摩托车曲轴箱盖压铸工艺优化与模具设计.docx
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摩托车曲轴箱盖压铸工艺优化与模具设计
櫛花工玳诊岐
FujianUniversityofTechnology
毕业设计（论文）
题目：
学生:
指导老师:
学院:
专业:
班级:
学号：
摩托车曲轴箱盖
压铸工艺优化与模具设计
材料科学与工程学院
材料成型及控制工程
2013年6月
XX工程学院本科毕业设计（论文）作者承诺保证书
本人X重承诺：
本篇毕业设计（论文）的内容真实、可靠。
如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。
学生签名:
年月日
XX工程学院本科毕业设计（论文）指导教师承诺保证书
本人X重承诺：
我己按有关规定对本篇毕业设计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，该同学的毕业设计（论文）中未发现弄虚作假、抄袭的现象，本人愿承担指导教师的相关责任。
指导教师签名:
摘要
AbstractI
1绪论・0-
1」压力铸造的特点与应用-0-
1.2压铸的发展概况-0-
1.3CAE技术的应用-1-
1.4毕业设计内容-1-
2压铸模具的整体设II'-2-
21铸件工艺性分析-2-
2丄1铸件的工程图-2-
2.1.2压铸件分型而的确左-3-
2.1.3浇注位置和充填形式-4-
2.2压铸成型过程及压铸机的选用-4-
2.2.2压铸机的校核-5-
2.3浇注系统设计-6-
2.3.1内浇口的设it-6-
2.3.2横浇道的设it-8-
2.3.3直浇道的设计・8・
2.3.4排溢系统设计-8-
2.3.5浇注系统三维图-9-
3压铸模具的CAE模拟分析-10-
3」模型的导入与网格处理-10-
3.2参数设定・11・
3.3模拟结果及分析-11-
4模架及成型零件的设汁-13-
4」模架的设i!
-13-
4.1.1模架形式-13-
4.1.2模架尺寸-14-
4.2浇注系统成型零件设II-15-
4.3铸件成型零件设11-16-
4.3.1压铸件的收缩率-16-
4.3.2脱模斜度-17-
4.3.3成形尺寸的计算-17-
4.3.4结构零件的设计-21-
4.3.5液压抽芯机构设汁-21-
4.3.6滑块的设计.23-
4.4推出机构设计-24-
5模具总装图-25-
6总结-26-
致谢-28-
参考文献・29-
III/36
摩托车曲轴箱盖压铸工艺优化与模具设计
摘要
本文主要介绍了摩托车曲轴箱盖的模具设计和利用flow3D进行压铸工艺优化分析。
针对结构复杂、尺寸较大，且具有薄壁罩形结构特点的压铸件，选择一模一腔、从分型而的端而进浇的梳妆形式。
利用flow3D对铸件的最佳浇口位置、型腔填充过程、表面缺陷、卷气等进行分析。
分析结果显示：
采用梳妆形式的浇口温度分布均匀，表而缺陷少，表面成型质量高。
采用不通孔模架结构，动、左模套板设置冷却系统，实现模具成形温度的控制。
在抽芯机构设讣中，采用液压抽芯机构和滑块机构，实现铸件的侧孔成型。
采用推杆推出机构取代薄壁壳形常用的推板推出机构，简化了模具结构。
此外,根据压铸件分型而的投影而积为1061cm2,压铸件的质量为&293Kg,选择型号为J1180G的压铸机。
压铸件的外形尺寸是：
315mmX268mmX132mm,平均壁厚约为4mm,选用模架尺寸为840mmX772mmXSOOninK.根据的工作条件，分别计算了型腔、型芯、孔间距的尺寸及公差，最终确左成型零件尺寸。
推出机构中，设豐导柱进行导向、左位，采用限位块进行限位，共用52根端而直径8mm的圆截而推杆。
根据制造成型零件的工作条件及特点选用H13模具钢。
关键词：
摩托车曲轴箱盖；压铸模具；flow3D：
压铸工艺
Motorcyclecrankcasecastingmolddesignandprocess
optimization
Abstract
Thispapermainlyintroducesmotorcyclecrankcasecovermolddesignanduseofflow3Dforcastingprocessoptimizationanalysis・Fortheplexstructure,largersize,andhasabell-shapedstructuralcharacteristicsofthin-walleddiecasting,chooseamodelofacavity,fromthepartingfacedressingpouredintotheform.Diecastings'bestgatelocation,cavityfillingprocess,surfacedefects,gasvolumeswereanalyzedbyuseflow3D.Theresultsshow:
thedressingformgateoftemperaturedistributionisuniform,fewersurfacedefects,surfaceforminghighquality.Usingblindholemoldstructure.Moving,stationarydieplateisprovidedwithcoolingsystemsleeve・andmoldformingtemperaturecontrol.Inpullingmechanismdesign,theuseofhydrauliccorepullingmechanismandslidermechanism,toachievethecastingsideholeforming・Byusingpushoutreplacementofthin-wallshellmonlyusedpushboardlaunchmechanism,simplifiedthemouldstnicture・Inaddition,accordingtothecastingpartingprojectedarea1061cm2,diecastingquality8.293Kg,selectthemodelJ1180Gdiecastingmachine・Castingdimensionsare:
315mmx268mmx132mm.theaveragewallthicknessofabout4mm.usemoldsizeis840mmx772mmx800mm.Accordingtotheworkingconditionswerecalculatedcavity,core,holespacingdimensionsandtolerancesrespectively,andultimatelydeterminethesizeofthemoldedpart.Thelaunchmechanismsetuptheguideposttoguide,toposition・usingthelimitblocklimit,sharing52end8mmroundsectionalputter.Accordingtomanufactureofmoldedpartstheworkingconditionsandthecharacteristicsofthematerial,selectedH13toolsteel.
