转子体压铸工艺分析及模具设计毕业设计说明书.docx
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转子体压铸工艺分析及模具设计毕业设计说明书
天津职业技术师范大学
TianjinUniversityofTechnologyandEducation
毕业设计
转子体压铸工艺分析及模具设计
专业：
材料成型及控制工程
班级学号：
材料0711班-12号
天津职业技术师范大学本科生毕业设计
转子体压铸工艺分析及模具设计
Die-castingprocessanalysisanddiedesignoftherotorbody
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。
本文通过对转子体的分析，设计其压铸模具。
对其铸件外形及其分析，得出一模一腔的模具结构。
根据铸件的特点，需要采用中心浇口，尽量避免铸件出现气孔、填不满、凝固不均等问题，由于大批量生产，采用二次分模，自动脱料的方案，并完成整体模具的设计，其中包括冷却水道的设计、浇注系统的设计、顶出系统的设计等，以及压铸机的选择与校核。
此设计通过UG软件设计完成，在设计过程中结合自身设计的结构选择标准件，来完成装配后的最终模具效果。
在设计过程中，利用ProCast软件来分析压铸件的各项结果和从中发现问题，通过分析可以仿真出铝合金成型过程中的充填、流动、凝固等过程，准确预测铸件中可能存在的缺陷。
利用模流分析技术，能预先分析模具设计的合理性，减少试模次数，加快产品研发，提高企业效率。
关键词：
转子体；压铸；模流分析；模具设计
ABSTRACT
Die-castingmoldingtechnologyisplayingakeyroleinnon-ferrousmetalstructureformingprocesses.Die-castingprocess’sfeaturesarethestrengthandhardnessofdiecastingonhigh,thin-walledcastingswithcomplexshapecanbecast,andtheproductionisefficient.Thedie-castingdieisthekeyfortheprocessofdiecasting,itsqualitydecidesthequalityandaccuracyofcastings,andthedesignofthedie-castingdieaffectsitsqualityandoperatinglifedirectly.Therefore,designingthedie-castingdieisthekeytotechnologicalprogress;itisalsoanimportantfactorinthedevelopmentofmold.
Inthispaper，throughanalysisoftherotorbody,designofitsdie-castingmold,throughitsshapeandanalysis,obtaintheonemodeofacavityofthemoldstructure.Accordingtothecharacteristicsofthecasting,usethecentergate,trytoavoidcastingappearsholes,filledup,solidificationuneven,andotherissues,duetomassproduction,usethesecondparting,auto-offtheprogramofmaterialandcompletetheoveralldesignofthemold,whichincludingthedesignofcoolingchannels,gatingsystemdesign,thetopofthesystemdesign,aswellastheselectionandcheckingofthediecastingmachine.ThisdesignwascompletedbyUG,combinedwiththestructureofdesigninthedesignprocesstoselectstandardparts,tocompletethefinalassemblymoldeffect.Intheprocessofdesign,useProCastsoftwaretoanalyzetheresultsofthediecastingandproblemfromanalysis.ProCastcansimulatethefilling,flow,solidificationprocessinthealuminumalloymoldingprocess,accuratelypredictthepossibledefectsinthecasting.Themoldflowanalysiscanpre-analysisoftherationalityofthemolddesign,reducethenumberoftestmode,speedupproductdevelopment,increasebusinessefficiencies.
