基于UG的基座压铸模设计毕业设计.docx

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基于UG的基座压铸模设计毕业设计

毕业设计

设计题目基于UG的基座压铸模设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

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1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

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引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

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2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

摘要

压力铸造是目前成型有色金属铸件的重要成型工艺方法。

压铸的工艺特点是铸件的强度和硬度较高，形状较为复杂且铸件壁较薄，而且生产率极高。

压铸模具是压力铸造生产的关键，压铸模具的质量决定着压铸件的质量和精度，而模具设计直接影响着压铸模具的质量和寿命。

因此，模具设计是模具技术进步的关键，也是模具发展的重要因素。

根据零件的结构和尺寸设计了完整的模具。

设计内容主要包括：

浇注系统设计、成型零件设计、抽芯机构设计、推出机构设计以及模体结构设计。

根据铸件的形状特点、零件尺寸及精度，选定了合适的压铸机，通过准确的计算并查阅设计手册，确定了成型零件以及模体的尺寸及精度，在材料的选取及热处理要求上也作出了详细说明，并在结合理论知识的基础上，借助于计算机辅助软件绘制了各部分零件及装配体的立体图和工程图,以保障模具的加工制造。

关键词：

压力铸造；压铸模具；铝合金铸件

1　引言

随着铝制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业广泛应用，对压铸模具的需求日益增加，压铸模在国民经济中的重要性也日益突出。