Keywords：
motorcyclecrUseflow3Dforankcasecover：
die-castingmold：
fIow3D・
1绪论1.1压力铸造的特点与应用
压铸是在高压作用下将液态或者半液态合金以很高的速度压射进入模具型腔，并在高压下使铸件凝固和成形，是近代金属成形工艺中发展较快的一种高效率、少无切削和高精密的金属成形精密铸造方法。
和普通铸件相比，压铸件内部组织致密，力学性能优良，尺寸精度高，表面质量好。
压铸工艺在机械工艺、航天工业、汽车制造业和日用轻工业中，都占有重要地位。
近年来，由于汽车和摩托车行业的迅速发展，推动了压铸件的的发展。
汽车、摩托车上配套的铝合金圧铸件大部分已经实现了国产化。
CAD/CAM技术应用于压铸模型腔设计、型面造型与加工编程系统，广泛地釆用电火花和数控铳加工技术，保证了型腔的尺寸精度。
因而压铸模具结构的复杂程度、制造工艺、产品的外观质量和尺寸精度等方面，均有明显的提高，已经基本上能够满足汽车、家电、轻工等工业压铸件的要求。
在模具钢的选用方面，3Cr2W8V已经较少应用，却普遍采用H13和ASSAB8407等材料，并经热处理和表面氮化处理，大幅度提高了模具寿命。
模具设计与制造能力的高低，已经是衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一，它关系着产品质量和经济效益的提高，直接影响着国民经济的发展。
许多新产品开发和生产在很大程度上依赖于模具的设计和制造技术，尤其在汽车、轻工、电子和航天等领域中有着重要作用⑴。
1.2压铸的发展概况
一般认为圧铸的发展开始于19世纪初期，当时印刷行业广泛使用铅锡合金来压铸铅字。
1905年H.H.多勒（Doehler）成功研制了一台最早的既能压铸铅、锡合金，乂能压铸锌合金，且用于工业生产的压铸机。
随后，V瓦格内（Wagner）室压铸机。
随着对压铸件的质量、产量和扩大应用，对压铸设备不断提出新的、更高的要求，这促使压铸生产更加迅速地发展。
到1969年美国爱列克斯提出了充氧压铸的无气孔压铸法。
为了压铸带有镶嵌件的铸件及实现真空压铸，出现了水平分型的全立式压铸机。
而后，为了提高压射速度和实现瞬时增加压射力以便对液体金属进行有效的增压，提高致密度，出现了三级压射系统的压铸机。
国内压铸技术的应用开始于20世纪40年代,但是工业化大量使用是始于20世纪50
年代。
随着经济迅速发展，我国的压铸技术取得了一定的成就，压铸机广泛使用于汽车、电工和航天等领域，压铸件的应用X围扩展到农机、机床、办公用具、军工等领域。
至20世纪90年代，我国的压铸技术达到相当水平，已经能够自行设计和制造出成系列的、性能良好的压铸机。
国内在10000RN以上的大型压铸机的应用也有所发展，已经开始采用了真空高压铸造技术及液态模锻技术。
压铸设备的的发展方向，正向大型化、全自动化发展。
迄今，压铸技术已经在我国形成了自己的体系，并正在稳步发展之中⑹。
随着经济的快速发展，压铸市场十分活跃，圧铸产业的高速增长带来了圧铸模具制造丄业的一片兴旺。
根据中国模具工业协会经营管理委员会编制的《全国模具专业厂基本情况》统计，压铸模具约占各类模具总产值的5%,每年增长速度高达25%⑶。
1.3CAE技术的应用
在以前讣算机计算还未广泛应用于模具生产时，产品在模具设汁前的分析只能是潜在的分析而去推断结果，只能通过长期设计所积累的经验去分析产品，而随着讣算机CAE技术的广泛应用在压铸模生产，产品的充填与凝固的过程与结果能够真实体现，不在是靠经验去推断结果，使分析的结果更为真实更为准确。
CAE技术的应用通过对成型工艺与浇注系统进行分析验证，提高模具的品质和产品的质量。
CAE模流分析软件F1OW-3D的运用，使得不需要去调模、试模或等加工后才知道产品缺陷就能准确知道产品成型后的缺陷位置与形成原因，降低了大量的工作量和时间，也降低了制造成本和模具反复修改的成本叫％
1.4毕业设计内容
本课题设计内容是摩托车曲轴箱盖圧铸工艺优化与模具设讣，该压铸件的三维视图如图1-1所示。
