压铸产品的结构设计.docx
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压铸产品的结构设计
压铸产品的结构设计
随着越来越多的产品追求更好看的外观，更高的工艺水平。
压铸在产品中应用的越来越多，比如手机，监视器，灯，甚至特斯拉汽车外壳，随着这些工艺的发展，越来越多的产品会使用到压铸件，因此本文就介绍一下压铸产品的结构设计。
一，了解一下压铸的工艺
压铸是一种金属铸造工艺，其特点是利用模具腔对融化的金属施加高压。
根据压铸类型的不同，需要使用冷室压铸机或者热室压铸机。
铸造设备和模具的造价高昂，因此压铸工艺一般只会用于批量制造大量产品。
压铸特别适合制造大量的中小型铸件，因此压铸是各种铸造工艺中使用最广泛的一种。
同其他铸造技术相比，压铸的表面更为平整，拥有更高的尺寸一致性。
压铸分为热室压铸与冷室压铸。
热室压铸，有时也被称作鹅颈压铸，它的金属池内是熔融状态的液态、半液态金属，这些金属在压力作用下填充模具。
当压铸无法用于热室压铸工艺的金属时可以采用冷室压铸，包括铝、镁、铜以及含铝量较高的锌合金。
压铸模的使用寿命一般是3万-8万次。
压铸模的精度要求越低，适用寿命越长。
二，适用于压铸的材料以及材料的相关特点
锌
最容易压铸的金属，制造小型部件时很经济，容易镀膜，抗压强度、塑性高，铸造寿命长。
如家具配件、建筑装饰、浴室配件、灯饰零件、玩具、领带夹、皮带扣、各种金属饰扣等
铝
质量轻、制造复杂和薄壁铸件时尺寸稳定性高，耐腐蚀性强，机械性能好，高导热以及导电性，高温下强度依然很高。
铝合金压铸类产品主要用于交通信号灯外壳、拉手、渔轮配件、户外锁、电器产品、通信器材、厨具配件、摩托车散热器及喇叭罩、LED灯外壳、照相机器材、散热片、汽车配件、电子通讯器材、电子游戏机外壳等行业，一些高性能、高精度、高韧性的优质铝合金产品也被用于大型飞机、船舶等要求比较高的行业中。
镁
易于进行机械加工，强度重量比高，常用压铸金属中最轻。
镁合金有优良的压铸工艺性能：
镁合金液粘度低，流动性好，易于充满复杂型腔。
用镁合金可以很容易地生产壁厚1.0mm～2.0mm的压铸件，现在最小壁厚可达0.6mm。
镁压铸件的铸造斜度为1.5，而铝合金是2～3度。
镁压铸件的尺寸精度比铝压铸件高50%。
镁合金的熔点和结晶潜热都低于铝合金，压铸过程中对模具冲蚀比铝合金小，且不易粘型，其模具寿命可比铝合金件长2—4倍。
镁合金件压铸周期比铝件短，因而生产效率可比铝合金提高25%。
镁合金铸件的加工性能优于铝合金铸件，镁合金件的切削速度可比铝合金件提高50%，加工耗能比铝合金件低50%。
生产经验表明由于生产效率高，热室压铸的镁合金小件的总成本低于冷室压铸的铝合金同样件。
镁合金在汽车，航天航工，现代兵器，核工业，自行车业、摩托车业、电子工业（家用电器和3C产品）、铁道和其他轨道行业、船舶工业、冶金工业、化学领域、电力工业、家庭消费品、家具、车床设备、办公室设备、光学设备、运动机械和医疗器械等众多领
铜
硬度高，耐腐蚀性强，常用压铸金属中机械性能最好，抗磨损，强度。
。
铜基合金大量用于造船及化学工业。
铜基合金又由于具有良好的导热性及耐磨性，故也常用于制造各种机器上承受重负荷及高速运转轴的滑动轴瓦轴套等。
接近钢铁。
铅和锡
密度高，尺寸精度极高，可用作特殊防腐蚀部件。
出于公共卫生方面的考虑，这种合金不能用作食品加工、储存设备。
铅锡锑的合金（有时也含一点铜）可以用来制造凸版印刷中的手工铅字以及烫金。
三、压铸件零件设计的注意事项
1.1、压铸件的零件设计是压铸生产技术中的重要部分，设计时必须考虑以下问题：
模具分型面的选择、浇口的开设、顶杆位置的选择、铸件的收缩、铸件的尺寸精度保证、铸件内部缺陷的防范、铸孔的有关要求、收缩变形的有关要求以及加工余量的大小等方面。
1.2、压铸件的结构设计原则
a、正确选择压铸件的材料；
b、合理确定压铸件的尺寸精度；
c、尽量使壁厚分布均匀；
d、各转角处增加工艺园角，避免尖角
1.3、压铸件结构的工艺原则
1）尽量消除铸件内部侧凹，使模具结构简单。
2）尽量使铸件壁厚均匀，可利用筋减少壁厚，减少铸件气孔、缩孔、变形等缺陷。
