消失模铸造模具手册.docx

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消失模铸造模具手册

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第一章铸件工艺设计

生产消失模铸件成功的关键在于，懂得铸件生产厂、用户和模具设计者三者之间紧密配合的重要性。

模具设计者先根据用户提出的要求和铸件厂的需要，其次要满足模具制造和模型成型的要求。

以下提出的问题有助于建立模具设计的规范。

一、消失模铸件有那些综合设计要点？

当用户和铸件厂在讨论铸件工艺时，需要考虑消失铸造（简称EPC）的一些设计特点，包括:

1、铸造孔

在其他类型的铸造方法中,铸造孔可以通过砂芯或者是通过机加工（例如钻孔）获得.对每个铸件来说是否铸孔都有其相应的特点,但是一般情况下,铸出孔使后续的机加工的成本降低.通过专门的模具设计如使用销钉.芯棒或其它机构可以将铸造孔直接在模具上做出。

2、减少加工余量

规范正确的EPC模具设计可以通过减少拨模斜度和加工余量来降低铸件的重量.这种灵活的设计在许多其他的铸造方法中是不可能的.它是EPC工艺的最大优点之一。

3、消除复杂而昂贵的砂芯

EPC工艺中消除了普通砂型铸造中不可缺少的砂芯.EPC模具中的固定的和可以移动的活块在泡沫模型中形成与砂芯相似的形状,既铸件中的（砂芯）形状.

4、其它设计要点

EPC模具技术具有许多其它铸造方法所不能提供的生产铸件的特点----负的拨模斜度.镶嵌铸件.特殊的结构（如曲面通道）和复杂的盲孔等都有可能铸出。

图1所示的是经过优化设计的EPC铸件：

图1优化设计的EPC零件的关键特点说明

详细的铸件工艺分析需要确定一些机加工和铸造方面有关的因素以及铸件，分型面，浇注系统和尺寸公差等问题，通过讨论引导对模具型腔的初步分析。

零件加工图要和铸件图联系起来进行仔细地审查，这将有助于使许多因素综合起来进行设计。

5、全面的铸件设计

根据铸件的形状确定分模面，一般的，消失模铸造的分模面和其它铸造工艺相类似，但在某些细节上略有不同：

生产设计人员要和模具设计人员共同确定分模面，胶合面的位置以及所希望的特点，就可以减少模型分块的数量。

6、砂芯特点

具有凹槽，内腔，连接通道或者其他孔洞特点的铸件，采用其他铸造方法时需要使用砂芯：

在EPC工艺中,则可以通过使用活块或者将分块模型胶合在一起等方法来解决

7、机加工特点

例如钻孔,减少加工量,埋头钻孔,锪孔及其它加工的目标都可以铸出,但铸件的方位将对模具中使用的活块设计有很大的影响。

二生产量如何确定？

零件的需求量和它的生产周期决定模具上型腔的数量或模具数量，单型腔EPC模具也能生产大量的模型.但是,必须有时间对模具进行维护.

三需要什么样的精确度?

铸件必须通过两种方法审查:

首先要考虑铸造公差,其次是加工公差.当铸件要考虑许多影响精度的因素时,只有依靠铸造技术人员的经验才能确定是否这些因素能控制在所需要的公差范围内.

四如何确定价格目标？

确定一个铸件的价格需要考虑多种因素。

就模具方面讲，要考虑的主要因素是EPC模型的价格增加模具内的模型数量根据机器每一循环消耗费用和每一循环制成的模型数量来看，每个EPC模型的价格就可降低。

开始只用一套模具，以后当产品需求量提高时，可以增加模具的套数。

五什么是交货任务？

有两种重要的交货条件：

1、模具交货

模具的制造方法对其制造周期有一定的影响。

复杂的加工模具比简单的铸造模具要花费更长的时间。

随着CAD/CAM技术的广泛应用，加工模具的交货时间将会缩短，只有当工程项目和交货任务以决定的情况下，才能确定模具的类型。

2、模型制造周期

根据模型生产的要求可制定出交货计划，在预期的模具最高生产效率下，模具必须有能力生产所需要的模具数量，增加模具中模型的数量可以缩短模型的生产时间。

六如何获得最佳的模型质量？

影响模型质量的最大因素是模具本身的质量，评价模具的优劣不能简单的认为“机加工模具比铸造模具的模型好”，而应从“哪一种模具能以最低的成本生产出合格的EPC模型”的角度来讨论。

