铝合金压铸零件设计.docx

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铝合金压铸零件设计

对组件E1的外壳模具设计

指导老师：

熊伟

组长：

高科文

组员：

任伯韬韩钊王建康马晓骁

王定刚赵造标贺泽成吴昌军

班级：

成型112班

2014年6月10日

一前言及分组………………………………………………………………………………2

二E1组件形状及尺寸……………………………………………………………………………3

三E1组件外壳对组件的保护和美观……………………………………………………………4

四外壳的初步设计………………………………………………………………………………4

1结构密封分析………………………………………………………………………………5

2E1件固定与上下板连接分析…………………………………………………………………5

3散热分析…………………………………………………………………………………………6

4外壳材料的选择………………………………………………………………………………6

5E1组件外壳厚度的设计………………………………………………………………7

五外壳成型零件设计形状及分析…………………………………………………………………8

1压铸件结构设计的工艺性………………………………………………10

2外壳技术要求.…………………………………………………………11

2加工余量………………………………………………………12

4铸造和圆角……………………………………………………13

5起模斜度………………………………………………………14

七压铸成型设计………………………………………………………………………………14

1压铸机的选用及相关……………………………………………14

2压铸模具基本结构………………………………………………15

3压铸成型过程……………………………………………………………16

4分型面的设计……………………………………………………………17

5浇注系统的设计…………………………………………………………18

浇注系统的结构与分类……………………………………………18

内浇口的设计…………………………………………………19

横浇道的设计…………………………………………………19

直浇道的设计…………………………………………………20

6排溢系统的设计………………………………………………………21

7模架的设计………………………………………………………………22

对组件E1的外壳模具设计

一、前言及分工

关于这次对E1组件的外形设计我想每个人拿着都有一种自己心目中的外形，但这次老师的分组设计，在我们第二组九个人必须且只能有一种方案。

对于我们的设计思路，我先这是一个很重要的问题，最开始我们大家很茫然，没有清楚我们对E1件外壳应该从那些方面着手，我也在想老师经常提及用现代模具设计的方法，现代模具设计我想应该是结合CAD和CAE软件去完成这次作业，但是对软件，确实不是那样的熟悉，也就只能用我们自己的方式去表达这次设计内容。

对于这次设计，并不是重要的不是这次设计的结果，应该是这次设计过程中设计本专业的知识要点和原理分析，这次设计突出的要点，着重在E1外壳的压铸件设计，分型面设计，浇注排溢系统上。

分组讨论合作

第一组：

任伯韬韩钊马晓骁王定刚

共同完成组件外壳设计主要

1、尺寸分析；2、材料选择；3、壳体的密封；4、壳体的链接；5、功能分析；6、UG作图。

2、第二组：

王建康赵造标贺泽成吴昌军

完成成型方式及模具生产方式

1、压铸机选择；2、压铸模具基本结构；3、分型面设计；4、浇注系统的设计；5、排溢系统设计；6、模架的设计；7、推出机构设计；8、复位机构设计。

二、E1组件形状、尺寸

通过测量确定零件外形的具体尺寸

对电路板的描述

长：

140.0mm宽：

111.0mm

厚2.0mm

高：

34.0mm

定位螺纹孔M3边界4.5mm处

大插孔与外形相关外形尺寸：

长59.0mm宽30.5mm左上角22.0mm

小插孔外形尺寸：

长20.0mm宽8.0mm高9.0mm左下角38.5mm三、E1组件外壳对组件的保护和美观

这应该是我们对外壳设计前要考虑的所设计外壳应具备的功能因素了，E1件是汽车的控制油路的一个零件，从运用场合和作用分析E1外壳件应该对E1组件具有1、保护作用从1）密封防湿、防尘，2）支撑、散热，方面设计；2、还有审美，外观方面设计。

