端蓋壓鑄模設(shè)計【一模一腔】

端蓋壓鑄模設(shè)計【一模一腔】,一模一腔,壓鑄,設(shè)計 摘 要 壓力鑄造是目前成型有色金屬鑄件的重要成型工藝方法。壓鑄的工藝特點是鑄件的強度和硬度較高，形狀較為復(fù)雜且鑄件壁較薄，而且生產(chǎn)率極高。壓鑄模具是壓力鑄造生產(chǎn)的關(guān)鍵，壓鑄模具的質(zhì)量決定著壓鑄件的質(zhì)量和精度，而模具設(shè)計直接影響著壓鑄模具的質(zhì)量和壽命。因此，模具設(shè)計是模具技術(shù)進步的關(guān)鍵，也是模具發(fā)展的重要因素。 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計了完整的模具。設(shè)計內(nèi)容主要包括：澆注系統(tǒng)設(shè)計、成型零件設(shè)計、推出機構(gòu)設(shè)計以及模體結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)鑄件的形狀特點、零件尺寸及精度，選定了合適的壓鑄機，通過準(zhǔn)確的計算并查閱設(shè)計手冊，確定了成型零件以及模體的尺寸及精度，在材料的選取及熱處理要求上也作出了詳細(xì)說明，并在結(jié)合理論知識的基礎(chǔ)上，借助于計算機輔助軟件繪制了各部分零件及裝配體的立體圖和工程圖,以保障模具的加工制造。 根據(jù)有關(guān)資料，采用扁平側(cè)面澆注系統(tǒng)，降低了澆注時金屬液對型芯的沖擊，確定了鑄造工藝參數(shù)：鑄件加工余量取0.1～0.75mm，收縮率為0.4～0.7﹪，脫模斜度為25′～45′。模具整體尺寸為400×450×385mm，符合所選壓鑄機安裝空間。推出機構(gòu)采用6根端面直徑8mm的圓截面推桿，推桿兼復(fù)位桿作用。經(jīng)計算，推桿受力符合要求。通過電腦模擬顯示，模具能夠正常工作，開啟靈活。 關(guān)鍵詞：壓力鑄造；壓鑄模具；鋅合金鑄件；端蓋零件 I 目 錄 摘 要 I 第1章 緒論 1 1.1課題意義 1 1.1.1 壓力鑄造的特點 1 1.1.2壓鑄模具設(shè)計的意義 2 1.2畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容 2 第2章 壓鑄模具的整體設(shè)計 3 2.1 鑄件工藝性分析 3 2.1.1 鑄件立體圖及工程圖 3 2.1.2 鑄件分型面確定 4 2.1.3 澆注位置的確定 5 2.2 壓鑄成型過程及壓鑄機選用 5 2.2.1 臥式冷室壓鑄機結(jié)構(gòu) 5 2.2.2 壓鑄成型過程 6 2.2.3壓鑄機型號的選用及其主要參數(shù) 7 2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計 7 2.3.1 帶澆注系統(tǒng)鑄件立體圖 7 2.3.2 內(nèi)澆口設(shè)計 8 2.3.3 橫澆道設(shè)計 9 2.3.4 直澆道設(shè)計 10 2.3.5 排溢系統(tǒng)設(shè)計 10 2.4 壓鑄模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 第3章 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 3.1 成型零件設(shè)計概述 13 3.2澆注系統(tǒng)成型零件設(shè)計 13 3.3 鑄件成型零件設(shè)計 15 3.3.1 成型收縮率 15 3.3.2 脫模斜度 16 3.3.3 壓鑄件的加工余量 16 3.3.4鑄件成型尺寸的計算 16 3.4 成型零件裝配圖 18 第4章 推出機構(gòu)和模體設(shè)計 19 4.1 推出機構(gòu)設(shè)計 19 4.1.1 推出機構(gòu)概述 19 4.1.2 推桿設(shè)計 20 4.1.3 推板導(dǎo)向及限位裝置設(shè)計 21 4.1.4 復(fù)位機構(gòu)設(shè)計 22 4.1.5 推出、復(fù)位零件的表面粗糙度、材料及熱處理后的硬度 24 4.1.6 推出機構(gòu)裝配工程圖及立體圖 24 4.2 模體設(shè)計 25 4.2.1 模體設(shè)計概述 25 4.2.3模板導(dǎo)向的尺寸 26 4.2.4模體構(gòu)件的表面粗糙度和材料選擇 27 第5章．側(cè)抽芯機構(gòu)的設(shè)計和計算 28 5.1側(cè)抽結(jié)構(gòu) 28 5.2抽芯力和抽芯距離 28 5.2.1抽芯力估算 28 5.2.2抽芯距離 29 5．3斜銷孔的位置 30 5.4滑塊和限位裝置 31 結(jié) 論 34 參考文獻 36 III 第1章 緒論 1.1課題意義 1.1.1 壓力鑄造的特點 高壓力和高速度是壓鑄中熔融合金充填成型過程的兩大特點。壓鑄中常用的壓射比壓在幾兆帕至幾十兆帕范圍內(nèi)，有時甚至高達500MPa。其充填速度一般在0.5～120m/s范圍內(nèi)，它的充填時間很短，一般為0.01～0.2s，最短的僅為千分之幾秒。因此，利用這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品有著其獨特的優(yōu)點?？