压铸件结构设计.docx
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压铸件结构设计
压铸件结构创新设计（经验）
压铸件零件设计的注意事项）t）C+g7n;g.D!
~
一、压铸件的设计涉及四个方面的内容：
a、即压力铸造对零件形状结构的要求；b、压铸件的工艺性能；c、压铸件的尺寸精度及表面要求；d、压铸件分型面的确定；
#m）X4h（?
$Z2`压铸件的零件设计是压铸生产技术中的重要部分，设计时必须考虑以下问题：
模具分型面的选择、浇口的开设、顶杆位置的选择、铸件的收缩、铸件的尺寸精度保证、铸件内部缺陷的防范、铸孔的有关要求、收缩变形的有关要求以及加工余量的大小等方面；
/a g$a6R8A,R二、压铸件的设计原则是：
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。
（w:
i;h5@8L
三、压铸件按使用要求可分为两大类，一类承受较大载荷的零件或有较高相对运动速度的零件，检查的项目有尺寸、表面质量、化学成分、力学性能（抗拉强度、伸长率、硬度）；另一类为其它零件，检查的项目有尺寸、表面质量及化学成分。
3H&v8_.x）n#X/n S在设计压铸件时，还应该注意零件应满足压铸的工艺要求。
压铸的工艺性从分型面的位置、顶面推杆的位置、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考虑。
合理确定压铸面的分型面，不但能简化压铸型的结构，还能保证铸件的质量。
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m4W6H:
V"_;q（}3Q0D7x0W6q
压铸件零件设计的要求%l5X1A"K;?
一、压铸件的形状结构要求：
a、消除内部侧凹；b、避免或减少抽芯部位；c、避免型芯交叉；']1E9{*]*~2|）a.F
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，
（\0F+a5O（S1L"z二、铸件设计的壁厚要求：
压铸件壁厚度（通常称壁厚）是压铸工艺中一个具有特殊意义的因素，壁厚与整个工艺规范有着密切关系，如填充时间的计算、内浇口速度的选择、凝固时间的计算、模具温度梯度的分析、压力（最终比压）的作用、留模时间的长短、铸件顶出温度的高低及操作效率；*n-_'e.e%J!
C*b）_
a、零件壁厚偏厚会使压铸件的力学性能明显下降，薄壁铸件致密性好，相对提高了铸件强度及耐压性；1P#i"q（z/x"^
b、铸件壁厚不能太薄，太薄会造成铝液填充不良，成型困难，使铝合金熔接不好，铸件表面易产生冷隔等缺陷，并给压铸工艺带来困难；
/n;T.v3y"g8[+e!
~*F压铸件随壁厚的增加，其内部气孔、缩孔等缺陷增加，故在保证铸件有足够强度和刚度的前提下，应尽量减小铸件壁厚并保持截面的厚薄均匀一致，为了避免缩松等缺陷，对铸件的厚壁处应减厚（减料），增加筋；对于大面积的平板类厚壁铸件,设置筋以减少铸件壁厚；5\+v#J f _;V O
根据压铸件的表面积，铝合金压铸件的合理壁厚如下：
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（_
压铸件表面积/mm2 壁厚S/mm2Q5Y8f6X2X$|'Z
≤25 1.0～3.0
5O9_'c）i6D'C'@＞25~100 1.5～4.5
6q*L.r%A8G$n9l5D#h＞100~400 2.5～5.0
2T,L l&[7a9w＞400 3.5～6.0+U）b/P'\0t0w;p
三、铸件设计筋的要求：
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筋的作用是壁厚改薄后，用以提高零件的强度和刚性，防止减少铸件收缩变形，以及避免工件从模具内顶出时发生变形，填充时用以作用辅助回路（金属流动的通路），压铸件筋的厚度应小于所在壁的厚度，一般取该处的厚度的2/3~3/4；.|（d'k8g/@:
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四、铸件设计的圆角要求：
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d+]$A4v-i（e压铸件上凡是壁与壁的连接，不论直角、锐角或钝角、盲孔和凹槽的根部，都应设计成圆角，只有当预计确定为分型面的部位上，才不采用圆角连接，其余部位一般必须为圆角，圆角不宜过大或过小，过小压铸件易产生裂纹，过大易产生疏松缩孔，压铸件圆角一般取：
1/2壁厚≤R≤壁厚；'v!