1、为让组件E1拥更长的使用寿命主要起到保护的作用，

1）E1组件各电路板线路免受避免水进入以及灰尘、粉末等不良物质堆积于线路板，保证组件的内部干净整洁其它尖锐物品的刮伤，在电路板外侧，外壳可以对于内部电路有很好的保护作用，防止不小心碰到损坏电源电路、电路各种小部件，造成的电路不能正常工作的情况

2）必须支撑内部组件，一方面为保护E1正常工作；另一方面，留一定空间方便散热

2、设计合理的空间放置和审美外观

四、外壳初步设计分析

通过观察组件的结构和形状，并结合零件功能因素确定外壳外形设计图样。

从外壳对组件的密封、定位、散热方面分析，把外壳做成下底板、上盖板和一些小件（如支撑座、螺钉、塑料圈）组成。

其结构特征如下：

1、结构密封分析

由于E1组件是汽车上的零件，要满足防潮，防尘的功能，所以要严格密封：

1）在对外壳设计时的表面不打孔，除了大插口和小插口处，还有上盖板五个螺纹连接孔口外。

2）在大插口和小插口与外壳配合时加加塑料圈，在上下板支撑座连接处加塑料圈。

3）上下盖板合盒时要能达到严格密封把接触处上盖板为外凸内凹，下底板外凹内凸，用三个面组合达到密封效果；另外，为了与支撑座一致，在配合处加塑料圈达到很好密封。

2、E1件固定与上下板连接分析,

设计用五个支撑座对E1板进行固定，E1板厚度2mm，底板最低处距离下板面5mm最高出离上板面18mm，大插座口上部离底板上24mm，所以下支撑座高6mm，上支撑柱26mm，为了让支撑座在E1组件内减小占用电路空间支撑座直径5mm，螺纹孔和电路板孔一致3mm。

根据5个链接柱体的大小（外直径7mm内径5mm）以及考虑到整个壳体的重量，选用M3型号的。

Dk3.6K1.1又根据上下壳体的厚度分别设计为28mm和10mm所以选用长L9的螺钉，链接柱体5根，其中四角各一根中间一根。

这样做的目的是让壳体更稳定，四个角体的柱体链接限制自由度和保证密封性更好，靠右边重量集中，右边中间柱体除保证密封链接外，同时起到支撑中间空间较大部分，保证强度保护壳体。

3、散热分析

由于E1电路板工作会产生热量，又由于外壳对E1的保护防潮，防尘的严格密封，造成散热收到影响，所以散热方面应考虑：

1）从E1组件外壳材料选择上，选择散热性好的材料。

2）在组件内部必须有足够散热空间，方便散热。

3）外壳表面加散热片，增加散热面积，提高对E1板的散热输的速度。

4、外壳材料的选择

在外壳材料的选择方面，首先我们应该从那些方面选择材料：

1）由于前面散热要求对材料的选择，选择的E1组件外壳材料必须是具有良好的导热能力，散热性能好的。

2）E1板外壳是汽车上的零件，所选材料必须拥有一定的强度起支撑作用，具有良好的抗震性，抗冲击能力。

3）需要拥有良好的铸造性能，所谓的铸造性能就是能获得优良铸件的能力包括：

流动性要好、收缩率要小、防止氧化等。

4）在满足性能的情况下，必须减低成本，节约能源和材料。

从散热要求方面，散热性能好坏排名Cu、Ag、Al、Fe；因为Cu、Ag价格太贵，成本太高，并且强度也是不怎么好。

Fe散热效果太差，所以选择Al，成本也不高，但是纯铝的硬度很低，用铝硅合金挺高其强度，另一方面ZL102合金的良好性能如:

1）ZL102合金具有结晶温度间隔小、合金中硅相有很大的凝固潜热和较大的比热容、线收缩系数也比较小等特点，因此其铸造性能一般要比其他铝合金为好，其充型能力也较好，热裂、缩松倾向也都比较小。