模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。

以社会实际产品为课题，设计一副能够生产所给压铸件、结构合理、能保证制品的精度、表面质量的压铸模具，能熟练使用UG、AUTOCAD等CAD,CAE绘图软件。

使学生在铝压铸结构设计、铝压铸成型工艺分析、铝压铸模具数字化设计、铝压铸模具零件的选材、热处理、铝压铸模具零件的制造，为缩短工作适应期奠定坚实的基础。

1.1课题意义

1.1.1压力铸造的特点

高压力和高速度是压铸中熔融合金充填成型过程的两大特点。

压铸中常用的压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，有时甚至高达500MPa。

其充填速度一般在0.5～120m/s范围内，它的充填时间很短，一般为0.01～0.2s，最短的仅为千分之几秒。

因此，利用这种方法生产的产品有着其独特的优点。

可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件。

其压铸出的最小壁厚：

锌合金为0.3mm；铝合金为0.5mm。

铸出孔最小直径为0.7mm。

铸出螺纹最小螺距0.75mm。

对于形状复杂，难以或不能用切削加工制造的零件，即使产量小，通常也采用压铸生产，尤其当采用其他铸造方法或其他金属成型工艺难以制造时，采用压铸生产最为适宜。

铸件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。

铸件的尺寸精度为IT12～IT11面粗糙度一般为3.2～0.8μm，最低可达0.4μm。

因此，个别压铸件可以不经过机械加工或仅是个别部位加工即可使用。

压铸的主要优点是：

（1）铸件的强度和表面硬度较高。

由于压铸模的激冷作用，又在压力下结晶，因此，压铸件表面层晶粒极细，组织致密，所以表面层的硬度和强度都比较高。

压铸件的抗拉强度一般比砂型铸件高25%～30%，但收缩率较低。

（2）生产率较高。

压力铸造的生产周期短,一次操作的循环时间约5s～3min,这种方法适于大批量生产。

虽然压铸生产的优势十分突出，但是，它也有一些明显的缺点：

（1）压铸件表层常存在气孔。

这是由于液态合金的充型速度极快，型腔中的气体很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中。

因此，一般压铸件不能进行热处理，也不宜在高温条件下工作。

这是由于加热温度高时，气孔内的气体膨胀，导致压铸件表面鼓包，影响质量与外观。

同样，也不希望进行机械加工，以免铸件表面显露气孔。

（2）压铸的合金类别和牌号有所限制。

目前只适用于锌、铝、镁、铜等合金的压铸。

而对于钢铁材料，由于其熔点高，压铸模具使用寿命短，故钢铁材料的压铸很难适用于实际生产。

至于某一种合金类别，由于压铸时的激冷产生剧烈收缩，因此也仅限于几种牌号的压铸。

（3）压铸的生产准备费用较高。

由于压铸机成本高，压铸模加工周期长、成本高，因此压铸工艺只适用于大批量生产。

1.1.2压铸模具设计的意义

模具是压铸件生产的主要工具，因此在设计模具时应尽量注意使模具总体结构及模具零件结构合理，安全可靠，便于制造生产，压铸模浇排系统需合理设计。

模具的加工、装配要到位，配合需适当，压铸模具的优化也是一个重要方面。

压铸模具的优良程度很大程度上取决浇注系统以及排溢系统的设计。

压铸生产中，因为模具浇道形状、浇口与排溢口位置及压铸力等控制参数选择不合理导致压铸件缩孔、冷隔或者气孔等缺陷的情况常有出现。

而对浇道和排溢口的形状、大小、位置以及压铸机压射工艺参数经过优化后可以大大减少这些缺陷。

综上所述，压铸模具的合理设计对于生产出高质量的铸件具有重要意义。

1.2压铸发展历史、现状及趋势

1.2.1压铸的发展历史

压铸始于19世纪，其最初被用于压铸铅字。

早在1822年，威廉姆·乔奇（WillamChurch）博士曾制造一台日产1.2～2万铅字的铸造机，已显示出这种工艺方法的生产潜力。

1849年斯图吉斯（J.J.Sturgiss）设计并制造成第一台手动活塞式热室压铸机，并在美国获得了专利权。

1885年默根瑟（Mersen-thaler）研究了以前的专利，发明了印字压铸机，开始只用于生产低熔点的铅、锡合金铸字，到19世纪60年代用于锌合金压铸零件生产。

压铸广泛应用于工业生产还只是上世纪初，用于现金出纳机、留声机和自行车的产品生产。

1904年英国的法兰克林（H.H.Franklin）公司开始用压铸方法生产汽车的连杆轴承，开创了压铸零件在汽车工业中应用的先例。

1905年多勒（H.H.Doehler）研制成功用于工业生产的压铸机、压铸锌、锡、铜合金铸件。

随后瓦格纳（Wagner）设计了鹅颈式气压压铸机，用于生产铝合金铸件。

这种压铸机是利用压缩空气推送铝合金经过一个鹅颈式通道压入模具内，但由于密封、鹅颈通道的粘咬等问题,这种机器没有得到推广应用。

但这种设计是生产铝合金铸件的第一次尝试。

20世纪20年代美国的Kipp公司制造出机械化的热室压铸机，但铝合金液有浸蚀压铸机上钢铁零部件的倾向，铝合金在热室压铸机上生产受到限制。

1927年捷克工程师约瑟夫·波拉克（JesefPfolak）设计了冷压室压铸机，由于贮存熔融合金的坩锅与压射室分离，可显著地提高压射力，使之更适合工业生产的要求，克服了气压热压室压铸机的不足之处，从而使压铸技术向前迈出重要一步。

20世纪50年代大型压铸机诞生，为压铸业开拓了许多新的领域。

随着压铸机、压铸工艺、压铸型及润滑剂的发展，压铸合金也从铅合金发展到锌、铝、镁和铜合金，最后发展到铁合金，随着压铸合金熔点的不断增高而使压铸件应用范围也不断扩大。

1.2.2我国压铸产业的发展

我国压铸工业在近半个世纪的发展中有了长足的进步。

作为一个新兴产业，其每年都以8%～12%的良好势头快速发展。

目前，我国拥有压铸厂点及相关企业2600余家，压铸机近万台，年产压铸件50余万吨。

其中铝压铸件占67.0%、锌压铸件31.2%、铜压铸件1.0%、镁压铸件0.8%。

我国的压铸厂点及相关企业中，压铸厂点2000余家，占企业总数的80%以上，压铸机及辅助设备企业、模具企业、原辅材料企业近398家，占13.7%，科研、大专院校、学会等其他单位合计112个，占总数的3.8%。