任何模具，只要能按照工程项目的要求以合理的价格制造出合格的EPC模型，并且能按期交货，就可以说是达到了质量要求。

假如工厂的目标是以最短的时间生产出精确的EPC模型，那么采用的自动化操作的机加工模具可以认为是最好的方法，图2概括了模具设计中应该考虑的一些因素如模具结构、运行方式、出模方式和模型材料等。

图2铸件设计参考表格（先于模具设计）

第二章模具设计

在对EPC铸件完成正确的工艺设计后，下一步就要设计于之相关的模具。

在讨论模具时，通常认为模具仅有一个型腔，然而，为保证生产或组装模块的需要，也可能需要设计为多个型腔。

这取决于具体的产品，这里只简单的论述。

为便于讨论，提供一般模具说明及组成模具的各个组元的详细说明，模具本身包含的要求也在图3中表明。

一、模具的基本要求

1、模具型腔

模具型腔使珠粒发泡成型，模具的制造方法决定了型腔的精度，模具型腔表面必须是抛光的并且没有反斜度部位。

2、气室

气室是模具的组成部分，它的作用是通过热蒸汽，水和空气，气室是密封的，它的大小和高度对模型的质量和生产周期都有影响。

对每一个零件设计气室时都必须仔细的考虑。

3、背板

背板位于模具的背面，相当于一个盖板，将气室密封起来。

4、公共设备连接（水，蒸汽，压缩空气等）

模型必须和蒸汽，水和压缩的循环空气连通，水和蒸汽管道安装在型腔的背面，保证蒸汽的循环的均匀和冷却过程中水的迅速排出，空气的通道应设计在型腔的顶部或侧面。

5、料枪的连接

模具设计中应该还应有是珠粒从储存桶流入料枪的充填装置。

6、模具的固定

图3整体式模具的基本结构

模具（上，下型）紧固在成型机的平板上。

模具的固定部位和类型的选择随成型机及成型操作的特点而变化。

二、模具的组成

除了前面所述的模具基本的要求外，为了便于模型的生产还可以采用其它普通的装置，这些装置和具体的型腔结合在一起，组成了一套模具的基本部分。

三、模具的型腔

1、收缩率

在设计过程中，必须确定所有的EPC模型材料和铸件材质，所有这些材料的收缩率都必须加在模具型腔的尺寸上。

2、模型材料的收缩率

这一问题在模型材料部分讨论。

3、金属的收缩率

每种金属都有它本身的收缩特性，EPC铸件的收缩率类似于砂型铸造，但也略有不同。

每种铸造工艺都有其特性，必须征求模具制造和铸件工厂的意见。

确定收缩值范围时，必须考虑以下因素：

（1）合金种类

（2）铸件结构特点

（3）砂箱位置

（4）砂箱中铸件的位置方位（同前）

四模具材质

1、铝胚加工制成的型腔和气室

几乎所有加工制造的模具材质都有用铝合金6061—T651的配料。

这种合金牌号表明材料是经过热处理并且是消除应力的，对它进行机加工和抛光处理可以达到最高标准的精确度和表面光洁度。

2、铸造模具型腔和气室

最常用的铸造模具材质是铝合金A356必须确保在模具设计和浇注过程中消除模具的内部缩松，此外，所采用的铸造方法还必须能铸出较高质量的型腔表面，以便能精确地抛光和机加工。

如果铸件要进行全面的加工，那么在加工前应进行热处理。

3、背板

铸造铝合金模具和夹板要保证稳定性和精度，因此下一步工序对表面平整度和平行度要求较低。

4、紧固装置

所有的螺钉和夹紧零件都应采用无磁性不锈钢，以保证其耐腐蚀和便于拆御。

5、模具型腔设计

模具型腔材料和制造方法的选择对EPC模型的精度有很大的影响,表1列出了模具型腔的正常公差范围，但采用特殊的设计方法可以使模具型腔的整体或局部更加精确.