梢缘玫奖”?、形狀復(fù)雜但輪廓清晰的鑄件。其壓鑄出的最小壁厚：鋅合金為0.3mm；鋅合金為0.5mm。鑄出孔最小直徑為0.7mm。鑄出螺紋最小螺距0.75mm。對于形狀復(fù)雜，難以或不能用切削加工制造的零件，即使產(chǎn)量小，通常也采用壓鑄生產(chǎn)，尤其當(dāng)采用其他鑄造方法或其他金屬成型工藝難以制造時，采用壓鑄生產(chǎn)最為適宜。鑄件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。鑄件的尺寸精度為IT12～IT11面粗糙度一般為3.2～0.8μm，最低可達0.4μm。因此，個別壓鑄件可以不經(jīng)過機械加工或僅是個別部位加工即可使用[1]。 壓鑄的主要優(yōu)點是： (1)鑄件的強度和表面硬度較高。由于壓鑄模的激冷作用，又在壓力下結(jié)晶，因此，壓鑄件表面層晶粒極細(xì)，組織致密，所以表面層的硬度和強度都比較高。 壓鑄件的抗拉強度一般比砂型鑄件高25%～30%，但收縮率較低。 (2)生產(chǎn)率較高。壓力鑄造的生產(chǎn)周期短,一次操作的循環(huán)時間約5 s～3 min ,這種方法適于大批量生產(chǎn)。 雖然壓鑄生產(chǎn)的優(yōu)勢十分突出，但是，它也有一些明顯的缺點： (1)壓鑄件表層常存在氣孔。這是由于液態(tài)合金的充型速度極快，型腔中的氣體很難完全排除，常以氣孔形式存留在鑄件中。因此，一般壓鑄件不能進行熱處理，也不宜在高溫條件下工作。這是由于加熱溫度高時，氣孔內(nèi)的氣體膨脹，導(dǎo)致壓鑄件表面鼓包，影響質(zhì)量與外觀。同樣，也不希望進行機械加工，以免鑄件表面顯露氣孔。 (2)壓鑄的合金類別和牌號有所限制。目前只適用于鋅、鋁、鎂、銅等合金的壓鑄。而對于鋼鐵材料，由于其熔點高，壓鑄模具使用壽命短，故鋼鐵材料的壓鑄很難適用于實際生產(chǎn)。至于某一種合金類別，由于壓鑄時的激冷產(chǎn)生劇烈收縮，因此也僅限于幾種牌號的壓鑄。 (3)壓鑄的生產(chǎn)準(zhǔn)備費用較高。由于壓鑄機成本高，壓鑄模加工周期長、成本高，因此壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn)[2]。 1.1.2壓鑄模具設(shè)計的意義 模具是壓鑄件生產(chǎn)的主要工具，因此在設(shè)計模具時應(yīng)盡量注意使模具總體結(jié)構(gòu)及模具零件結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，便于制造生產(chǎn)，壓鑄模澆排系統(tǒng)需合理設(shè)計。模具的加工、裝配要到位，配合需適當(dāng)，壓鑄模具的優(yōu)化也是一個重要方面。壓鑄模具的優(yōu)良程度很大程度上取決澆注系統(tǒng)以及排溢系統(tǒng)的設(shè)計。壓鑄生產(chǎn)中，因為模具澆道形狀、澆口與排溢口位置及壓鑄力等控制參數(shù)選擇不合理導(dǎo)致壓鑄件縮孔、冷隔或者氣孔等缺陷的情況常有出現(xiàn)。而對澆道和排溢口的形狀、大小、位置以及壓鑄機壓射工藝參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化后可以大大減少這些缺陷[3]。綜上所述，壓鑄模具的合理設(shè)計對于生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄件具有重要意義。 1.2設(shè)計內(nèi)容 本課題設(shè)計內(nèi)容是端蓋零件壓鑄模具設(shè)計，主要包括產(chǎn)品造型，模具澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)，成形零件，推出機構(gòu)以及模體結(jié)構(gòu)等，其設(shè)計步驟如下： （1）設(shè)計壓鑄模具總體結(jié)構(gòu)； （2）設(shè)計澆注系統(tǒng)； （3）設(shè)計成型零件系統(tǒng)； （4）設(shè)計模體、頂出及復(fù)位機構(gòu)。 主要設(shè)計方法為：運用UG繪制整個模具的裝配圖、立體圖和具體的零件圖、立體圖。然后對整個模具的工作過程進行模擬以保證其動作過程靈活。 第2章 壓鑄模具的整體設(shè)計 2.1 鑄件工藝性分析 2.1.1 鑄件立體圖及工程圖 所用零件為鋅合金端蓋零件，材料Zn，鑄造精度CT8，，其立體圖如圖2-1，工程圖如圖2-2。 圖2-1 鑄件立體圖 圖2-2 鑄件工程圖 2.1.2 鑄件分型面確定 壓鑄模的定模與動模表面通常稱為分型面，分型面是由壓鑄件的分型線決定的。而模具上垂直于鎖模力方向上的接合面，即為基本分型面。此殼體鑄件的分型面方案如圖2-3所示。 圖2-3 鑄件分型面選擇 2.1.3 澆注位置的確定 鑄件中心有型芯，所以不宜采用中心澆注，因此采用底端澆注，澆注位置選在平臺的端面。 2.2 壓鑄成型過程及壓鑄機選用 2.2.1 臥式冷室壓鑄機結(jié)構(gòu) 臥式冷室壓鑄機基本組成如圖2-4所示。 