压铸机生产方面，我国约有压铸机生产企业20多个，年生产能力超过1000台，压铸机的供应能力很强。

其中的中小型压铸机的质量较好，大型压铸机、实时控制的高性能的压铸机仍需进口，2000吨以上的压铸机正在研制中。

种种情况表明，中国的压铸产业已经相当庞大。

但是，与压铸强国相比，中国的压铸业还有着较大的差距。

中国压铸企业的规模较小，企业素质不高，技术水平落后，生产效率较低。

虽然与美国、日本等压铸先进国家相比，我国压铸件的生产占有一定的数量优势，但我国压铸企业以小型工厂为主，因此在管理水平和工作效率上，较之有很大的差距。

另外，虽然我国生产的中小型压铸机质量较好，但大型压铸机、实时控制的高性能的压铸机仍需进口，每年进口压铸机100台以上[6]。

由此可见，我国不能算作压铸强国，只能是压铸大国。

近年来，由于中国工业的迅速发展，压铸产业已经逐渐向很多市场迈进。

以中国的轿车工业压铸市场为支柱，中国的压铸业已经向摩托车行业、农用车行业、基础设施建设市场、玩具市场、家电产业等多个方向快速拓展，其势头方兴未艾。

1.2.3压铸产业的发展趋势

由于整个压铸过程都是在压铸机上完成，因此，随着对压铸件的质量、产量和扩大应用的需求，开始对压铸设备提出新的更高的要求，传统压铸机已经不能满足这些要求，因此，新型压铸机以及新工艺、新技术应运而生。

例如，为了消除压铸件内部的气孔、缩孔、缩松，改善铸件的质量，出现了双冲头（或称精、速、密）压铸；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；为了提高压射速度和实现瞬时增加压射力以便对熔融合金进行有效地增压，以提高铸件的致密度，而发展了三级压射系统的压铸机。

又如，在压铸生产过程中，除装备自动浇注、自动取件及自动润滑机构外，还安装成套测试仪器，对压铸过程中各工艺参数进行检测和控制。

它们是压射力、压射速度的显示监控装置和合型力自动控制装置以及电子计算机的应用等。

以下介绍的便是压铸行业中出现的新工艺技术。

（1）真空压铸

真空压铸是利用辅助设备将压铸型腔内的空气抽除且形成真空状态，并在真空状态下将金属液压铸成形的方法。

其真空度通常在380～600毫米汞柱的范围内，可以通过机械泵获得。

而对于薄壁与复杂的铸件，真空度应该更高。

由于型腔抽气技术的圆满解决，真空压铸在20世纪50年代曾盛行一时，但后来应用不多。

目前，真空压铸只用于生产要求耐压、机械强度高或要求热处理的高质量零件，其今后的发展趋向是解决厚壁铸件和消除热节部位的缩孔，从而更有效地应用于可热处理和可焊接的零件。

真空压铸的特点是：

显著减少了铸件中的气孔，增大了铸件的致密度，提高了铸件的力学性能，并使其可以进行热处理。

消除了气孔造成的表面缺陷，改善了铸件的表面质量。

可减小浇注系统和排气系统尺寸。

由于现代压铸机可以在几分之一秒内抽成需要的真空度，并且随着铸型中反压力的减小，增大了铸件的结晶速度，缩短了铸件在铸型中的停留时间。

因此，采用真空压铸法可提高生产率10%～20%.采用真空压铸时，镁合金减少了形成裂纹的可能性（裂纹时镁合金压铸时很难克服的缺陷之一，经常发生在型腔通气困难的部位），提高了它的力学性能，特别是可塑性。

（2）充氧压铸

国外在分析铝合金压铸件的气泡时发现，其中气体体积分数的90%为氮气，而空气中的氮气体积分数应为80%，氧气的体积分数为20%。

这说明气泡中部分氧气与铝液发生了氧化反应。

因此出现了充氧压铸的新工艺。

充氧压铸是消除铝合金压铸件气孔，提高铸件质量的一个有效途径。

所谓充氧压铸是在铝液充填型腔，用氧气充填压室和型腔，以置换其中的空气和其他气体，当铝金属液充填时，一方面通过排气槽排出氧气，另一方面喷散的铝液与没有排除的氧气发生化学反应而产生三氧化二铝质点，分散在压铸件内部，从而消除不加氧时铸件内部形成的气孔。