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A&]'V$N1O%j$E#K,c,Z
圆角的作用是有助于金属的流动，减少涡流或湍流；避免零件上因有圆角的存在而产生应力集中而导致开裂；当零件要进行电镀或涂覆时，圆角可获得均匀镀层，防止尖角处沉积；可以延长压铸模的使用寿命，不致因模具型腔尖角的存在而导致崩角或开裂；
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D-K%X,m4c五、压铸件设计的铸造斜度要求：
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U6l"o）N7?
斜度作用是减少铸件与模具型腔的摩擦，容易取出铸件；保证铸件表面不拉伤；延长压铸模使用寿命，铝合金压铸件一般最小铸造斜度如下：
6_3{-P,K3q6F"E）i,[
铝合金压铸件最小的铸造斜度
#v/_0f `-{2L/c5u;p外表面 内表面 型芯孔（单边）
9b7f#Y（W3}（y6}&G,n8J1G1° 1°30′ 2°
铸件的结构工艺性
铸件中的基础件都是箱体形结构，并增设了很多加强筋，致使铸件结构形状较为复杂。
铸造时需要用较多的型芯，还常常要用型芯撑来固定型芯；浇注时型芯产生的气体也难以排除，容易产生气孔、砂眼等缺陷。
由于装入数控装置，箱体铸件内电线很多，需要在铸件壁和筋上设孔以便布线，而这些孔的位置不一定都处在容易设置型芯排气的位置。
此外，由于这些孔削弱箱体的强度和刚度，在其边缘易产生裂纹，常需设筋、凸边予以加强，常需设筋、凸边予以加强，致使结构更复杂化。
另外，承接切削的托盘也会随之增大，使铸件轮廓尺寸变大。
铸件应具有较高的强度、刚度和耐磨性，以保持其精度不随切削条件、使用时间等因素而有明显的变化，这样才能使被加工的零件具有合乎要求的精度与光洁度。
日本铸件质量分析
日本铸件质量分析的目的就是弄清问题，找出原因，采取措施制造出符合技术标准规定的锻件，满足产品设计和使用的要求，并制定出切实可行的防止对策，预防类似缺陷的再发生。
锻件质量问题产生的原因是多方面的，通过对锻件的宏观、微观分析，有时还要进行模拟试验，从而得出质量问题产生的原因究竟是锻造工艺本身还是其它影响因素；比如是锻造工艺制定得不合理不完善还是不按照工艺进行生产，这些都只有在经过细致的研究分析之后才可做出结论。
因此，锻件质量分析工作一般可分为现场调查阶段、试验研究分析阶段、提出解决措施及防止对策阶段。
在实施这几个阶段的工作之前，最好能制定实施方案，内容包括这三个阶段所要进行的工作、工作程序、完成时间。
该实施方案在实施过程中可进行适当的补充和修改。
制定实施方案是分析大型复杂锻件及使用件质量问题的重要一环。
在现场调查阶段，主要是调查锻件所用原材料的材料牌号、化学成分、材料规格、材料保证单上的试验结果，进厂复验的各种理化测试和工艺性能测试的结果，甚至还要查明原材料的冶炼和加工工艺情况。
与此同时还应调查锻造的工艺情况，包括锻件应该用的材料、规格、下料工艺、锻造加热的始锻和终锻温度，所用锻压设备、加热设备、加热工艺、锻造的操作、锻后的冷却方式、预备热处理的工艺情况等。
铸件质量影响原因
1.铸件的设计工艺性。
进行设计时，除了要根据工作条件和金属材料性能来确定铸件几何形状、尺寸大小外，还必须从铸造合金和铸造工艺特性的角度来考虑设计的合理性以避免或减少铸件的成分偏析、变形、开裂等缺陷的产生。
2.要有合理的铸造工艺。
即根据铸件结构、重量和尺寸大小，铸造合金特性和生产条件，选择合适的分型面和造型、造芯方法，合理设置铸造筋、冷铁、冒口和浇注系统等。
3.铸造用原材料的质量。
原材料使用不合标准，会使铸件产生气孔、针孔、夹渣、粘砂等缺陷，影响铸件外观质量和内部质量，严重时会使铸件报废。
4.工艺操作，要制定合理的工艺操作规程，提高工人的技术水平，使工艺规程得到正确实施。
压铸件设计规范
一、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。
表1 压铸件的最小壁厚和正常壁厚
我司现使用的绝大多数为铝压铸件，其壁厚一般控制在2.0～2.5mm。
二、铸造圆角和脱模斜度
1）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）
我司现采用的圆角一般取R1.5。
表3 铸造圆角半径的计算（mm）
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。
2）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。
表4 脱模斜度
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。
我司现采用的脱模斜度一般取1.5°。
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）。
四、铸孔和孔到边缘的最小距离
1）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。
表5 最小孔径和最大孔深