圖2-4 臥式冷室壓鑄機 1—增壓器；2—蓄能器；3—壓射缸；4—壓射沖頭；5—壓室；6—定座板；7—拉桿；8—動座板；9—頂出缸；10—曲肘機構(gòu)；11—支承座板；12—模具高度；13—合模缸；14—機體；15—控制柜；16—電機及泵 此類壓鑄機的基本結(jié)構(gòu)分為5部分： (1)壓射機構(gòu) 主要作用是在高壓力下將熔融的金屬液壓入型腔的壓射機構(gòu)。壓射壓力、壓射速度等主要工藝參數(shù)都是通過它來控制的，其中包括壓室、壓射沖頭、壓射缸、增壓器和蓄能器。 (2)合模機構(gòu) 其作用是實現(xiàn)壓鑄模的開啟和閉合動作，并在壓射成型過程中具有足夠而可靠的鎖模力，以防止在高壓壓射時，模具被推開或發(fā)生偏移。 (3)頂出機構(gòu) 在壓鑄件冷卻固化成型并開啟模具后，頂出缸驅(qū)動壓鑄模的推出機構(gòu)，將成型壓鑄件及澆注余料從模具中頂出，并脫出模體，其中包括頂出缸和頂桿。 (4)傳動系統(tǒng) 通過液壓傳動或機械傳動完成壓鑄過程中所需要的各種動作。包括電機、各種液壓泵及機械傳動裝置。 (5)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制柜指令液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的傳動元件，按壓鑄機壓射過程預(yù)定的工藝路線和運行程序動作，將液壓動作和機械動作有機的結(jié)合起來，完成準(zhǔn)確可靠、協(xié)調(diào)安全的運行規(guī)則[12]。 2.2.2 壓鑄成型過程 臥式冷室壓鑄機的壓住成型過程主要分為4個步驟，如圖2-4所示。 (a)合模過程　 (b)壓射過程 (c)開模過程 　　 (d)鑄件推出過程 圖2-5 壓鑄成型過程 (a)合模過程 壓鑄模閉合后，壓射沖頭1復(fù)位至壓室2的端口處，將足量的液態(tài)金屬3注入壓室2內(nèi)。 (b)壓射過程 壓射沖頭1在壓射缸中壓射活塞高壓作用下，推動液態(tài)金屬3通過壓鑄模4的橫澆道6、內(nèi)澆口5進入壓鑄模的型腔。金屬液充滿型腔后，壓射沖頭1仍然作用在澆注系統(tǒng)，使液態(tài)金屬在高壓狀態(tài)下冷卻、結(jié)晶、固化成型。 (c)開模過程 壓鑄成型后，開啟模具，使壓鑄件脫離型腔，同時壓射沖頭1將澆注余料頂出壓室。 (d)推出鑄件過程 在壓鑄機頂出機構(gòu)作用下，將壓鑄件及其澆注余料頂出，并脫離模體，壓射沖頭同時復(fù)位[13]。 2.2.3壓鑄機型號的選用及其主要參數(shù) 本課題設(shè)計的壓鑄件在分型面的投影面積為13760mm2,壓鑄件的重量為0.3kg,鋅合金一般件的推薦壓射比壓為13～20MPa，動模板最小行程為108mm,采用常用的臥式冷室壓鑄機，其型號為J1163E。 壓鑄機主要參數(shù)如下：壓射力為368～600kN；壓室直徑為70～100mm；最大澆注量（鋁）為9kg；澆注投影面積為403～1649；動模板行程為600mm；拉缸內(nèi)空間水平垂直為750mm750mm。 2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計 壓鑄模澆注系統(tǒng)是將壓鑄機壓室內(nèi)熔融的金屬液在高溫高壓高速狀態(tài)下填充入壓鑄模型腔的通道。它包括直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口、以及溢流排氣系統(tǒng)等。它能調(diào)節(jié)充填速度、充填時間、型腔溫度，因此它決定著壓鑄件表面質(zhì)量以及內(nèi)部顯微組織狀態(tài)，同時也影響壓鑄生產(chǎn)的效率和模具的壽命[14]。 2.3.1 帶澆注系統(tǒng)鑄件立體圖 鑄件立體圖如圖2-6所示，溢流槽設(shè)于分型面四個對角處，用于有序的排除型腔中的氣體和排除并容納冷污的金屬液以及其他氧化物。 圖2-6 帶澆注系統(tǒng)鑄件 2.3.2 內(nèi)澆口設(shè)計 （1）內(nèi)澆口速度 由參考文獻[15]查得，鋅合金鑄件內(nèi)澆口充填速度的推薦值為30～50m/s，選取為40m/s。 （2）充填時間 經(jīng)計算，壓鑄件的平均壁厚約為3.0mm，利用參考文獻[16]中的經(jīng)驗公式。 t=35(b-1) （2-1） 式中t-充填時間，ms；b-壓鑄件平均壁厚，mm 可求出t=35(3-1)=70ms≈0.1s。 （3）內(nèi)澆口截面積的確定 內(nèi)澆口截面積的確定可由公式（2-2）得出： (2-2) 式中：—內(nèi)澆口橫截面積，；—通過內(nèi)澆口金屬液的總質(zhì)量，；—液態(tài)金屬的密度，； —內(nèi)澆口流速，； —型腔的填充時間，；V—通過內(nèi)澆口金屬液的體積，；—型腔的充填速度，。 計算得出數(shù)值如下： (4)內(nèi)澆口厚度、長度、寬度的確定 由內(nèi)澆口厚度、寬度和長度的經(jīng)驗數(shù)值表，適當(dāng)選取此鋅合金鑄件內(nèi)澆口厚度為2.5mm，長度為22.5mm，寬度為50mm。 2.3.3 橫澆道設(shè)計 （1）橫澆道的形式及尺寸 根據(jù)鑄件及內(nèi)澆口特點，選用T形澆道，截面為矩形，澆道形狀及尺寸如 （2）橫澆道與內(nèi)澆口的連接方式 橫澆道立體圖及具體尺寸 為了防止金屬液對型芯的正面沖擊，橫澆道與內(nèi)澆口采用了端面聯(lián)接的方式，見圖2-8。 