主要包括浇注系统、分型面、排溢系统、成形零件、推出机构、抽芯机构、模架设讣以及利用F1OW3D进行模流分析。
其设计步骤如下：
（1）压铸模具的总体结构；
（2）利用Flow3D进行CAE模流分析（3）模架及成型零件的设计。
图1-1摩托车曲轴箱盖三维图
2压铸模具的整体设计2.1铸件工艺性分析
2.1.1铸件的工程图
所用压铸件为摩托车曲柄箱盖，该箱盖的材料为ADC12,其外形尺寸是：
315mmX268mmX132mm,平均壁厚约为4mm,该压铸件形状复杂，筋多壁薄，要求壁厚均匀，组织致密，表面完整、平滑富有光泽，不允许有花斑，并且有较高的力学性能要求。
其工程图如图2-1所示。
图2-1工程图
2」.2铸件工艺特点及性能要求
本次课题研究的是材料为ADC12的摩托车曲轴箱盖，它是摩托车发动机的主要构件，它的作用是容纳和支撑其内的所有零部件，保证它们之间的正确位置，是彼此之间能协调地运转和工作。
该曲轴零件是一种典型的、相对复杂的、加工技术要求较高的箱体类零件。
它的主要加工部分是分割面、轴承孔、缸孔、通孔和螺纹孔。
结构中的多种孔、面，都要求相对较高精度。
箱体零件是机器的基础零件，它将其它零件连结成一个整体，使各零件之间保持正确的相互位置关系。
通过分析该曲轴箱盖的结构特点和工作要求，曲轴箱体同样具有普通箱体的特征和技术要求。
曲轴箱山箱盖和底座两部分组成，曲轴箱体本身的钢度较差，不采用特殊措施很难保证其平面度、垂直度等要求。
零件的精度对箱体内零部件的装配精度有决定性影响。
它的成型质量的好坏将直接影响着摩托车的使用性能、工作精度和寿命。
2.1.2压铸件分型面的确定
压铸模的动模与定模的结合表面通常称为分型面。
选择分型面应该注意的要点如下:
开模时保持铸件随动模移动方向脱出定模；分型面应选在圧铸件外轮廓尺寸最大的截面处；有利于浇注系统、排气系统和溢流系统的布置；
要求不影响铸件的尺寸精度；
简化模具结构。
本次设计的压铸件表面质量要求高，分型面设在最大投影面上，不仅便于模具的设计，而且有利于排气和分型，确保了表面质量。
图2-2分型而的确左
2.1.3浇注位置和充填形式
铸件结构复杂，有两个侧抽芯，型腔大，所以不宜采用中心浇注。
本次设计中横浇道采用变通的梳妆形式浇口，从底端浇注，浇注位置选在平台的端面，即分型面上。
这样金属液沿型壁充满型腔，避免正面冲击型芯，排气条件良好；并且在浇口和溢流槽处可设置推杆，使压铸件上不留推杆痕迹。
梳妆形浇口与压铸件分型面的方式如图2-3所示。
这种充填形式，使金属液沿着一个大方向、同步、快速、较均匀的充满型腔，并将型腔内的气体通过排溢系统排除模外，避免金属液因回流产生碰撞涡流而卷气
图2・3梳妆形浇口连接方式
2.2压铸成型过程及压铸机的选用
2.2.1压铸件型号的选用及其主要参数
本课题设计的压铸件在分型面的投影面积为1061cm2,压铸件的质量为&293Kg,铝合金一般件的比压推荐值为3O~5OMpa,采用的是卧式冷室压铸机，其型号是J1180G,>4'参数见表2-1o
表2-1压铸机的主要参数
参数名称
数值
参数名称
数值
合模力/kN
8000
最大金属注入量（铝）/kg
15
拉杆内间距（水平X垂直）
/mm
850X850
一次空循环时间t/s
14.4
动模座板行程/mm
670
压室法兰凸出髙度/mm
15
模具厚度（最小/最大）
420/950
冲头跟踪距离/mm
220
压射位置/mm
0,140,280
铸件顶出力/kN
360
压射力/kN
300-750
铸件顶出行程/mm
180
压室直径D/mm
80/90/100/110/120
系统工作压力/MPa
12.5
压射比压/MPa
3&2〜156
机器总重w/t
55
最大铸造面积/cn*
536〜3015
机器外形尺寸（长X宽X高）
/mm
9500X2800X
2830
2.2.2压铸机的校核
（1）锁模力的校核
压射时，在压射冲头作用下，液体金属以极高的速度充填压型。
在充填型腔的瞬间将产生动力冲击，达到最大的静压力。
这一压力将作用到型腔的各个方向，力图使压型沿着分型面胀开，故称为胀型力。
