的气孔尺寸较小,液流速度愈高气孔尺寸愈小;
与紊流相比对铸件的机械性能的影响很小;
最大缺点:
液流对型壁及型芯摩擦,容易造成合金粘型而使铸件损坏,有时可能使压铸型报废。
一般规定:
锌合金:
V充≤100m/s;
镁合金:
V充≤50-70m/s;
铝合金、铜合金:
V充≤40m/s;
(因具有较高的粘型倾向)。
压铸工艺 73页
一、压铸压力和充填速度参数
(1)选择压射比压主要考虑的因素
1.合金特性:
流动性、密度、结晶温度范围、合金的热容量、比强度;
2.铸件结构:
壁厚、几何形状复杂程度、工艺合理性;
3.浇注系统:
浇道阻力、浇道散热速度;
浇道阻力大:
主要是由于浇道长,转向多,增压比压选大些;
浇道散热速度:
散热速度快——压射比压选高些;
散热速度慢——压射比压选低些;
4.排溢系统:
排气道分布、排气道截面积;
溢流槽分布及截面积;
5.合金通过内浇口速度:
要求合金通过内浇口速度高——压射比压选大些;
6.温度:
合金与压铸模温差大:
压射比压高;
温差小:
压射比压低。
压射比压的调整:
调整压铸机的压射力、压室直径
(2)选择压射速度主要考虑的因素
压射速度分为低速压射和高速压射两个阶段:
合金到达内浇口前——低速,合金到达内浇口时——高速。
1.低速压射速度:
根据浇注到压室内的金属量确定:
浇注金属液量占压室容积的百分数% 压射速度m/s
≤30 0.3-0.430-60 0.2-0.3
>60 0.1-0.2
2.高速压射速度:
按铸件平均壁厚、填充时间、合金通过内浇道速度用公式计算。
二、温度参数
(1)浇注温度:
金属液进入压室至充填型腔时的平均温度
温度过高:
合金收缩大,铸件易产生裂纹,铸件晶粒粗大,易粘型;
温度过低:
易产生冷隔、表面流纹和浇不足等缺陷。
原则:
在保证质量的前提下尽可能降低浇注温度,最好使合金呈粥状。
原因:
1.减少型腔表面温度的波动和液体金属对型腔的冲蚀,延长模具寿命;
2.减少产生涡流和卷入空气;
3.减少金属在凝固过程中的体积收缩;
提高铸件精度和内部质量。
对含硅量高的合金不易使合金呈“粥状”时压铸,否则有大量硅析出,硅以游离态存在于铸件内部,使加工性能变坏。
(2)压铸模温度:
预热温度;
连续工作保持温度使用前要预热,其目的和作用同金属型。
1.避免液体金属冷却速度太快,造成气孔、冷隔、浇不足、缩孔、裂纹等缺
陷;
2.防止铸铁件表面产生白口;
3.保护金属型,避免急冷、急热而剧烈收缩和膨胀,延长金属型寿命;
4.减轻铸件包紧力,利于脱型;
5.确保操作者的安全。
一般选择压铸型的温度为:
t型=1/3t浇±
Δt,Δt:
温度控制公差,一般为25℃。
三、充填、持压及停留时间
(1)充填时间:
金属液自开始进入型腔到充满压铸型的过程所需的时间。
选择填充时间主要考虑的因素:
1.铸件结构特征:
铸件壁厚小时,填充时间应短些;
2.合金特性:
合金的熔化潜热低时,填充时间应短些;
合金的导热性好时,填充时间应短些;
3.模具温度:
模具温度低时,填充时间应短些;
4.浇注温度:
浇注温度低时,填充时间应短些;
5.排气效果:
排气效果好时,填充时间应短些;
6.浇道系统:
内浇道的位置造成金属液流程较长、转向较多时,填充时间应短些;
7.模具热平衡:
模具型腔的导热性好时,填充时间应短些;
模具的热容量大时,填充时间应短些。
(2)持压时间:
金属液充满型腔后,在压力作用下,使铸件完全凝固所需时
间。
持压的作用:
使压力传递给未凝固的金属,保证铸件在压力下结晶凝固,以获得致密的铸件。
选择依据:
铸件壁厚、合金结晶温度范围;
(3)停留时间:
从持压作用完成到开模顶出铸件为止
停留时间过短:
铸件温度高、强度低,在顶出时易变形,而且铸件内部的气孔可能会造成铸件鼓泡。
停留时间过长:
铸件温度低,收缩大,铸件对型芯抱紧力大,顶出阻力大;
对热脆性合金还易产生开裂;
同时生产率下降。
合金性质、铸件壁厚、铸件结构特征。
一般按1mm需3秒钟计算。
四、压铸型用涂料
涂料的作用:
防止粘型;
减小顶出铸件时的摩擦阻力;
避免压铸模过分受
热。
对涂料的要求:
1.在高温时具有良好的润滑性;
2.对铸型材料具有良好的润湿性;
3.挥发点低,在100-150℃时,稀释剂能很快挥发;
4.对压铸型及压铸件没有腐蚀作用;
5.性能稳定,存放期长,在空气中稀释剂不应挥发过快而变稠;
6.在高温时不会产生有害气体;
7.不会在压铸型型腔表面产生积垢,且易于清除。
压铸新工艺
一、真空压铸(1958)优点:
1.提高铸件致密度,改善力学性能;
2.铸件可以热处理,也可以缩短铸件在型内的停留时间而不会鼓泡;
3.由于压射时型内的反压力减小,可以提高合金充填能力。
压铸时一般型腔内的真空度为:
(1-6)×
104Pa,真空度的高低主要与铸件结构和其它工艺参数,如压射压力、合金充型线速度等,有关。
二、充氧压铸(加氧压铸:
1969)
充氧压铸又称加氧压铸、无孔洞压铸,其实质为在压射金属液开始之前,向压铸型型腔及压室内吹进纯氧气,以代替空气和其他气体,而后向充满氧气的型腔内压射金属液。
喷射进入型腔的金属液与氧气作用,形成尺寸小于1μm的固态氧化物颗粒,弥散分布于压铸件中,其总质量约为铸件质量的(0.1-0.2)%,可消除铸件中的孔洞,提高铸件组织的致密度,使压铸件的力学性能大为提高。
如:
铝合金铸件的强度可以提高约10%,伸长率可提高1.5-2倍。
同时,由于铸件无气
孔,它可以被热处理,热处理后的强度又可以增加约30%,屈服值增加100%,冲击韧性也显著增加。
三、精确、快速、致密压铸
双冲头压铸:
克服卷气、收缩产生的真空。
内浇口采取定向凝固,便于补缩。
四、半固态压铸
合金呈现状态:
树枝状晶体→网状→打碎,呈球形、团块,然后压铸。
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