圖2-8 端面聯(lián)接方式 圖2-8中具體尺寸為：；；；。 2.3.4 直澆道設(shè)計 直澆道尺寸由澆口套尺寸決定。澆口套內(nèi)徑與壓室內(nèi)徑相同，由于壓鑄機選擇型號為J1163E，其壓室直徑為35，80，100。選取35為澆口套內(nèi)徑，其他尺寸根據(jù)情況自行設(shè)計，具體尺寸見附錄。 2.3.5 排溢系統(tǒng)設(shè)計 排溢系統(tǒng)由排氣道、溢流槽、溢流口組成。 如圖2-9所示，選用梯形結(jié)構(gòu)的排溢系統(tǒng)。 圖2-9 排溢系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （1)溢流槽尺寸設(shè)計 溢流槽尺寸選?。阂缌骺诤穸萮=0.5mm；溢流口長度l=4mm；溢流口寬度s=11mm；溢流槽半徑r=2mm。 （2）排氣道設(shè)計 排氣道相關(guān)尺寸選取為：排氣槽深度為0.12mm；寬度為15mm。 2.4 壓鑄模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 壓鑄模由定模和動模兩個主要部分組成。定模固定在壓鑄機壓室一方的定模座板上，是金屬液開始進入壓鑄模型腔的部分，也是壓鑄模型腔的所在部分之一。定模上有直澆道直接與壓鑄機的噴嘴或壓室連接。動模固定在壓鑄機的動模座板上，隨動模座板向左、向右移動與定模分開和合攏，一般抽芯和鑄件頂出機構(gòu)設(shè)于其內(nèi)。 壓鑄模具的基本結(jié)構(gòu)及零件明細(xì)表如圖2-10所示，它通常包括以下六個部分。 （1）成型零件部分。在合模后，由動模鑲塊和型腔鑲塊形成一個構(gòu)成壓鑄件形狀的空腔，通常稱為成型鑲塊。構(gòu)成成型部分的零件即為成型零件。成型零件包括固定的和活動的鑲塊與型芯，如圖中的鑲塊、主型芯、小型芯以及側(cè)型芯等。有時成型零件還構(gòu)成澆注系統(tǒng)的一部分，如內(nèi)澆口、橫澆道、溢流口和排氣道等。 （2）澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是熔融金屬由壓鑄機壓室進入壓鑄模成型空腔的通道，如圖中澆口套、澆道鑲塊以及橫澆道、內(nèi)澆口、排溢系統(tǒng)等。 由于成型零件和澆注系統(tǒng)的零件均與高溫的金屬液直接接觸，所以它們應(yīng)選用經(jīng)過熱處理的耐熱鋼制造。 （3）模體結(jié)構(gòu)。各種模板、座架等構(gòu)架零件按一定程序和位置加以組合和固定，將模具的各個結(jié)構(gòu)件組成一個模具整體，并能夠安裝到壓鑄機上，如圖中的墊塊、支撐板、動模壓板、定模套板、定模座板和動模座板等。 導(dǎo)柱和導(dǎo)套是導(dǎo)向零件，又被稱為導(dǎo)準(zhǔn)零件。它們的作用是引導(dǎo)動模板與定模板在開模和合模時能沿導(dǎo)滑方向移動，并準(zhǔn)確定位。 （4）頂出和復(fù)位機構(gòu)。將壓鑄件或澆注余料從模具上脫出的機構(gòu)，包括推出零件和復(fù)位零件，如圖中的推桿、推桿固定板和推板。同時，為使頂出機構(gòu)在移動時平穩(wěn)可靠，往往還設(shè)置自身的導(dǎo)向零件推板導(dǎo)柱和推板導(dǎo)套。為便于清理雜物或防止雜物影響推板的正確復(fù)位，還在推板底部設(shè)置限位釘。 （5）其它。除以上各結(jié)構(gòu)單元外，模具內(nèi)還有其它用于固定各相關(guān)零件的內(nèi)六角螺栓以及銷釘?shù)萚17]。 圖2-10 模具總裝圖 第3章 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 成型零件設(shè)計概述 成型零件是與高溫金屬液接觸的零件，用于形成澆注系統(tǒng)和鑄件。成型零件由澆注系統(tǒng)成型零件和鑄件成型零件兩部分組成。 （1）澆注系統(tǒng)成型零件：澆道鑲塊、澆口套，用于形成澆注系統(tǒng)。 （2）鑄件成型零件：型芯、鑲塊、斜滑塊塊，用于形成鑄件。 成型零件的結(jié)構(gòu)形式主要可以分為整體式和組合式兩類。 1）整體式結(jié)構(gòu) 型腔和型芯都由整塊材料加工而成，，即型腔或型芯直接在模板上加工成型。 2）整體組合式結(jié)構(gòu) 型腔和型芯由整塊材料制成，裝入模板的模套內(nèi)，再用臺肩或螺栓固定。 3）局部組合式結(jié)構(gòu) 型腔和型芯由整塊材料制成，局部鑲有成型鑲塊的組合形式。 4）完全組合式結(jié)構(gòu) 由多個鑲拼件組合而成的成型空腔。 成型零件直接接觸高溫、高壓、高速的液態(tài)金屬，受機械沖擊、磨損、熱疲勞和化學(xué)侵蝕的反復(fù)作用，熱應(yīng)力和熱疲勞導(dǎo)致的熱裂紋則是破壞失效的主要原因，所以對成形零件的尺寸精度的要求尺寸精度高3-4級，對粗糙度的要求比鑄件粗糙度高2級。 由于本文中采用斜滑塊抽芯系統(tǒng)，其也與液態(tài)金屬直接接觸，故放入本章介紹[18]。 3.2澆注系統(tǒng)成型零件設(shè)計 （1）澆口套的結(jié)構(gòu) 在澆口套中形成直澆道，常用澆口套的結(jié)構(gòu)形式如圖3-1所示。 