压铸模具设计毕业设计说明书.docx
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目录
第一章压铸合金与压铸件的设计 3
1.1压铸合金 3
1.1.1工件的材料性能 3
1.1.2工件注意事项 3
1.2压铸件的设计 4
1.2.1铸孔的设计 4
1.2.2脱模斜度的设计 5
1.2.3齿轮的设计 5
第二章压铸机的选用与压铸工艺 6
2.1压铸机的分类和特点 6
2.1.1压铸机的分类 6
2.1.2压铸机的特点 6
2.2压铸机的型号及主要参数 6
2.3压铸机的选用 7
2.3.1压铸机的基本参数选择 7
2.3.2计算压铸机的锁模力 7
2.3.3压室容量的校核 9
2.4压铸工艺 10
2.4.1压射压力的选择 10
2.4.2充填速度的选择 11
2.4.3压铸时间的选择 11
第三章分型面、浇注系统和排溢系统设计 13
3.1压铸模的结构组成 13
3.2分型面的设计 14
3.2.1分型面的类型 14
3.2.2分型面的选择原则 14
3.2.3浇注系统设计 15
3.2.4溢流与排气系统的设计 16
第四章成型零件与模架设计 18
4.1成型零件的结构设计 18
4.2成型零件的成型尺寸的计算 18
4.3模架的设计 20
4.4加热与冷却系统设计（该模具不采用加热冷却系统，略） 20
第五章抽芯结构设计 21
参考文献 22
附录（翻译） 23
摘要
随着我国与国际接轨脚步的不断加快，市场竞争的日益加剧，，人们开始越来越认识到产品食量、成本和新产品的开发能力的重要性。
而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。
压力铸造简称金属压铸。
它是通过将熔融的液态金属注入压铸机的压室，运用压射冲头的运动，是液态金属在高压力的作用的，高速通过模具的浇注系统填充型腔，在压力下结晶并迅速冷却凝固形成铸件的一种高效率的少、无切削金属的成型工艺。
压铸的起源说法不一，应该讲是从半永久和永久型的发展中分支出来的。
最早是用来制备青铜类的生活器皿，钱币等，后来发展为用金属型来制备简单的武器，比如青铜箭头。
在1822年，威廉姆.乔奇（WiliamChurch）制造出了一台铅字的铸造机，展示出了压铸工艺巨大的生产潜力。
在1839年，一种活塞式压铸机获得了第一个压力压铸专利。
1927年捷克人JesefPfolak设计了立式冷室压铸机，压铸技术有了一个很大的进步，使得铝、镁、铜等合金均可采用压铸生产。
从目前来看，压铸工艺已经得到了广泛的应用，成为汽车、电气仪表等领域许多零件的非常重要的生产手段。
未来压铸生产主要是向着自动化、智能化方向发展。
关键词：
压力铸造、金属铸造、自动化、智能化。
第一章压铸合金与压铸件的设计
1.1压铸合金
压铸合金是压铸生产的要素之一，要生产优良的压铸件，除了要零件的结构合理、压铸模的设计完善和压铸机的工艺性能优越外，还需要有性能良好的合金。
1.1.1工件的材料性能
该课题的压铸件的材料为：
铸造锌合金，锌合金的主要特性如下:
1）锌合金拥有很好的压铸性能，结晶的温度范围小，不易于产生疏松；容易充填成型；浇注温度较低，模具使用寿命长；不容易黏附模具型壁；铸件精度一般都较高；电磁屏蔽性能优越等特点。
于此同时，它的力学性能也比较高，特别是抗压与耐磨性能很好。
2）锌合金铸件能够很好的接受各种表面处理，尤其是电镀，所以在压铸的发展史中，锌合金压铸占有了相当重要的地位。
压铸锌合金虽经过了许多年的发展并且取得了显著成效，但任然备受人们的关注，显示出其巨大的应用发展潜力。
同时在一些无高温强度要求的情况下，锌合金压铸件是铜合金等压铸件的有力竞争者。
通过对锌合金的压铸件进行氧化处理获得古铜色的外观，是锌合金艺术铸件的一大突破，它们可以和铜艺术铸件相媲美。
3）锌合金的最严重的缺点就是老化现象，它是锌合金应用范围受到限制的主要原因。