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。
表6 自攻螺钉用底孔直径（mm）
我司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：
2）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
五、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。
表7长方形孔和槽（mm）
说明：
宽度b在具有铸造斜度时，表内值为小端部位值。
六、压铸件内的嵌件
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。
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。
七、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。
铰孔余量见表9。
表8 推荐机加工余量及其偏差（mm）
表9 推荐铰孔加工余量（mm）
我司现采用的机加工余量一般取0.3～0.5mm。
浅谈设计铝合金与镁合金铸件结构应该注意的八个基本事项
设计铝合金与镁合金铸件结构时，通常还应注意以下事项：
①由于铝合金与镁合金的熔点低，可以采用多种铸造方法生产铝合金与镁合金铸件。
因此.在设计它们的结构时，首先应考虑该铸件用哪种铸造方法铸造，以便考虑相应的结构工艺性。
②铝合金与镁合金铸件应尽量采用薄壁结构，力求壁厚均匀，这对于防止缩孔缩松，提高铸件金属的强度均有利。
但对于壁厚不均需要设置冒口补缩的铝合金与镁合金铸件，亦可采用加厚某些部分，实现顺序凝固以有利补缩，保证质量。
⑧铝合金与镁合金易氧化吸气，密度小（比铸钢、铸铁小2/3～3/4）使得金属液静压力小，难以排气。
因此，铝合金与镁合金铸件易产生气孔和氧化夹渣，降低力学性能和气密性，在铸件结构设计时应避免大的水平面，过渡要平缓，不引起金属液紊流。
’
④由于铝合金与镁合金熔点低，对于有一定气密性要求的铸件，在设计铸件结构时应特别注意考虑避免采用型芯撑来固定型芯，否则型芯撑与铸件本体不熔合，将漏油漏气。
⑤由于铝合金与镁合金线收缩较大，弹性模量较低，对局部应力集中敏感，因此在铸造和使用中易产生变形和裂纹，为此在铸件结构设计时还应注意：
a）采用惯性矩较大的工字形、槽形和箱形截面形状以增强铸件壁;b）加强肋的结构形状应合适，否则在肋的边缘易产生较大的应力集中，此外，肋也不应太厚，否则在与壁的连接处易产生缩孔缩松;c）为避免孔的边缘处产生应_!
集中应予以加强，如采用凸边加强;d）对轮形铸件常用加强肋来加强轮毂和辐板的连接，对-=：
暑三与铸壁之间常采用带斜度的加厚壁连接;e）对于薄壁铸件可用肋或阶梯形断面来加强;互避免用距离较远的大直径螺栓紧固铝合金与镁合金铸件，否则会由于局部受力过大而产生翟影.较合理的铸件设计应是采用数目较多的小直径螺栓来紧固铸件，这样每个螺栓的紧固力蜒：
。
.不至于使较软的铝合金与镁合铸件产生变形，此外还可以通过采用较大的螺母垫圈来减螵母对凸台的压力;g）尽量使铸件上所受的力沿轴线传递，以免弓l起附加的弯曲或扭转应力;一寸于薄壁壳体形的铝合金与镁合金铸件，不应具有突变的外形;i）由于铝合金与镁合金的弹r^竺囔量小易变形，因此对于有压配合关系的铝合金与镁合金铸件，在设计铸件结构时必须考虑，至j变形和多次拆装后产生的间隙，同理，铝合金与镁合金铸件上的螺纹孔应比铸铁件和铸钢件孵嗓纹孔适当加长，对于铝合金铸件取L（长度）脑（直径）一2，对于镁合金铸件取L/d：
2.5。
⑥镁合金的压缩强度比抗拉强度高，因此设计镁合金铸件结构时，应采用不对称的截面和匣其承受压应力。
⑦镁合金耐蚀性能较差，常用表面处理来提高镁合金铸件的耐蚀性，此外在铸件结构设计二三应注意：
a）在使用中与流水接触的镁合金铸件（如水泵铸件）尽量不要有能存水的凹坑;：
为避免防蚀的漆层被破坏，铸件上不应有尖角等。
⑧应注意用双金属铸造、嵌铸等方法解决铝合金与镁合金铸件结构设计中的问题。
产品名称：
螺栓标准扭矩及预紧力速查表 ●返回上层
内六角
外六角
螺栓直径
DIN267性能等级（螺栓强度等级）
螺栓
螺栓
3.6
5.6
6.9
8.8
10.9
12.9
S（mm）
S（mm）
M（mm）
Fv（N）
Ma（Nm）
Fv（N）
Ma（Nm）
Fv（N）
Ma（Nm）
Fv（N）
Ma（Nm）
Fv（N）
Ma（Nm）
Fv（N）
Ma（Nm）
1.5
4
M2
255
0.1
345
0.15
710
0.3
835
0.35
1,170
0.5
1,415
0.6
2
5
M2.5
485
0.26
655
0.35
1,310
0.71
1,550
0.83
2,180
1.18
2,620
1.4
2.25
5.5
M3
630
0.37
1,050
0.62
1,700
0.99
2,250
1.3
3,150
1.9
3,800
2.2
6
M3.5
850
0.57
1,400
0.95
2,250
1.5
3,000
2
4,250
2.9
5,100
3.4
3
7
M4