圖（a）由于制造和裝卸比較方便，在中小型模具中應(yīng)用比較廣泛。 圖（b）是利用臺肩將澆口套固定在兩模板之間，裝配牢固，但拆裝均不方便。 圖（c）是將壓鑄模的安裝定位孔直接設(shè)置在澆口套上。 圖（d）、（e）型式用于中心進料圖 （f）是導(dǎo)入式直澆道的結(jié)構(gòu)型式。 本課題選用圖（a）的形式。 圖3-1 澆口套結(jié)構(gòu)形式 （2）澆口套與壓室的連接方式 連接方式如圖3-2所示。 圖3-2（a）為平面對接：為了保證同軸度應(yīng)提高加工精度和裝配精度。 圖3-2（b）保證了它們的同軸度要求。 圖3-2 澆口套與壓室連方式接 本課題采用（a）類連接，即平面對接的方式，此類連接便于裝卸。 （3）澆口套的尺寸與配合精度 澆口套尺寸根據(jù)具體情況設(shè)計，具體尺寸參見附錄。 配合精度：取、取、取 、取、取。 （4）澆注系統(tǒng)成型零件的材料和硬度的要求 壓鑄模具的澆注系統(tǒng)成型零件直接與高溫、高壓、高速填充的液態(tài)金屬液接觸，在短時間內(nèi)溫度變化很大，壓鑄模的工作環(huán)境十分惡劣，因此對澆注系統(tǒng)成型零件材料的選擇應(yīng)慎重。底座鑄件模具設(shè)計按國家標(biāo)準(zhǔn)選取的材料為4Cr5MoSiV1,熱處理要求為44～48HRC。 3.3 鑄件成型零件設(shè)計 3.3.1 成型收縮率 成型收縮率是指鑄件收縮量與成型狀態(tài)鑄件尺寸之比，收縮分三種情況（見圖3-3）： （1）自由收縮 在型腔內(nèi)的壓鑄件沒有成型零件的阻礙作用，圖中。 （2）阻礙收縮 如圖中，有固定型芯的阻礙作用。 （3）混合收縮 如圖中，這種情況較多。 圖3-3 壓鑄件收縮率的分類 由參考文獻[16]中查得鋅合金的自由收縮率為0.6%～0.8%，阻礙收縮率為0.3%~0.4%，混合收縮率為0.4%～0.6%。取YX041鋅合金的自由收縮=0.7%，阻礙收縮為，混合收縮為=0.5%。 3.3.2 脫模斜度 （1）脫模斜度的選取標(biāo)準(zhǔn) 1）不留加工余量的壓鑄件。為了保證鑄件組裝時不受阻礙，型腔尺寸以大端為基準(zhǔn)，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少；型芯尺寸以小端為基準(zhǔn)，另一端按脫模斜度相應(yīng)增大。 2）兩面均留有加工余量的鑄件。為保證有足夠的加工余量，型腔尺寸以小端為基準(zhǔn)，加上加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)增大；型芯尺寸以大端 為基準(zhǔn)，減去加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少。 3）單面留有加工余量的鑄件。型腔尺寸以非加工面的大端為基準(zhǔn)，加上斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少。型芯尺寸以非加工面的小端為基準(zhǔn)，減去斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)放大。 （2）脫模斜度的尺寸 配合面外表面最小脫模斜度α取，內(nèi)表面最小脫模斜度β取。非配合面外表面最小脫模斜度α取， 內(nèi)表面最小脫模斜度β取1°。由于底座內(nèi)腔深度>50mm，則脫模斜度可取小[19]。 3.3.3 壓鑄件的加工余量 由于鑄件具有較為精確的尺寸和良好的鑄造表面，所以一般情況下，可以不進行機械加工。同時，由于壓鑄件內(nèi)部可能有氣孔，所以應(yīng)盡量避免再進行機械加工。但是，某些部位還是應(yīng)該進機械加工。如裝配表面、裝配孔、成型困難沒有鑄出的一些形狀，去除內(nèi)澆口、溢流口后的多余部分等。 底座鑄件的加工余量選取根據(jù)參考文獻[15]中推薦的加工余量選擇，平面按最大邊長確定，孔按直徑確定。 3.3.4鑄件成型尺寸的計算 成型零件表面受高溫、高壓、高速金屬液的摩擦和腐蝕而產(chǎn)生損耗，因修型引起尺寸變化。把尺寸變大的尺寸稱為趨于增大尺寸，變小的尺寸稱為趨于變小尺寸。在確定成型零件尺寸時，趨于增大的尺寸應(yīng)向偏小的方向取值；趨于變小的尺寸應(yīng)向偏大的方向取值；穩(wěn)定尺寸取平均值。 根據(jù)參考文獻[16]，成型零件尺寸的計算公式如下： 式中：—成型件尺寸；—成型零件制造偏差；—壓鑄件尺寸（含脫模斜度、加工余量）；—收縮率；n—補償系數(shù)；—壓鑄件尺寸偏差。 n為損耗補償系數(shù)，由兩部分構(gòu)成，其一是壓鑄件尺寸偏差的，其二是磨損值，一般為壓鑄件尺寸偏差的，因此。成型零件尺寸制造偏差=。 已知鑄件尺寸公差等級為CT5，根據(jù)參考文獻查表可得鑄件基本尺寸的相應(yīng)尺寸公差。 (2)型芯尺寸計算 型芯的尺寸是趨于減小的尺寸，應(yīng)選取趨于偏大的極限尺寸。