2）ZL102共晶体中所含的脆性相（硅相）数量最少，质量分数仅为10%左右，因而其塑性比其他铝合金的共晶体好，仅存的脆性相还可通过变质处理来进一步提高塑性。

3）ZL102共晶体有良好的塑性，能较好的兼顾力学性能和铸造性能两方面的要求，所以ZL102合金是目前应用最为广泛的压铸铝合金

4）ZL102合金的化学性能稳定，表面形成致密保护膜，增强使用寿命

5）ZL102合金具有良好的导热能力，散热性能好

ZL102合金适用于做仪表，电路仪器外壳，所以所用材料选择ZL102合金。

5、E1组件外壳厚度的设计

E1件外壳的厚度设计应从哪些方面考虑：

1）所设计的厚度必须满足支撑、抗震强度要求，使用一定的年限。

2）拥有的厚度成型方便必须有利于成型性能和方便成型，有利于保证ZL102合金液的流动性。

3）须减低成本，节约能源和材料。

1）为了成型方便和成本的问题选用2MM（大部分壳体），这样的厚度也好压铸成型,厚度均匀，这样有助于减小压铸过程中所易产生的缺陷，如;裂纹冷隔现象等等。

铝硅合金在这样的厚度的抗压强度符合要求，不易在使用中破坏或是变形。

2）上盖的长宽高分别为：

149mm111mm32mm厚度为2mm.其中散热片共11片厚度2mm.长度60mm,高15mm.这样增加了壳体与空气的接触面积，有利于散热。

保护内部机构。

3）产品的形状要求，每个连接孔或是外轮廓之间的距离所限制，除去连接柱的直径大小，这是最合理的厚度。

铝的抗拉强度80~100MPa，其合金的强度高于纯铝。

五、外壳成型零件设计形状及分析

外壳形状图及尺寸

下底板外形图

上盖板外形图

1外壳结构设计的工艺性

E1外壳件的质量除了受到各种工艺因素的影响外，其外壳零件压铸设计的工艺性也是一个重要的因素，其结构合理性和工艺适应性决定了后续工作能否顺利进行。

如分型面的选择，浇道的设计，推出机构的设置，收缩规律的掌握，精度的保证，缺陷的种类及其程度等，都是与压铸机本身的压铸工艺性的优劣相关的。

压铸工艺对压铸件的结构设计要求：

1）方便讲压铸件从模具中取出；为了方便铸件从模具中取出，对压铸件设计时对分型面的选着必须合理和对压铸外壳的脱模斜度的设置。

2）尽量消除侧凹和深腔；在初步功能结构设计时没有对外壳件设计侧凹，为了分型面平整，把外壳分型面处的阶梯口不铸出，采用机加工的方式成型。

3）尽量减少抽芯部位；为了减少抽芯部位，把螺纹孔去掉不铸出来。

4）消除模具型芯出现交叉的部位；不设置侧抽芯机构

5）壁厚均匀；初步设计时将壁厚设计为2mm

6）消除尖角；为了消除尖角，对E1外壳进行铸造圆角设计。

2外壳件技术要求

1）尺寸精度

外壳件能达到的尺寸精度和尺寸稳定性基本上依压铸模制造精度而定。

导致压铸件尺寸偏差的原因有很多，包括

（1）工作环境温度的高底；

（2）铝硅合金自身化学成分的偏差；

（3）合金金属收缩率的波动、开模、抽芯及推出机构运动状态的稳定程度；

（4）模具使用过程中的磨损量引起的误差等。

这些原因又互相交织在一起，彼此互相影响。

压铸外壳件的尺寸精度不仅与其尺寸大小有关，而且受其结构和形状的影响。

所以为了控制E1外壳拥有较高的尺寸精度必须严格控制模具和Al-Si合金液的温度、化学成分，以及模具的稳定性。

2）表面质量

在填充条件良好的情况下，压铸件E1外壳的表面粗糙度一般比模具成形表面的粗糙度低两级。