1,100
0.85
1,850
1.4
2,900
2.3
3,900
3
5,750
4.4
6,700
5.1
4
8、9
M5
1,800
1.7
3,000
2.8
4,800
4.5
6,400
5.9
9,400
8.7
11,000
10
5
10
M6
2,550
2.9
4,200
4.8
6,750
7.7
9,000
10
13,200
15
15,500
18
6
13、14
M8
4,650
7
7,750
12
12,400
19
16,500
25
24,300
36
28,400
43
8
15、17
M10
7,400
14
12,300
23
19,700
37
26,300
49
38,700
72
45,200
84
10
19、21
M12
10,800
24
18,000
40
28,800
65
38,400
85
56,500
125
66,000
145
12
22、23
M14
14,800
39
24,700
64
39,500
105
52,500
135
77,500
200
90,500
235
14
24、26
M16
20,400
59
34,000
98
54,500
155
72,500
210
107,000
310
125,000
365
27
M18
24,800
81
41,300
135
66,000
215
91,000
300
129,000
430
152,000
500
17
30
M20
31,900
115
53,000
190
85,000
305
117,000
425
166,000
610
195,000
710
32
M22
39,900
155
66,500
260
106,000
415
146,000
580
208,000
820
244,000
960
19
36
M24
45,900
200
76,500
330
122,000
530
168,000
730
240,000
1,050
281,000
1,220
41
M27
80,500
295
100,000
490
161,000
780
222,000
1,100
316,000
1,550
369,000
1,800
22
46
M30
73,500
395
122,000
660
196,000
1,050
269,000
1,450
384,000
2,100
449,000
2,450
50
M33
91,500
540
153,000
900
244,000
1,450
326,000
1,900
458,000
2,700
550,000
3,250
27
55
M36
107,000
690
179,000
1,150
287,000
1,850
382,000
2,450
537,000
3,450
645,000
4,150
60
M39
129,000
900
215,000
1,500
345,000
2,400
460,000
3,200
646,000
4,500
775,000
5,400
32
65
M42
148,000
1,100
247,000
1,850
395,000
2,950
526,000
3,950
740,000
5,550
888,000
6,650
70
M45
173,000
1,400
289,000
2,300
462,000
3,700
616,000
4,950
867,000
6,950
1,050,000
8,350
36
75
M48
195,000
1,700
325,000
2,800
520,000
4,450
693,000
5,950
974,000
8,400
1,150,000,
10,100
80
M52
234,000
2,150
390,000
3,600
624,000
5,750
832,000
7,650
1,169,000
10,800
1,403,000
12,900
41
85
M56
270,000
2,700
450,000
4,500
719,000
7,150
959,000
9,550
1,349,000
13,400
1,618,000
16,100
90
M60
315,000
3,350
525,000
5,550
841,000
8,900
1,121,000
11,900
1,576,000
16,700
1,892,000
20,000
46
95
M64
357,000
4,000
595,000
6,700
951,000
10,700
1,268,000
14,300
1,784,000
21,100
2,140,000
24,100
S-内六角或外六方两平行边距离
Fv-螺栓预紧力
Ma-螺栓扭矩
结构设计检查表
检查项目
问题点
1. 装配问题
** 模拟实际组装检查零件固定和干涉（PROE建立简化模型）：
① 检查螺钉柱的个数和位置
② 检查卡勾的个数和位置
③ 定位柱定位安装
④ 防鼓肋（防止零件鼓出或凹陷）
⑤ 唇边
⑥ 零件组装的时候会不会干涉其他零件
*
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