这种三氧化二铝质点颗粒细小，约在1μm以下，其重量占铸件总重量的0.1%～0.2%,不影响力学性能，并可使铸件进行热处理。

（3）精速密压铸

精速密压铸是一种精确地、快速的和密实的压铸方法，又称套筒双冲头压铸法。

国外在20世纪60年代中期开始在压铸生产中应用这一方法。

精密速压铸法在很大程度上消除了气孔和缩松这两种压铸件的基本缺陷，从而提高了压铸件的使用性能，扩大了压铸件的应用范围。

（4）半固态压铸

半固态压铸是当金属液在凝固时，进行强烈的搅拌，并在一定的冷却速率下获得50%左右甚至更高的固体组分浆料，并将这种浆料进行压铸的方法。

半固态压铸的出现，为解决钢铁材料压铸模寿命低的问题提供了一个方法，而且对提高铸件质量、改善压铸机鸭舌系统的工作条件，都有一定的作用，所以是用途的一种新工艺。

1.3毕业设计内容

本课题设计内容是铝合金基座铸件压铸模具设计，主要包括浇注系统和排溢系统，成形零件，抽芯机构，推出机构以及模体结构等，其设计步骤如下：

（1）设计压铸模具总体结构；

（2）设计浇注系统；

（3）设计成型零件系统；

（4）设计抽芯系统机构；

（5）设计模体、顶出及复位机构。

主要设计方法为：

运用UG绘制整个模具的装配图、立体图和具体的零件图、立体图。

然后对整个模具的工作过程进行模拟以保证其动作过程灵活。

2压铸模具的整体设计

2.1铸件工艺性分析

2.1.1铸件立体图

所用零件为铝合金基座，材料ADC12，铸造精度CT7，铸件中心是一个较深的型腔，侧壁有凸台，凸台上有直径为80mm的通孔。

壳体的底端有4个直径为30mm的小孔，铸件平均壁厚3.8mm，其立体图如图2-1。

图2-1铸件立体图

2.1.2浇注位置的确定

铸件中心有型芯，所以不宜采用中心浇注，因此采用底端浇注，浇注位置选在平台的端面。

2.2压铸成型过程及压铸机选用

2.2.1卧式冷室压铸机结构

卧式冷室压铸机基本组成如图2-2所示。

图2-2卧式冷室压铸机

1—增压器；2—蓄能器；3—压射缸；4—压射冲头；5—压室；6—定座板；7—拉杆；8—动座板；9—顶出缸；10—曲肘机构；11—支承座板；12—模具高度；13—合模缸；14—机体；15—控制柜；16—电机及泵

此类压铸机的基本结构分为5部分：

（1）压射机构主要作用是在高压力下将熔融的金属液压入型腔的压射机构。

压射压力、压射速度等主要工艺参数都是通过它来控制的，其中包括压室、压射冲头、压射缸、增压器和蓄能器。

（2）合模机构其作用是实现压铸模的开启和闭合动作，并在压射成型过程中具有足够而可靠的锁模力，以防止在高压压射时，模具被推开或发生偏移。

（3）顶出机构在压铸件冷却固化成型并开启模具后，顶出缸驱动压铸模的推出机构，将成型压铸件及浇注余料从模具中顶出，并脱出模体，其中包括顶出缸和顶杆。

（4）传动系统通过液压传动或机械传动完成压铸过程中所需要的各种动作。

包括电机、各种液压泵及机械传动装置。

（5）控制系统控制系统控制柜指令液压系统和机械系统的传动元件，按压铸机压射过程预定的工艺路线和运行程序动作，将液压动作和机械动作有机的结合起来，完成准确可靠、协调安全的运行规则[12]。

2.2.2压铸成型过程

卧式冷室压铸机的压住成型过程主要分为4个步骤，如图2-3所示。

（a）合模过程　（b）压射过程

（c）开模过程　　（d）铸件推出过程

图2-3压铸成型过程

（a）合模过程压铸模闭合后，压射冲头1复位至压室2的端口处，将足量的液态金属3注入压室2内。

（b）压射过程压射冲头1在压射缸中压射活塞高压作用下，推动液态金属3通过压铸模4的横浇道6、内浇口5进入压铸模的型腔。

金属液充满型腔后，压射冲头1仍然作用在浇注系统，使液态金属在高压状态下冷却、结晶、固化成型。

（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1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。