通过提高模具表面粗糙度提高压铸外壳件的表面质量。

为了压铸件表面质量有所保证；需要对压铸模具精心保护和按时维修。

3）机械加工余量

由于铸件具有较为精确的尺寸和良好的铸造表面，所以一般情况下，可以不进行机械加工。

同时，由于压铸件内部可能有气孔，所以应尽量避免再进行机械加工。

但是，某些部位还是应该进机械加工。

如装配表面、装配孔、成型困难没有铸出的一些形状，去除内浇口、溢流口后的多余部分等。

需要进行机加工的地方有：

（1）对于上下板没有铸出的螺纹孔，需要对其进行机加工钻孔和攻螺纹。

（2）对于没铸造出的上下板阶梯口要机加工，且上下板配合处有精度要求。

（3）内浇口和溢流槽断口处必须机加工。

械加工余量是为了保证E1外壳压铸件机械加工面尺寸和零件加工精度，在设计铸件和铸造工艺时，预先增加并在机械加工时应予以切除的金属层厚度。

铸件的加工余量数值按照有加工要求的表面上最大基本尺寸和该表面距它的加工基准间尺寸两者中较大的尺寸所在尺寸范围，从铸件加工余量表中选取。

另外，铸件的不同加工表面，可以采用相同的加工余量数值。

外壳铸件的加工余量选取根据参考文献[15]中推荐的加工余量选择。

3铸造圆角

对于E1件外壳在挤压壁面与壁面连接处的直角，锐角或钝角，都设计成圆角，只有预计选定为分型面的部位上才不采用圆角连接。

我们为什么需要铸造圆角呢?

1）铸造圆角有助于铝合金液的流动，减少涡流，气体容易排出，有利于成形；

2）同时又避免尖角处产生应力集中而开裂。

3）对于模具来讲，铸造圆角能延长模具的使用时间。

没有铸造圆角会产生应力集中，模具容易崩角，这一现象对熔点较高的铝合金尤其显著。

至于怎样确定铸造圆角，圆角的选择不能太小，太小造成以上问题对模具和零件损坏。

外壳圆角也就是型腔圆角半径R，内部圆角也就是型芯圆角半径小r，因为壁厚h均匀2mm。

R=r+h=4mm，在压铸铝合金r=选择1mm到2mm之间，选2mm。

4脱模斜度

1）为什么要有脱模斜度：

在铸型凝固后，为了保证压铸件从模具中顺利脱出，表面刮伤，延长模具寿命应该在模具的相应位置设置一定的倾斜角度，即起模斜度。

2）脱模斜度的大小和压铸件的壁厚以及合金种类有关。

关于E1外壳件的脱模斜度如何取；

（1）一般压铸件厚度越厚，合金对型芯的包紧力越大。

（2）合金的收缩率越大，熔点越高，脱模斜度越大，也是包紧力问题。

（3）压铸件内表面应比外表面脱模斜度大，这是由于合金液的收缩，使铸件对型芯的包紧力很大，所以铸件内表面需要很大脱模斜度。

而外表面没包紧力作用，不需要太大的脱模斜度。

3）E1件外壳脱模斜度如何设置，我们都知道在与脱模方向一致的平面都应设置脱模斜度，在外表面，上下板的四周平面和上板散热片都应该有脱模斜度；内表面，内表面四周与支撑柱需要脱模斜度。

4）脱模斜度的选取标准

对于E1外壳压铸件。

为了保证铸件组装时不受阻碍，型腔尺寸以大端为基准，另一端按脱模斜度相应减少；型芯尺寸以小端为基准，另一端按脱模斜度相应增大。

5）脱模斜度的尺寸

E1件外壳属于非配合面外表面，精度要求不高，为了满足以上要求外表面脱模斜度α取

，内表面脱模斜度β取1°。

六压铸成型设计

1成型过程及压铸机的选用

至于这次E1外壳件的成型为什么选择卧式冷室压铸机，是源于卧式冷室压铸机的优良特性也是我们需要的，结合外壳件的生产工艺该是大批量生产，可以说我们需要的就是简单、方便、达到要求。