計算公式為： 成型零件尺寸的計算 （mm） 模具尺寸名稱 塑件 尺寸 塑件精度等級 塑件尺寸公差△ 模具等級GB/T1800 模具尺寸公差△m 模具尺寸計算結(jié)果 型腔長 160 8 0.82 9 0.100 160.896 型腔寬度 86 8 0.52 9 0.087 86.43 型腔深度 71 8 0.52 9 0.062 71.334 型芯長 120 8 0.86 9 0.087 120.975 型芯寬 60 8 0.56 9 0.087 60.975 型芯高 68 8 0.56 9 0.087 68.575 3.4 成型零件裝配圖 定模與動模合攏后形成的空腔通常稱為型腔，而構(gòu)成型腔的零件即為成型零件。成型零件包括固定和活動的鑲塊與型芯。模具成型零件圖如圖3-4所示，裝配圖如圖3-5所示。 圖3-4 鑄件成型零件立體圖 第4章 推出機構(gòu)和模體設(shè)計 4.1 推出機構(gòu)設(shè)計 4.1.1 推出機構(gòu)概述 開模后，是壓鑄件從成形零件上脫出的機構(gòu)稱為推出機構(gòu)。推出機構(gòu)一般設(shè)置在動模部分。 推出機構(gòu)一般由下列部分組成： （1）推出元件。直接推動壓鑄件脫落，如推桿、推管、以及卸料版、成型推塊等。 （2）復(fù)位元件。在合模過程中，驅(qū)動推出機構(gòu)準(zhǔn)確地回復(fù)到原來的位置，如復(fù)位桿、卸料板等。但在側(cè)抽芯機構(gòu)是斜滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)時，合模時，在定模板的推動作用下，斜滑塊沿斜向?qū)Щ蹨?zhǔn)確復(fù)位，所以無需設(shè)置推出機構(gòu)的復(fù)位元件。 （3）限位元件。調(diào)整和控制復(fù)位裝置的位置，起止退限位作用，并保證推出機構(gòu)在壓射過程中，受壓射力作用時不改變位置，如限位釘及擋圈等。 （4）導(dǎo)向元件。引導(dǎo)推出機構(gòu)往復(fù)運動的移動方向，并承受推出機構(gòu)等構(gòu)件的重量，防止移動時傾斜，如推板導(dǎo)柱和推板導(dǎo)套等。 （5）結(jié)構(gòu)元件。將推出機構(gòu)各元件裝配并固定成一體，如推桿固定板和推板以及其它輔助元件和螺栓等連接件。 推出機構(gòu)常按照推出元件的結(jié)構(gòu)特征不同可分為推桿推出、推管推出、卸料板推出、推塊推出和綜合推出等多種推出形式[22]。 4.1.2 推桿設(shè)計 （1）推桿的結(jié)構(gòu) 采用圓形截面的推桿結(jié)構(gòu)，如圖4-1所示。 （2）推桿的固定形式 固定形式為整體沉入式，如圖4-2所示。 圖4-1 圓形截面推桿結(jié)構(gòu) 圖4-2 推桿的整體沉入式固定 （3）推桿尺寸及配合 推桿的直徑是有推桿端面在壓鑄件上允許承受的受推力決定的，由參考文獻[16]查得，其截面積計算公式為： 式中 A—推桿前端截面積，；—推桿承受的總推力，N；n—推桿數(shù)量；[p]—許用受推力。 根據(jù)參考文獻[16]查得，鋅合金的許用受推力[p]為40MPa，設(shè)計中共使用4個推桿，而可由公式： 確定，其中K=1.2，而=9000N，因此取=12000N。 由截面積計算公式可求出，推桿前端的截面積應(yīng)不小于15,由于本課題壓鑄模增加了動模壓板，因此推桿較長，為保證推桿的穩(wěn)定性，將推桿的前端直徑選為5mm，配合精度為H7/f7，具體尺寸參見附錄。 4.1.3 推板導(dǎo)向及限位裝置設(shè)計 （1）推板的限位裝置 選擇機構(gòu)如圖4-3所示，利用限位釘對推板進行精確定位。 圖4-3 推板限位釘 （2）推板的導(dǎo)向 采用圖4-4的推板導(dǎo)向機構(gòu)，將導(dǎo)柱安裝在動模壓板與動模座板之間，保證了剛性要求，推板導(dǎo)柱尺寸見附錄。 4.1.4 復(fù)位機構(gòu)設(shè)計 （1）復(fù)位機構(gòu)的動作過程 復(fù)位機構(gòu)的動作過程如圖4-5所示。圖（a），開模時，復(fù)位桿隨推出機構(gòu) 同時向前移動，推桿將壓鑄件推出；圖（b），合模時，定模板觸及復(fù)位桿，推出機構(gòu)復(fù)位；圖（c），合模動作完成時，在限位釘2的作用下，推出機構(gòu)回復(fù)到原來位置。 圖4-4 推板導(dǎo)柱及導(dǎo)套 （2）復(fù)位桿的布置 采用如圖4-6的復(fù)位桿布置，在成型鑲塊外設(shè)置對稱的復(fù)位桿。 圖4-6 復(fù)位桿的布置 4.1.5 推出、復(fù)位零件的表面粗糙度、材料及熱處理后的硬度 （1）零件表面粗糙度 根據(jù)參考文獻[15]，推桿與金屬液接觸表面粗糙度為，推桿，復(fù)位桿和推板導(dǎo)柱配合表面粗糙度為，推板和推板固定板配合表面粗糙度為，其他非工作的非配合表面。 （2）材料及熱處理后硬度 導(dǎo)柱,復(fù)位桿采用材料T8A，熱處理后強度要求為50~55HRC，推桿采用4Cr2W8,熱處理后要求強度為45~50HRC,推板和推板固定板采用45鋼，熱處理要求回火。 4.1.6 推出機構(gòu)裝配工程圖及立體圖 推出機構(gòu)的裝配圖如圖4-7，立體圖如圖4-8。 