Keywords:
rotorbody；die-casting；moldflowanalysis;molddesign
1绪论
1.1压铸的基本概念
压铸是一种合金液在高压作用下高速填充型腔，并在高压下凝固形成铸件的特殊铸造方法，主要用于有色金属，如锌合金、铝合金、镁合金、铜合金等。
其主要特点是高压和高速，常用压力为数十甚至上百兆帕，填充速度（内浇口速度）约为16～80米/秒，金属液填充模具型腔的时间极短，约为0.01～0.2秒。
作为一种少无切削的成形方法，压铸模具有生产效率高，铸件尺寸精度高，表面粗糙度好，经济指标优良的优点，可以节省大量机加工工序和设备，节约原材料。
在节能降耗，追求可持续发展的浪潮中，压铸在制造业尤其是规模化产业获得了广泛的应用和迅速的发展。
1.2压铸生产的特点
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[2]。
1.3压铸产业的发展
近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。
压铸业发展的主要推动力是汽车业的发展，这是由于汽车生产商追求整车轻量化的原因。
由于铝的质量比较轻，在汽车业中，铝合金是应用最广泛、发展最快的轻金属。
铝合金在汽车工业中的应用以压铸为主要工艺，压铸占全部铸造方法的55％左右。
由于汽车需要更薄壁和更强韧的结构件，能够热处理和焊接的高品质压铸件的应用范围也越来越大，采用铝合金真空压铸的底盘结构件正在逐渐取代钢铁铸件或锻件。
在现代压铸模设计中，按照虚拟制造和并行设计的思想原则，借助于CAE技术
（也即计算机数值模拟技术）可实现对连续多周期生产全过程的模拟分析，变未知因素为可知因素，并分析易变因素的影响，实现对压铸过程的金属液充型凝固模拟、压铸模温度场等模拟，评价可能出现的缺陷类型、位置和程度等等。
此技术具有过程和质量前瞻性的科学的设计方法，不仅节省了压铸模开发制造的费用和周期，同时也有力地保证了压铸模及其所实现的铸造工艺的质量。
1.4毕业设计内容
目前CAD/CAM/CAE及数控技术在模具加工领域起着不可缺少的重要作用。
当今流行的三维造型软件有Pro/ENGINEER、UG和Solidworks等。
本课题模具所用软件是UG和Procast,运用Procast对转子体零件压铸成形进行分析，再运用UG完成转子体压铸模具设计，包括浇注系统、冷却系统等，基本流程如图1-1所示。
开始
图1-1模具设计的基本流程
2零件分析
2.1零件简介
转子体是某离心式机油滤清器上的一个压铸件，材料为ZL102铝合金，其结构如图2-1所示，此零件工作时转速高达5500r/min,装配前必须做动平衡实验，并作600kPa的耐压泄露实验，故零件的致密度及密度均匀性要求较高。
图2-1转子体
Zl102铝合金简介：
材料名称：
ZAlSi12，合金代号：
ZL102，标准：
GB/T1173-1995，化学成分如表2-1所示。
优点：
①密度较锌合金小，比强度大，高温、低温力学性能均很好，尤其是冲击韧性尤其好。
②表面有一层化学稳定、组织致密的氧化铝膜，故大部分铝合金在淡水、海水、硝酸盐以及各种有机物中均有良好的耐蚀性。
③导电性和导热性均很好，机械切削性能也好。
④具有较大的比热容和凝固潜热。
⑤线收缩率较小，具有良好的填充性能、较小的热裂倾向。
缺点：
①较大的体收缩率，易在最后凝固处发生集中缩孔。
②铝硅系合金、纯铝易发生粘模。
③纯铝铸造性差，易氧化，只能用来压铸电动机转子。
表2-1ZL102的化学成分
合金
Si
Al
Fe
Cu
Mn
Mg
Zn
Ti
杂质总和
ZL102
10~13
0~0.7
0~1.0
≤0.30
≤0.5
≤0.10
≤0.1
≤0.20
≤2.0
力学性能：
抗拉强度σb（MPa）:
≥145,伸长率δ5（%）：
≥4，硬度（HB）：
≥50。
2.2零件结构分析
图2-2为某离心式机油滤清器的转子体，材料是ZL102。
该零件形状复杂且型腔较深，要求壁厚均匀，致密度及密度均匀性要求较高，在压铸过程中，该铸件容易出现气孔、填不满、抽芯难等问题。
若压铸模具设计不合理，这类铸件往往生产质量达不到要求，废品率较高。
图2-2转子体
3压铸成形分析
3.
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