胀型力的大小可按下列公式计算⑶：
F主二A・P/10（2-1）
式中F主主表示主胀型力，KN；
P表示最终的压射比压，MPa；
A表示铸件（包括浇注系统和排溢系统）在分型面上的总投影面积，耐。
山于侧向活动型芯成形端端面面积相对整个铸件而言不大，故忽略分胀型力。
F眦$K（F」：
+F分）（2-2）
式中F賴表示压铸件应有锁模力，KN；
K为安全系数，一般取1.25o
本次设计取比压值为40MPa,压铸件在分型面的投影面积A为1061cm2,一般另加30%作为浇注系统和排溢系统的面积。
代入数据得：
F主二1061X1.3X40-rl0=5517.2KN
FW=8OOOKND1.25X5517.2=6896.5KN
经校核，所选压铸机的锁模力合格。
（2）压室额定容量的校核
每次压铸的金属液总量不能超过压室可容纳的金属液总量，
G应〉（W+V2+V3）p/1000（2-3）
式中表示压铸机压室额定总量，kg：
W表示压铸件的体积，cm"；
V2表示浇注系统的总体积,cm';
V3表示排溢系统及余料体积，cm3;
p表示液态合金密度，g/cm3o
代入数据：
G姬=15kg>（1059+214+178）X2.44-1000=3.48kg
经校核，所选压铸机压室额定容量合格
2.3浇注系统设计
压铸模浇注系统是将压铸机压室内熔融的金属液在高温高圧高速状态下填充入压铸模型腔的通道。
它包括直浇道、横浇道、内浇口、以及溢流排气系统等。
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方面都起着重要的控制与调节作用。
因此它决定着圧铸件表面质量以及内部显微组织状态，同时也影响压铸生产的效率和模具的寿命I⑼。
根据压铸机的形式和引入金属液的方式不同，压铸模浇注系统的组成形式也有所不同，大体分热压室、立式冷压室、全立式冷压室这三种。
该设计选用卧式冷压室型的浇注系统，山直浇道、横浇道、内浇口和溢流槽、排气道组成。
2.3.1内浇口的设计
（1）内浇口横截面积的计算
①充填速度
表2-2充填速度推荐值
合金铝合金锌合金镁合金黄铜
充填速度20〜6030〜5040〜9020〜50
根据参考文献⑶查得，铝合金密度为2.4g/cm3,充填速度推荐值为：
20〜60m/s,注:
当铸件的壁很薄，并表面质量要求较高时，选用较高的充填速度值；对于力学性能，如抗拉强度和致密度要求较高时选用较低的值。
根据摩托车曲轴箱盖的使用环境和特点，其要求较高的力学性能，同时表面质量也不能太差。
故选用40m/s的充填速度。
2）充填时间
填充时间是金属液最初从内浇口压入型腔开始到型腔充满的时间。
填充时间主要取决于压铸件的壁卑和金属液的流动长度。
在一般情况下填充时间的推荐值见参考文献⑶。
摩托车曲轴箱盖的平均壁厚大约为4mm,根据充填时间推荐值：
铸件平均壁厚为3.8mm,其型腔充填时间为0.05〜0.12s。
故选用充填时间为0.08s。
由流量计算法公式国：
Ag=%•呛.丁（2-4）
式中Ag一内浇口横截面积（mm2）；
G—通过内浇口的金属液质量（g）;
p—金属液的密度（g/cin3）；
Vg—内浇口处金属液的流速（m/s）；
T—型腔充填时间（s）o
代入数据求得：
Ag=8293/（2.4X40X0.08）=1080mnr
（2）内浇口横截厚度、长度、宽度的计算
为保证金属液均匀地在内浇口整个宽度上流过，就要确定一个最小厚度。
内浇口厚度过小，金属液中杂质可能把内浇口堵住一部分，内浇口有效流动面积变小。
厚度过大,去除浇口困难，容易损伤压铸件。
内浇口最小厚度不小于0.15mm,最大补超过压铸件壁厚的一半。
根据参考文献⑶，可查得内浇口厚度的经验数据表和内浇口厚度相关公式。
内浇口厚度h与凝固模数M的关系：
h=kiM+k2（2-5）
式中h为内浇道厚度（mm）
ki为系数（mm/cm）,铝合金ki=3.7；
k2为系数（mm/cm）,铝合金k2=0.5
M为铸件的凝固模数，M=V/A；
V为压铸件体积（cm'）
A为压铸件表面积（cm?