对于这种压铸机恰恰满足了我们需要的这种自动化、和高性能特点。

卧式冷室压铸机的特点：

1）操作工序简单，生产效率高，容易实现自动化。

2）压铸可以代替部分装配，且原材料消耗少，能节省装配工时。

3）金属液在浇道中流动时转折少，有利于发挥增压的作用，提高压铸件质量。

4）压铸铝合金件力学性能好。

5）互换性好，便于维修。

6）压铸产品轮廓清晰，压铸薄壁、复杂零件以及花纹、图案、文字等，能获得很高的清晰度。

7）压铸设备投资高，适合于大批量生产。

卧式冷室压铸机非常适用于ZL102这种铝合金的工艺成型。

2压铸模具基本结构

卧式冷室压铸模具由定模和动模两个主要部分组成。

1）定模固定在压铸机压室一方的定模座板上,其作用:

（1）是金属液开始进入模具型腔的部分;

（2）也是模具型腔的所在部分之一;

（3）定模上有直浇道直接与压铸机的喷嘴或压室连接。

2）动模固定在压铸机的动模座板上，随动模座板向左、向右移动与定模分开和合拢

（1）抽芯和铸件顶出机构设于其内。

（2）相对于本次零件的压铸工业把设计压铸机的结构为定模和动模成型零件部分、浇注系统、模体结构、顶出和复位机构

3）该套模具用在卧式冷室压铸机上，其基本结构如下：

（1）成型零件部分

在合模后，由动模镶块和型腔镶块形成一个构成压铸件形状的空腔，通常称为成型镶块。

构成成型部分的零件即为成型零件。

成型零件包括固定的和活动的镶块与型芯，如图中的镶块、主型芯、小型芯以及侧型芯等。

成型零件还构成浇注系统的一部分，内浇口、横浇道、溢流口和排气道等。

（2）浇注系统

浇注系统是熔融金属由压铸机压室进入模具成型空腔的通道，有浇口套、浇道镶块以及横浇道、内浇口、排溢系统等。

由于成型零件和浇注系统的零件均与高温的金属液直接接触，所以它们应选用经过热处理的耐热钢制造。

（3）模体结构。

各种模板、座架等构架零件按一定程序和位置加以组合和固定，将模具的各个结构件组成一个模具整体，并能够安装到压铸机上，如的垫块、支撑板、动模压板、定模套板、定模座板和动模座板等。

导柱和导套是导向零件，又被称为导准零件。

它们的作用是引导动模板与定模板在开模和合模时能沿导滑方向移动，并准确定位。

（4）。

将压铸件或浇注余料从模具上脱出的机构，包括推出零件和复位零件，如推杆、推杆固定板和推板。

同时，为使顶出机构在移动时平稳可靠，往往还设置自身的导向零件推板导柱和推板导套。

为便于清理杂物或防止杂物影响推板的正确复位，还在推板底部设置限位钉。

（5）其它。

除以上各结构单元外，模具内还有其它用于固定各相关零件的螺栓以及销钉等。

3压铸成型过程

利用卧式冷室压铸机来实现半固态挤压成型工艺主要需经历4个步骤，

（a）合模过程模具闭合后，压射冲头复位至压室的端口处，将足量的液态金属注入压室内。

（b）压射过程压铸成型是将液态合金压入型腔内进行凝固成型。

利用卧式冷室压铸机进行半固态挤压时，当液态合金进入型腔后不是任由其凝固至固态。

（c）开模过程压铸成型后，开启模具，使压铸件脱离型腔，同时压射冲头将浇注余料顶出压室。

（d）推出铸件过程在压铸机顶出机构作用下，将压铸件及其浇注余料顶出，并脱离模体，压射冲头同时复位。

4分型面设计

压铸件的分型面必须按照其原则进行选择，对E1的外壳分型面的讨论结合上面分型面的选择特点，选上下板配合处平面为分型面，在外壳件成型零件设计，阶梯口不铸出来作为分型面其优点：