圖4-7 推出機構(gòu)裝配圖 1—動模壓板；2—內(nèi)六角螺釘；3—支撐板；4—墊塊；5—動模座板； 6—推桿；7—內(nèi)六角螺釘；8—限位釘；9—導(dǎo)柱；10—導(dǎo)套； 11—推板固定板；12—推板；13—內(nèi)六角螺釘 圖4-8 推出機構(gòu)立體圖 4.2 模體設(shè)計 4.2.1 模體設(shè)計概述 構(gòu)成模體的結(jié)構(gòu)件主要包括：定模座板、定模板、動模板、動模壓板、支承板、墊塊、動模座板；導(dǎo)柱、導(dǎo)套[23]。 （1）定模座板 除不通孔的模體結(jié)構(gòu)外，凡通孔的模體結(jié)構(gòu)均應(yīng)設(shè)置定模座板。 在設(shè)計定模座板時，考慮到以下問題： ①澆口套安裝孔的位置與尺寸應(yīng)與壓鑄機壓室的定位法蘭配合。 ②定模座板上應(yīng)留出緊固螺釘或安裝壓板的位置。 （2）定模板 定模板的主要作用： ①成型鑲塊、成型型芯以及安裝導(dǎo)向零件的固定載體。 ②設(shè)置澆口套，形成澆注系統(tǒng)的通道。 ③承受金屬液填充壓力的沖擊，而不產(chǎn)生型腔變形。 ④在不通孔的模體結(jié)構(gòu)中，兼起安裝和固定定模部分的作用。 （3）動模板 動模板的主要作用是： ①固定成型鑲塊、成型型芯、澆道鑲塊以及導(dǎo)向零件的載體。 ②設(shè)置壓鑄件脫模的推出元件，如推桿、推管、卸料板以及復(fù)位桿等。 ③設(shè)置側(cè)抽芯機構(gòu)。 ④在不通孔的模體結(jié)構(gòu)中，起支承板的作用。 （4）動模壓板 動模壓板主要作用是： 在通孔的模體結(jié)構(gòu)中，將成型鑲塊壓緊在動模板內(nèi)。 （5）動模支承板 動模支承板的主要作用是： 承受金屬液填充壓力的沖擊，而不產(chǎn)生不允許范圍內(nèi)的變形。因此，不通孔的模體結(jié)構(gòu)，有時也可設(shè)置支承板。 （6）模座 模座是支承模體和模體承受機器壓力的構(gòu)件，其主要作用是： 1)與動模板、動模支承板連成一體，構(gòu)成模具的動模部分。 2)與壓鑄機的動座板連接，并將動模部分緊固在壓鑄機上。 3)模座的底端面，在合模時承受壓鑄機的合模力，在開模時承受動模部分自身重力，在推出壓鑄件時又承受推出反力。因此，模座應(yīng)有較強的承載能力。 4)壓鑄機頂出裝置的作用通道。 （6）推出板 推出板包括推桿固定板和推板。 在設(shè)計推出板時，主要考慮到以下幾點： 1)推出板應(yīng)有足夠的厚度，以保證強度和剛度的需要，防止因金屬液的間接沖擊或脫模阻力產(chǎn)生的變形。 2)推出板各個大平面應(yīng)相互平行，以保證推出元件運行的穩(wěn)定性[24]。 4.2.3模板導(dǎo)向的尺寸 模板導(dǎo)向零件的尺寸和位置，如圖4-9所示。 導(dǎo)柱導(dǎo)滑段直徑,d=40mm。 導(dǎo)柱導(dǎo)滑長度, e=170mm。 導(dǎo)向位置設(shè)置在模板的四個角上。 起模槽深度n=3mm，便于將動、定模撬開。 排氣槽c=0.5mm，以消除合模時導(dǎo)向孔內(nèi)的氣體反壓力。 圖4-9 模板導(dǎo)向零件 4.2.4模體構(gòu)件的表面粗糙度和材料選擇 （1）零件表面粗糙度 模體構(gòu)件件表面粗糙度選取：動模和定模座板與壓鑄機的安裝面，排氣槽表面，其他非配合面。 （2）材料選擇 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的材料選用T8A,熱處理要求50~55HRC,其他零件的材料選用45鋼，熱處理要求25~32HRC。 第5章．側(cè)抽芯機構(gòu)的設(shè)計和計算 5.1側(cè)抽結(jié)構(gòu) 本壓鑄件抽芯機構(gòu)需要設(shè)計成形元件，傳動元件，鎖緊元件，限位元件。 成形元件形成側(cè)孔，對應(yīng)的運動元件連接并帶動型芯或型塊并在模套導(dǎo)滑槽內(nèi)運動，對應(yīng)的運動元件為滑塊。 傳動元件，帶動元件作抽芯和抽芯動作。 鎖緊元件，合模后壓緊運動元件，防止壓鑄時受到反壓力而發(fā)生位移，對應(yīng)的為楔緊塊。 限位元件，使運動元件在開模后停留在所要求的位置上，保證合模時傳動元件工作順利，對應(yīng)為限位塊。 5.2抽芯力和抽芯距離 5.2.1抽芯力估算 壓鑄時金屬液充填型腔冷卻收縮后產(chǎn)生包裹金屬的包緊力，抽芯機構(gòu)運動時會產(chǎn)生抽芯阻力，抽芯力和包緊力的和為抽芯開始一瞬間所需的抽芯力。 F=F阻cosα-F包sinα =Alp(μcosα-sinα) [8-1] F——抽芯力（10N） F阻------抽芯阻力（10N） F包——壓鑄件包緊力(10N)； A——被鑄件包緊的型芯成形部分?jǐn)嗝嬷荛L（cm）； L——壓鑄件包緊的型芯成型部分長度(cm)； P——擠應(yīng)壓力（10?Pa）,對鋅合金一般p取100~120x10?Pa； μ——壓鑄合金對型芯的摩擦系數(shù)（一般取0.2~0.25）； α——型芯成型部分的脫模斜度（度）。 