锌合金零件的工作温度一般是不能超过100摄氏度的。
严格的控制锌合金原材料的纯度和熔炼工艺过程，在合金中添加少量的Mg和适量的Cu，可以减轻或者消除老化现象以及改善切削加工性能。
1.1.2工件注意事项
1）锌合金与铝、铜、镁和塑料相比具有成本低和较高的抗磁场干扰能力。
锌加热到450℃是非常具有破坏性的，其结果可能会是增加了铸件的废品率和对压铸模造成损伤。
在压铸机的喷嘴区域通常为了减少凝结，加热的温度一般要超过450℃，故浇口套就要冷却至相对应的温度，以及要减小喷嘴与浇口套的接触面积，一般均为线接触。
2）生产锌压铸件的缺点是过高的模具磨损、铸件会有气泡和铸件的粗糙度达不到要求。
如果喷嘴中的熔体温度超过450℃，或者熔体中的含铁量太高了，就会产生这些缺陷。
3）如果铸件的尺寸精度要求高，铸件还需要进行热处理（本设计中的铸件不需要进行热处理）
1.2压铸件的设计
压铸件的设计是压铸生产技术过程中间首先会遇到的工作。
合理压铸件的机构不仅能够简化压铸模具的结构，降低制造成本，于此同时也还能够改善压铸件的质量。
1.2.1铸孔的设计
能够较好的铸出较深的小孔是压铸工艺的一个特点。
对于一些精度要求不是特别高的孔，可以不用再进行机械加工就鞥直接使用，从而节省了金属和机械加工工时。
压铸件的孔一般是指构成了局部部位的孔（例如穿越壁厚而存在的孔），其中又以装配连接用的圆孔较多，如图1-1。
零件上的被压铸出来的孔，其直径与其深度具有一定的关系，一般较小的孔只能压铸较浅的深度。
一般情况下，孔径不小于2.00mm，孔的深度不大于孔径的4~8倍，孔间距在110mm以上。
故设计该工件的各个孔的孔径以及孔深如图2-1所示。
侧孔直径为8mm，孔深为5mm；底孔直径为8mm，孔深为10mm；盲孔的直径为22mm，孔深为15mm。
图1-1压铸件图
1.2.2脱模斜度的设计
为了方便压铸件脱出模具的型腔和型芯，防止表面的划伤，延长模具的寿命，压铸件应该有合理的脱模斜度脱模斜度的大小取决于压铸件的壁厚以及合金种类。
压铸件的壁厚越厚，合金对型芯的包紧力也就越大，脱模斜度也就越大。
合金的收缩率越大，其熔点越高，脱模斜度也就越大。
此外，压铸件的内表面或孔的脱模斜度要比外表面的大。
在允许范围内，宜采用较大的脱模斜度，用以减小所需的推出力或者抽芯力。
确定脱模斜度时可以参考表1-1。
表1-1脱模斜度
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
10'
15'
15'
45'
铝、镁合金
15'
30'
30'
1°
铜合金
10'
10'
10'
10'
故工件的脱模斜度分别取为:
外表面10'，内表面15'。
1.2.3齿轮的设计
压铸齿轮的最小模数可按照表1-2选取，其脱模斜度按照表1-1中的内表面的值来选取，对有些要求高的齿轮，齿面应留有0.2~0.3的加工余量。
表1-2压铸齿轮的最小模数
压铸合金类型
锌合金
铝、镁合金
铜合金
最小模数
0.3
0.5
1.5
根据实际情况，选取齿轮模数为m=2.5，故而齿轮z=dm-2=8。
第二章压铸机的选用与压铸工艺
压铸机是压铸生产过程中最为基本的设备，是压铸生产中提供能源和选择最佳的压铸工艺参数的条件，同时也是获得优良压铸件的技术保证。
在设计压铸模时，首先应该选择合适的压铸机，为了使压铸生产的正常进行和获得优质铸件得到保证，必须使所选择的压铸机的技术规格以及其性能能符合压铸件客观的要求。
相反的，如果压铸机已经确定了，那么所设计的压铸模就必须要满足压铸机的规格和性能的要求。
2.1压铸机的分类和特点
2.1.1压铸机的分类
压铸机一般按照压室的受热条件不同分为冷压室压铸机（简称为冷室压铸机）和热压室压铸机（简称为热室压铸机）两大类。
冷室压铸机又因为压室和模具放置的位置和方向不同分为卧式、立式和全立式三种。
2.1.2压铸机的特点