1）在此铸件中其最大的外形轮廓尺寸断面，如果不是不是在其最大外形尺寸处，外壳件在分型时就可能无法处模具中将其取出。

2）分型面选在这里是为了在分型后能够有效的将铸件留在动模上，我们设计的铸件为方体的壳体，在成型后对型芯有包紧力，虽然在其他的地方也可以，但我认为在此处的铸件的包紧力最大，并且更便于分型。

3）有利于浇注系统、溢流系统和排气系统的布置，此处选择的分型面已经处于金属液流动的末端，金属液由定模处的交口开始流动将型腔中的气体赶往此处，使得整个型腔中的气体都能够得到有效的排出，所以最大程度的增加了模具的溢流效果和排气条件。

4）分型面选择在这里也便于磨具的加工可行性，此处是平面且加工的面积并不大，模具加工方便工作量小，提高了模具的加工效率以及节约了成本。

5浇注系统的设计

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。

1）浇注系统的结构及分类

浇注系统主要由直浇道及侧浇道、横浇道、内浇口。

2）内浇口的设计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。

内浇口设计的原则

（1）有利于压力的传递，内浇道一般设置在压铸件的厚壁处。

有利于型腔的排气

（2）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。

（3）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。

（4）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：

（5）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。

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。

（6）内浇道的设置应便于切除和清理

（7）内浇口的位置

对于上板：

根据上面的原则，同时由外壳的分型位置的确定，在图中的外壳中散热片处的数量大，在压铸的过程中不好冲型，因为有十多片，在充型的过程中阻碍金属液的阻力相对较大。

为保证其质量，把浇注口设计为分支流内浇口。

同时要靠近散热片，以便金属液能够充满型腔。

采用分支型内浇口分别在上板的散热片两侧。

对于下板：

同样为了使铸件能够保证其质量，使充型更好，而上板没有太多的凸凹部位，且厚度均匀，采用中心浇注.

（8）内浇口的尺寸

内浇口的截面积的计算有两种方式，分别是理论和经验公式。

在此我们并无实践经验，所以采用理论计算并参考一些理论数据的方式。

内浇口一般是浇注系统中截面积最小、阻力最大的部位、它的截面积与该处的金属液流动速度的乘积和压室的截面积与压室中金属液流动速度的乘积相等。

A=v/u*tU=k*K*u（u为充填速度）（kK都为速度修正系数）常去15m/st为充填时间。

当压铸件厚度在1~4mm时，k取1.25，K取2。

充填时间t1常取0、06s

最佳充填时间：

t=K1*K2*t1

对于铝合金;K1取0.9

对于厚度不均匀的：

K2取1对于厚度均匀的：

K2取1.5

3）横浇道的设计

横浇道是连接直浇道和内浇口的通道

作用：

（1）把金属液从直浇道引入内浇口内；

（2）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。

（3）横浇道的形式及尺寸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:

（1）横浇道截面积应从直浇道向内浇道方向逐渐缩小。

（2）横浇道截面积都不应小于内浇道截面积。

（3）横浇道应具有一定的厚度和长度。

（4）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。

图横浇道二维图形及尺寸

为了防止金属液对型芯的正面冲击，横浇道与内浇口采用了端面联接的方式。

图端面连接方式

（4）横浇的尺寸：

横浇口的尺寸

横浇口的截面积一般比內浇口面积大以内浇口截面A为基准横浇口截面积为A1

由公式热室压铸机A1=（2~3）A

冷室压铸机A1=（3~4）A

4）直浇道的设计

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。

卧式冷室压铸机用直浇道示意图

直浇道截面积为内浇口2倍

6排溢系统的设计

1）溢流槽的作用:

（1）排除型腔中的气体，储存混有气体和涂料残渣的前流冷污金