6、加工模具

模具型腔的制造可采用不同的加工方法包括CNC,双联法,EDM及其它标准模具加工方法.通常的,模具型腔是由配料切削而成,当然,铸造模具也可以进行加工。

对加工模具来说，如何形成模具型腔的壁厚是重要的因素，因为模具背面要进行加工才能是壁厚更均匀或使壁厚在一定的尺寸范围内。

一般地，壁厚范围在8毫米到13毫米之间。

7、铸造模具

这里提出的模具型腔的制造方法是铸造成型，铸造模具成本较低并且交货期短，但相比于加工模具来说其精度也较低。

铸造模具的型腔壁当然也是铸造的，壁厚精度和均匀性都不如加工模具。

通常铸造模具的壁厚在11毫米到16毫米之间。

模具型腔精度

模具类型标准特制

加工模具±.10±.08

铸造模具±.75±.25

表1模具型腔的精度，单位：

毫米

8、组合模具

模具可以组合式的，可以使几种不同的模具组合使用相同的气室，铺助机构和出模机构，各插入模具由所设计的模板使模型在气室中都有适合的定位特性，模板必须用螺钉紧固和密封以防蒸汽泄露。

9、其它模具方法

对相同的产品来说还有许多其它的模具制造方法，这些包括采用金属喷涂，塑料制品，金属陶瓷和装配组合模具方法等。

对这些特种工艺的研究不断深入发展时，遇到了许多困难，至今大多数在生产中没有得到应用：

较低的机械强度，高昂的成本，对复杂零件的模具设计无能为力以及较短的模具寿命等，都大大地影响了这些工艺的应用。

10、型腔设计

模具的型腔都是按具体零件设计的，分模面，型壁和排气孔的设计都是随零件而不同的。

11、分模面

定模和动模之间的结合处，或模具主体和活块之间的结合处形成了模型的分模面，选择合理的分模面可以降低模具的复杂性和成本。

12、排气孔

型腔在珠粒充填，蒸汽加热和水冷却操作过程中，排气孔的位置是很重要的。

分模面和型腔的综合排气以及专门的技术可以在充填珠粒时排出型腔的气体。

一些排气工艺的设计参看图。

13、加热和冷却

模具的加热是有向模具气室通入高压蒸汽来实现的，蒸汽通过一个或多个连接到蒸汽源的管道进入气室并加热气室壁。

加热的温度和速度可以通过改变蒸汽的压力值来控制。

模具必须有足够进气和排气管道，并在设备的控制下，发挥模具正常的功能。

图4型腔排气工艺简图

模具冷却过程通常是用安装在气室中的水管来完成的，水管是表面有一系列小孔的铜管，当注入水时就能冷却型腔内壁，在特殊情况下，也可以采用喷水管或其它的特殊水冷装置。

图5所示的是标准的冷却水管。

14、模具型腔壁厚

为保证最佳的成型工序，模具型腔壁厚必须是均匀的。

当进行设计时，铸造的要求不允许有均匀的壁厚,在这种情况下,减薄模具壁厚可以使用特殊的方法和材料,一些减薄壁厚的技巧如图6所示.

15、型腔的定位

在生产过程中为确保动模和定模两半模具正确地定位,必须采用导向销。

设计定位销有很多方法，但所有的普通定位销都有必须在对应面上装配销套，如图7所示。

图5、标准的模具冷却水管通常就是有一系列小孔的铜管冷却模型壁的背面

图6、型腔壁厚尽可能均匀，厚大部分安装通气孔图7、模型定位销的设计五模具上的活块装置

在模具中附加的机械装置用以抽出活块，主要的用途是形成零斜度表面，反斜度表面，与模具开启方向成一角度的斜孔，以减轻模型重量和有助于出模。

象型腔设计一样，活块的设计也是随零件而不同的。

参看图8、图9。

1、活块的特点：

活块可以分为两类：

加热的活块和冷的活块。

空心活块导热性较好因为蒸汽可以通过它加快发泡成型，水也可通过它冷却活块。

冷活块通常采用实心圆棒，直径为9.5毫米或更小，不能用它来传送蒸汽。

活块可用多种材料制成，包括铝，黄铜，朔料和不锈钢。

2、活块的运动

活块的运动各不相同，大多是直线运动，可以通过导向机构如衬套和导向滑块来控制活块导向。

活块可由汽缸或液压缸驱动，或者依靠模具的开合使之运动。

3、活块的加热和冷却

尺寸较大的活块为保证能够充分地控制温度，一般安装有独立的加热和冷却装置，不与其它模具部分发生联系。

4、活块与其它装置的配合

往往活块的设计都要与其它装置配合，这就要求模具必须按照具体的程序打开。

活块通常安装与成型机工序有联系的电子元件。

图8芯棒（活块）装置的使用实例

图9活块装置的实例六模型顶出机构

模型顶出机构用于将模型从模具型腔中取出，同时应避免损坏模型和能够加速造型循环。

可以使用不同类型的