热室压铸机的结构通常都比较简单，操作方便，生产效率较高，工艺稳定，铸件的夹杂物少，且质量好。
但是由于压室和压射冲头长时间浸泡在金属液中，容易产生黏结和腐蚀，影响模具的使用寿命，且压室更换不方便，因此它通常用于压铸锌合金、铅合金以及锡合金等熔点较低的合金。
又因其生产效率高，金属液体纯度高及温度波动范围小，故而近年来还扩大应用于压铸镁、铝合金铸件。
冷室压铸机有其独特的优点：
压力大，能压铸较大的有色金属以及黑色金属铸件；它的缺点就是:
热量损失大，操作比较烦琐，并且上产效率不如热室压铸机高。
2.2压铸机的型号及主要参数
目前，国产的压铸机都已经标准化了，其型号主要反映了压铸机的类型和合模力大小等基本参数。
压铸机的型号是用汉语拼音字母和数字组成的。
如前面的字母J表示金属型铸造设备，JZ则表示自动压铸机。
字母后面的第一位数字表示的是冷室压铸机或者是热室压铸机:
1表示冷室，2表示为热室。
第二位数字表示的是压铸机的结构:
1表示为卧式压铸机，2表示为立式压铸机。
第二位以后的数字表示的是最大合模力的1/100KN，在型号的后面加有A、B、C、D、...等字母的时候，表示经过了几次改型设计。
由于该工件的材料为锌合金，选用的是热室压铸机，可以参考表2-1选取压铸机的参数。
表2-1热室压铸机基本参数
合模力
压射力
模具厚度
动模行程
顶出力
顶出行程
压射位置
一次金属浇入量
标准压室直径
空循环周期
最小/最大
kN
kN
mm
mm
kN
mm
mm
kg
mm
s
≥630
50
150/350
≥250
≥60
0
1.2
60
≤4
≥1000
70
150/450
≥300
80
≥80
0/50
2.5
70
≤5
≥1600
90
200/500
≥350
100
≥100
0/60
3.5
80
≤6
≥2500
120
250/650
≥400
140
≥120
0/80
5
90
≤7
≥4000
150
300/750
≥450
180
≥150
0/100
7.5
100
≤8
2.3压铸机的选用
2.3.1压铸机的基本参数选择
在实际的生产过程中，并不是每一台压铸机都是能够满足压铸各种产品的需要，而是要依照具体的情况来进行选择的。
在选用压铸机的时候应该考虑以下两个方面的问题。
首先，应该考虑压铸件的不同的品种和批量。
在组织多品种的小批量的生产时，一般都选用液压系统简单的、适应性强的和能快速调整的压铸机。
如果组织的是少品种大量生产时，则应该选用配备各种机械化和自动化控制机构的搞效率的压铸机。
对于单一的品种的大量生产时，可以选用专用压铸机。
其次，应该考虑压铸件的结构和工艺参数。
压铸件的外形尺寸、质量、壁厚和工艺参数的不同，对压铸机的选用有重大的影响。
根据锁模力选用压铸机是一种传统的并被广泛的采用的方法，而压铸机的型号就是根据合模力的大小来定义的。
2.3.2计算压铸机的锁模力
在压铸过程中，金属液体以及其高的速度充填压铸模的型腔，在充满压铸模的型腔的瞬间和增压的阶段，金属液体收到了很大的压力，此力作用在压铸模的各个方向上，力图使压铸模沿着分型面脹开，故而将它称为胀型力。
为了使之不被胀型力胀而锁紧在压铸模的力称为锁模力。
为了防止压铸模被胀开，锁模力要比胀型力在合模方向上的合力大，其计算公式为
F锁=K（F主+F分）（2-1）
式中F锁——压铸机应有的锁模力，N;
K——安全系数，K=1.25；
F主——主胀型力，N;
F分——分胀型力，N。
主胀型力的计算公式为
F主=Ap（2-2）
式中F主——主胀型力，N；
P——压射压力，pa；
A——压铸件在分型面上面的投影面积，m2，多腔模则为各腔投影面积之和，一般另加30%作为浇注系统与溢流排气系统的面积。
当有侧向抽芯机构组成侧向的活动型芯成型压铸件时，金属液体充满型腔产生的压力F反，作用在侧向活动星系你的成型面上从而使型芯后退，故而常常使用楔紧块斜面来锁紧与活动型芯连接的滑块，此时，在楔紧块斜面上就会产生法向的分力，这个法向的分力既是分胀型力，其值为各个型芯所产生的法向力之和。