3）尽量消除铸件上深孔、深腔。
因为细小型芯易弯曲、折断，深腔处充填和排气不良。
4）设计的铸件要便于脱模、抽芯。
5）肉厚的均一性是必要的。
6）避免尖角。
7）注意拔模角度。
8）注意产品之公差标注。
9）太厚太薄皆不宜。
10）避免死角倒角（能少则少）。
11）考虑后加工的难易度。
12）尽量减少产品内空洞。
13）避免有半岛式的局部太弱的形状。
14）太长的成形孔，或太长的成形柱皆不宜
四，压铸零件的设计规范
4.1压铸件的形状结构
a、简化模具结构，压铸模温度比较高，内部结构件很容易膨胀导致卡死；
b、避免或减少抽芯部位；
c、避免型芯交叉；合理的压铸件结构不仅能简化压铸型的结构，降低制造成本，同时也改善铸件质量。
4.2压铸件的壁厚
压铸件的壁厚对铸件质量有很大的影响。
以铝合金为例，薄壁比厚壁具有更高的强度和良好的致密性。
因此，在保证铸件有足够的强度和刚性的条件下，应尽可能减少其壁厚，并保持壁厚均匀一致。
铸件壁太薄时，使金属熔接不好，影响铸件的强度，同时给成型带来困难；壁厚过大或严重不均匀则易产生缩瘪及裂纹。
随着壁厚的增加，铸件内部气孔、缩松等缺陷也随之增多，同样降低铸件的强度。
压铸件的壁厚一般以2.5～4mm为宜，壁厚超过6mm的零件不宜采用压铸。
推荐采用的最小壁厚和正常壁厚见表1。
壁厚处的面积a*b（cm²）
锌合金
铝合金
镁合金
铜合金
壁厚h（mm）
最小
正常
最小
正常
最小
正常
最小
正常
≤25
0.5
1.5
0.8
2.0
0.8
2.0
0.8
1.5
＞25～100
1.0
1.8
1.2
2.5
1.2
2.5
1.5
2.0
＞100～500
1.5
2.2
1.8
3.0
1.8
3.0
2.0
2.5
＞500
2.0
2.5
2.5
4.0
2.5
4.0
2.5
3.0
绝大多数为铝压铸件，其壁厚一般控制在2.0～2.5mm。
4.3铸造圆角和脱模斜度
a）铸造圆角
压铸件各部分相交应有圆角（分型面处除外），使金属填充时流动平稳，气体容易排出，并可避免因锐角而产生裂纹。
对于需要进行电镀和涂饰的压铸件，圆角可以均匀镀层，防止尖角处涂料堆积。
压铸件的圆角半径R一般不宜小于1mm，最小圆角半径为0.5mm，见表2。
铸造圆角半径的计算见表3。
表2压铸件的最小圆角半径（mm）
压铸合金
圆角半径
压铸合金
圆角半径
锌合金
0.5
铝、镁合金
1
铝锡合金
0.5
铜合金
1.5
现采用的圆角一般取R1.5。
表3铸造圆角半径的计算（mm）
相连接两壁的厚度
图例
圆角半径
相等壁厚
rmin=Kh
rmax=Kh
R=r＋h
不等壁厚
r≥（h＋h1）/3
R=r＋（h＋h1）/2
说明：
①、对锌合金铸件，K=1/4；对铝、镁、合金铸件，K=1/2。
②、计算后的最小圆角应符合表2的要求。
b）脱模斜度
设计压铸件时，就应在结构上留有结构斜度，无结构斜度时，在需要之处，必须有脱模的工艺斜度。
斜度的方向，必须与铸件的脱模方向一致。
推荐的脱模斜度见表4。
合金
配合面的最小脱模斜度
非配合面的最小脱模斜度
外表面α
内表面β
外表面α
内表面β
锌合金
0°10′
0°15
0°15′
0°45′
铝、镁合金
0°15′
0°30′
0°30′
1°
铜合金
0°30′
0°45
1°
1°30′
说明：
①、由此斜度而引起的铸件尺寸偏差，不计入尺寸公差值内。
②、表中数值仅适用型腔深度或型芯高度≤50mm，表面粗糙度在Ra0.1，大端与小端尺寸的单面差的最小值为0.03mm。
当深度或高度＞50mm，或表面粗糙度超过Ra0.1时，则脱模斜度可适当增加。
现采用的脱模斜度一般取1.5°
4.4、加强筋
加强筋的设置可以增加零件的强度和刚性，同时改善了压铸的工艺性。
但须注意：
①分布要均匀对称；
②与铸件连接的根部要有圆角；
③避免多筋交叉；
④筋宽不应超过其相连的壁的厚度。
当壁厚小于1.5mm时，不宜采用加强筋；
⑤加强筋的脱模斜度应大于铸件内腔所允许的铸造斜度。
一般采用的加强筋的尺寸按图1选取：
t1=2t/3～t；t2=3t/4～t；
R≥t/2～t；