2.2.3压铸机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729cm2,压铸件的重量为5.20kg,动模板最小行程为108mm,采用常用的卧式冷室压铸机。

压铸机主要参数如下：

压射力为368～600kN；压室直径为70～100mm；最大浇注量（铝）为9kg；浇注投影面积为403～1649；动模板行程为600mm；拉缸内空间水平

垂直为750mm

750mm。

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压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。

它能调节充填速度、充填时间、型腔温度，因此它决定着压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。

2.3.1带浇注系统铸件立体图

铸件立体图如图2-4所示，溢流槽设于分型面四个对角处，用于有序的排除型腔中的气体和排除并容纳冷污的金属液以及其他氧化物。

图2-4带浇注系统铸件

2.3.2内浇口设计

（1）内浇口速度

由参考文献查得，铝合金铸件内浇口充填速度

的推荐值为30～50m/s，选取为40m/s。

（2）充填时间

经计算，压铸件的平均壁厚约为3.8mm，利用参考文献中的经验公式。

t=35（b-1）（2-1）

式中t-充填时间，ms；b-压铸件平均壁厚，mm

可求出t=35（3.8-1）=98ms≈0.1s。

（3）内浇口截面积的确定

内浇口截面积的确定可由公式（2-2）得出：

式中：

—内浇口横截面积，

；

—通过内浇口金属液的总质量，

；

—液态金属的密度，

；

—内浇口流速，

；

—型腔的填充时间，

；V—通过内浇口金属液的体积，

；

—型腔的充填速度，

。

计算得出数值如下：

（4）内浇口厚度、长度、宽度的确定

由内浇口厚度、宽度和长度的经验数值表，适当选取此锌合金铸件内浇口厚度为2.5mm，长度为22.5mm，宽度为100mm。

2.4压铸模具的总体结构设计

压铸模由定模和动模两个主要部分组成。

定模固定在压铸机压室一方的定模座板上，是金属液开始进入压铸模型腔的部分，也是压铸模型腔的所在部分之一。

定模上有直浇道直接与压铸机的喷嘴或压室连接。

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，一般抽芯和铸件顶出机构设于其内。

压铸模具的基本结构及零件，它通常包括以下六个部分。

（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。

有时成型零件还构成浇注系统的一部分，如内浇口、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压铸模成型空腔的通道，如图中浇口套、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，如图中的垫块、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）顶出和复位机构。

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，如图中的推杆、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）侧抽芯机构。

当压铸件侧面有侧凹或侧凸结构时，则需要设置侧抽芯机构，如图中斜滑块、侧型芯、斜滑块限位钉、弹顶销、弹簧等。

（6）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内六角螺栓以及销钉等。

模具总装图

3成型零件及斜滑块结构设计

3.1成型零件设计概述

成型零件是与高温金属液接触的零件，用于形成浇注系统和铸件。

成型零件由浇注系统成型零件和铸件成型零件两部分组成。

（1）浇注系统成型零件：

浇道镶块、浇口套，用于形成浇注系统。

（2）铸件成型零件：

型芯、镶块、斜滑块块，用于形成铸件。

成型零件的结构形式主要可以分为整体式和组合式两类。

1）整体式结构型腔和型芯都由整块材料加工而成，，即型腔或型芯直接在模板上加工成型。

2）整体组合式结构型腔和型芯由整块材料制成，装入模板的模套内，再用台肩或螺栓固定。

3）局部组合式结构型腔和型芯由整块材料制成，局部镶有成型镶块的组合形式。

4）完全组合式结构由多个镶拼件组合而成的成型空腔。

成型零件直接接触高温、高压、高速的液态金属，受机械冲击、磨损、热疲劳和化学侵蚀的反复作用，热应力和热疲劳导致的热裂纹则是破坏失效的主要原因，所以对成形零件的尺寸精度的要求尺寸精度高3-4级，对粗糙度的要求比铸件粗糙度高2级。

由于本文中采用斜滑块抽芯系统，其也与液态金属直接接触，故放入本章介绍。

3.2浇注系统成型零件设计

（1）浇口套的结构

在浇口套中形成直浇道，常用浇口套的结构形式如图3-1所示。