斜销抽芯以及斜滑块抽芯的分胀型力的计算公式为
F分=ε（A芯ptanα）（2-3）
式中F分——分胀型力，N；
P——压射压力，Pa；
A芯——侧向活动型芯成型端面的投影面积，m2;
α——楔紧块的楔紧角，（°）。
根据表2-2、图2-1可以得到
F主=π（r12-r22）50×106×1.3=380KN
F分=A芯×50×106tan45°=2.5KN
故而可以知道
F锁=K（F主+F分）=1.25（390KN+2.5KN）=478.125KN
查阅压铸模设计师手册，选择J216型热室压铸机（由上海强晨压住机械有限公司提供资料）。
其主要参数可以参考表2-3。
图2-1模具的侧抽芯结构
表2-2各种压铸合金选用的计算压射（MPa）
合金
铸件壁厚<3mm
铸件壁厚>3mm
结构简单
结构复杂
结构简单
结构复杂
锌合金
30
40
50
60
铝合金
35
45
55
60
铝镁合金
35
45
50
60
镁合金
40
50
60
70
铜合金
50
60
70
80
表2-3J216型热室压铸机主要参数
名称
主要参数
名称
主要参数
合型力/KN
630
液压顶出器顶出力/KN
50
拉杆内间距（水平×垂直）
320×320
液压顶出器行程/mm
60
拉杆直径
60
最大金属浇注两/Kg
1.4（锌）
动型座板行程/mm
250
一次空循环时间/s
4
压铸型壁厚（最小-最大/mm）
150-400
管路工作压力/Mpa
8
压射位置/mm
0，-50
液压泵电动机功率/KW
11
压射力/KN
70
机器质量/Kg
4000
压射室直径/mm
55
机器外形尺寸（长×宽×高）/mm
4800×1700×2500
铸件投影面积/cm2
200
2.3.3压室容量的校核
在压铸机进行初步选定之后，压射压力与压室的尺寸也就相应的得到初定，压室可以容纳的金属液体的质量也就为定值，但嫩否容纳每次浇注的质量，需要按照下式核算
G室>G浇（2-4）
式中G室——压室容量，kg；
G浇——每次浇注的金属液体的质量，包括了铸件、浇注系统、排溢系统的质量，kg。
压室容量可以按照下式进行计算
G室=πD室2LρK/4（2-5）
式中G室——压室容量，kg；
D室——压室直径，m；
L——压室长度（包括浇口套长度），m；
ρ——液态合金密度，kg/m3，见表2-4；
K——压室充满度，K=60%~80%。
表2-4液态合金密度kg·m-3
合金种类
铅合金
锡合金
锌合金
铝合金
镁合金
铜合金
ρ
8×103
7.3×103
6.4×103
2.4×103
1.65×103
7.5×103
根据以上数据，可以知道
G室»G浇
2.4压铸工艺
压铸生产中，压铸机、压铸合金以及压铸模是三大要素。
压铸工艺则是将三大要素作有机的组合并且加以运用的过程。
2.4.1压射压力的选择
应根据铸件的形状、尺寸、壁厚、复杂程度，合金特性，温度、排溢系统以及浇口等来选择合适的压射压力。
压射压力的选择见表2-5.
表2-5压射压力推荐值（MPa）
压铸合金类型
锌合金
铝合金
镁合金
铜合金
一般件
13~20
30~50
30~50
40~50
承载件
20~30
50~80
50~80
50~80
耐气密性件
25~40
80~120
80~100
60~100
电镀件
20~30
2.4.2充填速度的选择
充填速度的选择应该要视铸件的大小、铸件的要求、铸件的复杂程度、合金的种类、压射压力高低而异。
一般情况下，对于形状结构简单或者是内部质量要求较高的铸件，应该选择低的充填速度、高的压射压力、大的浇口；而对于形状结构复杂或者是表面质量要求高的铸件，应该选择高的填充速度、高的压射力，因为这时候铸件成型成为了主要的矛盾。
填充速度的选择见表2-6.