由于側(cè)型芯有孔組成，深度相同，所以式中A為孔截面的周長和A=πD=280mm=28cm[8-2] l=37cm P=110(105Pa) μ=0.2 脫模斜度為0 F=28×37×110×0.2=22792KN 5.2.2抽芯距離 s抽=s移+k [8-3] S抽----抽芯距離 S移--滑塊型芯完全脫出成型出的移動距離 k------安全值 查壓鑄模設(shè)計手冊，滑塊完全脫出成型處的移動距離S移＜10時，對應(yīng)的斜銷抽芯機構(gòu)的安全值K為3~5，取k=4 S=37+2=39mm 依次，可選擇斜銷抽芯機構(gòu) 斜銷尺寸計算，斜銷示意圖如圖8-1； 圖8-1斜銷尺寸示意圖 查壓鑄工藝與模具設(shè)計書數(shù)據(jù)如下表8-1； 表8-1斜銷尺寸表 符號 作用 尺寸范圍 a 強制滑塊作抽芯運動 10°~25° d 承受抽芯力 ? 10~ ?40 H 固定端套版厚度 33mm D 防止斜銷脫出套版 D=d+（6~8）mm 可取a=20°，根據(jù)斜銷角和抽芯力查出最大彎曲力取F彎=1KN，根據(jù)最大彎曲力和受力點垂直距離查出斜銷直徑12mm，d=?12，D=12+8=20mm L=D-d2×tgα+Hcosα+dtgα+s抽sinα+5~10mm[8-4] =20-122×0.36+330.93+12×0.36+100.34+10 =138mm 5.4滑塊和限位裝置 滑塊的主要尺寸見圖8-3，尺寸C、B是按活動型芯外徑最大尺寸或抽芯動作元件的相關(guān)尺寸(如斜銷直徑)以及斜銷受力情況等由設(shè)計需要確定的；尺寸B1是活動型芯中心到滑塊底面的距離。導(dǎo)滑部分厚度B2一般取15—25mm，但要考慮套板強度不致使套板強度太差；導(dǎo)滑部分寬度B3主要承受抽芯中的開模阻力，應(yīng)有一定的強度，常取B3為6—10mm；滑塊長度L與滑塊高度有關(guān)，為使滑塊工作時運動平穩(wěn)，一般取L＞0.8C 、L＞B L——滑塊長度(mm)；C——滑塊寬度(mm)；B——滑塊高度(mm)。 圖8-3滑塊示意圖 限位裝置的主要尺寸是S限，示意圖如圖8-5； 圖8-5限位裝置示意圖 S限=S抽+1~1.5，S抽=39， S限=39+1=40mm。 結(jié) 論 經(jīng)過對國內(nèi)以及國際壓鑄行業(yè)進行調(diào)查和分析，壓鑄件已成為許多產(chǎn)品的重要組成部分, 隨著轎車、摩托車、內(nèi)燃機、電子通訊、儀器儀表、家用電器、五金等行業(yè)的飛速發(fā)展, 壓鑄件的功能和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大, 從而促進了壓鑄技術(shù)不斷發(fā)展, 壓鑄合金品質(zhì)不斷提高。近些年來，我國的壓鑄模無論在制造工藝、產(chǎn)品外觀質(zhì)量和尺寸精度等方面，均有明顯提高，但我國壓鑄模生產(chǎn)與國外的壓鑄模生產(chǎn)相比還是有較大差距，一些大型、精密壓鑄模具還需進口；國內(nèi)的壓鑄件往往線條不清晰，表面光潔度也較差。所以本文對鋅合金端蓋零件壓鑄模進行研究，在設(shè)計過程中主要做了以下的工作： 1．對零件圖進行結(jié)構(gòu)以及工藝分析，選擇合理的壓鑄設(shè)備和壓鑄合金。熟悉壓鑄機的工藝參數(shù)的可調(diào)節(jié)范圍和生產(chǎn)能力，分析鋅合金的成分以及工藝性能。通過分析制件的結(jié)構(gòu)確定制件的脫模。 2．設(shè)計了動、定模套板，動、定模鑲塊，動、定座板，支承板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、推板及推板固定板等模具結(jié)構(gòu)。模具設(shè)計進行了校核，校核表明模具設(shè)計合理。 致謝 本論文是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在整個學(xué)期的設(shè)計過程中，老師可以說是形影不離，哪怕是星期一、三、四，給大三的學(xué)生上完課就立馬回辦公室，精心指導(dǎo)我們設(shè)計過程中的每一個細(xì)小環(huán)節(jié)。老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)孜孜不倦的工作作風(fēng)和大膽的創(chuàng)新進取精神對我產(chǎn)生了重要的影響。他淵博的理論知識、豐富的實踐經(jīng)驗、開闊的視野和敏銳的思維也給了我深深的啟迪，也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我以后的學(xué)習(xí)和工作，使我終身受益。在此，謹(jǐn)向老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！并祝愿他身體健康、全家幸福！ 最后，我要感謝我的父母，是他們給了我來到這個世界的權(quán)利，讓我看到了這個絢爛的世界。我的每一步的成長都包含了父母的辛勤汗水和無限的關(guān)愛，是他們用博大的胸懷與深沉的愛呵護著我、包容著我，并慷慨的送給我一個屬于我自己的空間，讓我伸展開雙臂，擁抱我想要的生活。父母的愛說不完、道不盡，我一定會銘記于心，努力奮斗，報答他們的養(yǎng)育之恩。 參考文獻 [1] 模具使用技術(shù)叢書編委會. 壓鑄模設(shè)計應(yīng)用實例[M]. 北京:機械工業(yè)出版社. 2005. 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