h≤5t；r≤0.5mm（t—压铸件壁厚，最大不超过6～8mm）。
4.5、铸孔和孔到边缘的最小距离
a）铸孔
压铸件的孔径和孔深，对要求不高的孔可以直接压出，按表5。
合金类别
孔径
最小孔径d（mm）
最大孔深（mm）
孔的最小斜度
一般的
技术上可能的
盲孔
通孔
d>5
d<5
d>5
d<5
锌合金
1.5
0.8
6d
4d
12d
8d
0~0.3%
铝合金
2.5
2.0
4d
3d
8d
6d
0.5%~1%
镁合金
2.0
1.5
5d
4d
10d
8d
0~0.3%
铜合金
4.0
2.5
3d
2d
5d
3d
2%~4%
说明：
①、表内深度系指固定型芯而言，,对于活动的单个型芯其深度还可以适当增加。
②、对于较大的孔径，精度要求不高时，孔的深度亦可超出上述范围。
对于压铸件自攻螺钉用的底孔，推荐采用的底孔直径见表6。
螺纹规格d
M2.5
M3
M3.5
M4
M5
M6
M8
d2
2.30~2.40
2.75~2.85
3.18~3.30
3.63~3.75
4.70~4.85
5.58~5.7
7.45~7.60
d3
2.20~2.30
2.60~2.70
3.08~3.20
3.48~3.60
4.38~4.5
5.38~5.50
7.15~7.3
d4
≥4.2
≥5.0
≥5.8
≥6.7
≥8.3
≥10
≥13.3
旋入深度t≥1.5d
现较为常用的自攻螺钉规格为M4与M5，其采用的底孔直径如下表：
螺丝规格
孔数据
d2
d3
t
M4
3.84
0
-0.1
3.59
+0.1
0
10
M5
4.84
0
-0.1
4.54
+0.1
0
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b）铸孔到边缘的最小距离
为了保证铸件有良好的成型条件,铸孔到铸件边缘应保持一定的壁厚，见图2。
b≥（1/4～1/3）t
当t＜4.5时，b≥1.5mm
4.6、压铸件上的长方形孔和槽
压铸件上的长方形孔和槽的设计推荐按表7采用。
合金类别
铅锡合金
锌合金
铝合金
镁合金
铜合金
最小宽度b
0.8
0.8
1.2
1.0
1.5
最大深度H
≈10
≈12
≈10
≈12
≈10
厚度h
≈10
≈12
≈10
≈12
≈8
说明：
宽度b在具有铸造斜度时，表内值为小端部位值。
4.7压铸件内的嵌件
a）压铸件内采用嵌件的目的：
①改善和提高铸件上局部的工艺性能，如强度、硬度、耐磨性等；
②铸件的某些部分过于复杂，如孔深、内侧凹等无法脱出型芯而采用嵌件；
③可以将几个部件铸成一体。
b）设计带嵌件的压铸件的注意事项：
① 嵌件与压铸件的连接必须牢固，要求在嵌件上开槽、凸 起、滚花等；
② 嵌件必须避免有尖角，以利安放并防止铸件应力集中；
③ 必须考虑嵌件在模具上定位的稳固性，满足模具内配合要求；
④ 外包嵌件的金属层不应小于1.5～2mm；
⑤ 铸件上的嵌件数量不宜太多；
⑥ 铸件和嵌件之间如有严重的电化腐蚀作用，则嵌件表面需要镀层保护；
⑦ 有嵌件的铸件应避免热处理，以免因两种金属的相变而引起体积变化，使嵌件松动。
4.8压铸件的加工余量
压铸件由于尺寸精度或形位公差达不到产品图纸要求时，应首先考虑采用精整加工方法，如校正、拉光、挤压、整形等。
必须采用机加工时应考虑选用较小的加工余量，并尽量以不受分型面及活动成型影响的表面为毛坯基准面。
推荐采用的机加工余量及其偏差值见表8。
基本尺寸
≤100
＞100~250
＞250~400
＞400~630
＞630~1000
每面余量
0.5
+0.4
-0.1
0.75
+0.5
-0.2
1.0
+0.5
-0.3
1.5
+0.6
-0.4
2.0
+1
-0.4
表9推荐铰孔加工余量（mm）
公称直径D
≤6
＞6~10
＞10~18
＞18~30
＞30~50
＞50~60
铰孔余量
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
现采用的机加工余量一般取0.3～0.5mm。
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