表2-6充填速度推荐值
合金种类
铝合金
锌合金
镁合金
黄铜
充填速度m/s
20~60
30~50
40~50
20~50
2.4.3压铸时间的选择
压铸时间包括了充填、持压、以及压铸件在压铸模中停留的时间。
它是压力、速度、温度这三个因素，再加上液态的金属的物理特性、铸件的结构、模具结构等各方面综合的结果。
（1）充填时间：
压铸时液态的金属从进入压铸模型腔开始到充满型腔为止所需要的时间称为充填时间。
（2）持压时间：
金属液充满型腔到凝固前，增压比压持续的时间称为持压时间。
表2-7生产中常用持压时间
压铸合金
铸件壁厚<2.5mm
铸件壁厚2.5~6mm
锌合金
1~2
3~7
铝合金
1~2
3~8
镁合金
1~2
3~8
铜合金
2~3
5~10
（2）留模时间：
留模时间指持压时间终了到开模推出压铸件的时间。
表2-8各种合金常用留模时间
压铸合金
壁厚<3mm
壁厚3~4mm
壁厚>5mm
锌合金
5~10
7~12
20~5
铝合金
7~12
10~15
25~30
镁合金
7~12
10~15
15~25
铜合金
8~25
15~20
20~30
根据表2-2、2-3，可以选择持压时间为5s，留模时间为25s。
第三章分型面、浇注系统和排溢系统设计
3.1压铸模的结构组成
压铸模是由动模和定模两个主要部位组成的。
定模与压铸机压射机构连接，并固定在定模的安装板上，浇注系统则与压室相通。
动模安装在压铸机的动模安装板上，并随着动模安装板移动而与定模合模或开模。
图3-1表示了该模具的结构组成。
图3-1压铸模装配图
1—推杆固定板2—动模座板3—垫块4—支撑板5—动模套板6—滑块支架7—滑块
8—斜销9—楔紧块10—定模座11—定模座板12—分流锥13—浇口套14—导套15—导柱16—复位杆17—推板18—限位钉19—推杆20—推板导套21—推板导柱
1.浇注系统金属液体进入型腔的通道，如图中的件号12、13。
2.溢流与排气系统排除压室、浇道以及型腔中的气体的通道。
3.成型工作零件定模和动模合拢之后，构成型腔中的零件称为成型工件零件。
4.模架
（1）支承于固定零件：
包括各种套板、座板、支承板和垫块等构架零件，他们的作用就是将模具各个部分按照一定的规律和位置加以组合和固定，并使模具能够安装到压铸机上面，如图中件号2、3、4、5、10、11
（2）导向零件：
图中件号14、15为导向零件，其作用是引导动、定模合模或开模。
（3）推出与复位机构：
将压铸件从压铸模上面脱出的机构，包括了推出、复位和预复位零件，甚至还包括了这个机构自身的导向与定位零件，如图中件号1、17、18、19、20、21。
5.抽芯机构抽动与开合模方向运动不相同的机构，合模前或者合模后完成插芯动作，如图中件6、7、8、9。
6.加热与冷却系统
7.其他如紧固螺栓、销钉以及定位用的定位件等等。
3.2分型面的设计
通常将压铸模的动模与定模的接触表面称为分型面，分型面是由压铸件的分型线决定的。
合理的确定分型面，不但能够简化压铸模的结构，而且还能够保证铸件的质量。
因此，分型面的设计是压铸模设计中的一项十分重要的内容。
3.2.1分型面的类型
根据铸件的形状和结构的不同特点，可将分型面分为：
直分型面、折线分型面、倾斜分型面以及曲线分型面等。
根据分型面的数量，又将分型面分为：
单分型面、三分型面以及组合分型面等。
3.2.2分型面的选择原则
选择分型面的时候，主要根据以下原则。
a．开幕时，能保持铸件随着动模移动的方向脱出定模，使铸件保留在动模内。
为了方便于从动模中取出铸件，分型面应取在铸件的最大截面上。
b．有利于浇注系统以及排溢系统的合理布置。
c．为保证铸件的尺寸精度，应使加工的尺寸精度要求高的部分尽可能的位于同一半压铸模内。
d．使压铸模的结构简化并且有利于加工。
e．此外，还要考虑铸造合金的性能等。
根据以上原则，并结合实际情况，选择图3-2中的A-A分型面，（图3-3中的i-i分型面）采用该分型面的主要特点如下：
1）型腔全部位于动模内，可用直浇道与分流锥配合充填，铸件成型有保证，溢流排气条件好。
2）型芯的下半部分不易喷刷涂料。
3）去除浇口困难。
图3-2
4）模具结构简单。
图3-3
3.2.3浇注系统设计
压铸模的浇注系统是金属液在压力作用下填充型腔的通道。
它由直浇道、横浇道、内浇口和余料等部分组成。
基于产品的结构特点，该模具采用顶浇口、直浇道的浇注系统，铸件成型及内在品质均较好，如下图3-4所示。
图3-4
根据下表3-1能够知道直浇道与分流锥的主要尺寸
表3-1热压室压铸机直浇道尺寸（mm）
名称
尺寸
直浇道长度L
40
45
50
55
60
65
70
72
80
直浇道小端尺寸d
12
14
脱模斜度α
6°
4°
环形通道壁厚h
2.5~3.0
3.0
升级会员 