）
代入数据得h=3.7*1059/1061+0.5«4.2mm
适当选取此铝合金铸件内浇口厚度为4・2mm,圆环件内浇口的宽度为外径和内径的
0.25〜0.3倍。
外径和内径分别大约为60mm和64mm□所以宽度设为31mm；长度为45mmo
2.3.2横浇道的设计
（1）横浇道的形式及尺寸
横浇道是指从直浇道末端到内浇口之间的通道没有时横浇道可划分为主横浇道和过
度横浇道。
根据铸件及内浇口特点，选用横浇道的形式如下，截面为矩形，浇道形状及尺寸如图2-6o
（b）横浇道的基本尺寸
（a）直浇道、横浇道的形式
2-7o
图2-7端而联接方式
图2・6横浇道立体图及具体尺寸
2.3.3直浇道的设计
直浇道尺寸山浇口套尺寸决定。
浇口套内径与压室内径相同，由于压铸机选择型号为J1170A,其压室直径为80/90/100/110/120选取80mm为浇口套内径，其他尺寸根据情况自行设计。
2.3.4排溢系统设计
为了提高压铸件质量，在金属液充填型腔的过程中应尽量排除型腔中的气体，排除混有气体和被涂料残余物污染的前流冷污金属液，需要设计排溢系统。
排溢系统山排气道、溢流槽、溢流口组成。
溢流槽的结构如图2-8所示。
图2-8溢流槽的结构
（1）溢流槽尺寸设计
溢流槽尺寸选取:
溢流口厚度h=1.3mm：
溢流槽厚度H=12mm；溢流槽A=30mm,B=35mmo溢流槽圆角半径R=5mm。
（2）排气槽设计
排气槽用于从型腔内排出空气及分型剂挥发产生的气体，其设置的位置与内浇口的位置及金属液的流态有关。
为使型腔内的气体在压射时尽可能被压铸的金属液排出，要将排气槽设置在金属液最后填充的部位。
排气槽一般与溢流槽配合，布置在溢流槽后端以加强溢流和排气的效果。
本次设计的排气槽结构如图2-9所示。
排气槽由分型面上直接从型腔中引出来，呈曲折形状，有利于防止金属液从排气槽中喷射出来。
图2-9排气槽三维示图
根据参考文献⑶，本次设计选择排气槽深度为0.15mm：
宽度为20mmo
2.3.5浇注系统三维图
图2-10带浇注系统和排气系统的铸件
如图2-10所示，为铸件带有浇注系统和排溢系统的三维图。
溢流槽、集渣包和排气部分设于分型面外圉，用于排除型腔中的气体和排除并容纳冷污的金属液和氧化物。
3压铸模具的CAE模拟分析3.1模型的导入与网格处理
由于本次设计产品形状复杂，为了减少网格数，把网格划分如下图3-1：
网格数为:
Block1=4531800;Block2=163800:
Block3=63840:
网格总数为：
4759440。
图3J网格划分示意图
（a）产品体结果査看（b）型腔内部结构结果査看
图3-2网格划分结果查看图
3.2参数设定
型腔的初始温度设为293k,压强采用相对压强。
因为该产品是用ADC12材料制造而成，因此选择
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