模具毕业设计5ETC节流阀压铸模具结构设计.docx
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模具毕业设计5ETC节流阀压铸模具结构设计
本科生毕业设计
ETC节流阀压铸模具结构设计
ETCThrottleDie-castingmoldsstructuraldesign
学生姓名
所在专业
机械设计制造及其自动化
所在班级
机制班
申请学位
学士学位
指导教师
职称
工程师
副指导教师
职称
副教授
答辩时间
年6月11日
目录
设计总说明I
introductionII
1压铸机的压铸过程简述1
1.1热室压铸机的压铸过程1
1.2冷室压铸机的压铸过程1
1.2.1立式冷室压铸机的压铸过程1
1.2.2高效率，自动化1
1.2.3大型、超小型及高精度2
1.2.4革命模具制造工艺2
1.2.5标准化2
1.2.6开发计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAM）2
2压铸合金4
2.1对压铸合金的基本要求4
2.2压铸件合金选择4
2.3压铸件及其技术要求4
3压铸机的结构及主要组成5
3.1卧式冷室压铸机5
3.2压铸机选用5
3.2.1计算压铸机所需的锁模力6
3.2.2确定比压6
3.2.3计算胀型力6
3.2.4模具厚度与动模座板行程核算7
4浇注系统7
4.1内浇口的设计8
4.2横浇道的设计11
4.3冷料穴的设计13
4.4排溢系统和冷却系统的设计13
5型腔和分型面的设计13
5.1型腔数的确定及其型腔布局13
5.2分型面的确定13
5.3模板设计15
5.4动模镶块设计15
5.5定模镶块设计16
6导向系统的设计17
6.1导柱的选用17
6.2导套的选用17
7零件的测绘17
7.1测绘的概述17
7.2零件草图的绘制18
设计总结19
鸣谢20
参考文献21
附录22
设计总说明
本课题是由湛江德利化油器厂的实际生产课题，汽车配件是重要的制造产业，其中汽车的铝合金配件制造时一个技术性很强的行业。
本题目正是研究汽车里面一个阀体的铝合金压铸模具设计。
本设计依据
国家相关技术标准和德利化油器厂的技术标准、规范进行相关设计
本设计主要是对模具的结构进行设计，根据模具的功能和模具的寿命进行设计，对该压铸模具设计的全面要求是：
能生产出在尺寸精度，外观，物理性能等方面均达到要求的产品。
要求模具的使用效率高、操作简便；模具的结构合理，制造容易，成本低廉。
压铸模具影响着塑料制品的质量。
模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同向性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
铸件在加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。
在大批量生产铝合金制品时，应尽量减少开模，合模和取制件过程中的手工劳动，采用自动开合模和自动顶出机构，并要保证制件能自动从模具上脱落。
模具费用在制品成本中所占的比例将会很大，以及尽可能地采用结构合理而简单的模具，以降低成本等，本设计就是要解决好上述问题。
关键词：
汽车行业；压铸模具；寿命；质量
introduction
ThistopicistheactualproductionplantZhanjiangDenicarburetortopicsautopartsmanufacturingindustryisimportant,thealuminumalloyautomobilepartsmanufacturing,ahighlytechnicalindustry.Thistopicisastudyvehicleinsidethealuminumalloydie-castingmoulddesignThrottle.
Designbasis
Mainlytothedesignofstructuralcomponentsofthedesign,layoutstructureisbasedonthefunctionalcomponentsoflifeandmoulddesign,theoveralldemandfordie-castingcomponentsare:
toproduceprecisioninsize,appearance,physicalcapabilities,andotheraspectsoftherequiredqualityproducts.Totheuseofwarningforhighefficiency,automation,operate;Advancedmanufacturingfromtheperspectiveofrequirementsstructured,easytomanufacture,lowcost.
Die-castingmoldsaffectthequalityplasticproducts.First,theinstrumentmouldcavityshape,size,surfacesmoothness,sub-typeface,chinrunnerandexhaustductslocationanddrawingofpatternswaystocopysizeaccuracyandshapeprecisionandhardphysicalperformance,mechanicalproperties,electricalproperties,whichstresssize,withthesexual,exteriorquality,surfacesmoothness,bubble,dents,charandsilverpatterns,andothershaveimportantimplications.
Keywords:
car;Die-casting;Throttle;Quality
ETC节流阀压铸模具结构设计
（机械设计制造及其自动化，2002121702，陈德健）
指导教师：
张世亮
毕业设计说明书
第1章绪论
铸模是进行压铸生产的主要工艺装备。
在经济批量生产中，铸件质量合格率的高低，作业循环的快慢，模具制造的难易及其使用寿命，在很大程度上受压铸模具设计的正确、合理、先进和适用的程度的制约。
压铸模具制造费用颇高，制成后难以进行大的修改，所以设计人员应当对模具个压铸技术有充分的了解，并细致地分析产品的具体特点，才能在压铸模设计上顺利地达到预期的效果。
1压铸机的压铸过程简述
压铸机按压射室的特点可分为热室压铸机和冷室压铸机两类。
1.1热室压铸机的压铸过程
适用于锌合金、镁合金及锡、铅等低熔点合金的热室压铸机的压铸过程。
1.2冷室压铸机的压铸过程
冷室压铸机按压射室及合模装置的位置特点又区分为多种式样的机型，其压铸过程亦有差异。
1.2.1立式冷室压铸机的压铸过程
立式冷室压铸机特别适合采用中心浇口技术。
1.2.2高效率，自动化
大量采用各种高效率、自动化的模具结构，发高效冷却以缩短成型周期；各种能可靠地自动脱出产品和流道凝料的脱模机构；热流道浇注系统压铸出模具等。
高速自动化的压铸成型机械配合以先进的模具，对提高生产效率，降低成本起了很大的作用。
1.2.3大型、超小型及高精度
由于铝合金应用的扩大，铝合金制件已应用到建筑、机械、电子、仪器、仪表等各个工业领域，于是出现了各种大型、精密的高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工，热处理变小、导热性能优异的制模材料。
1.2.4革命模具制造工艺
为了更新产品花色和适应小批量产品的生产要求，除大力发展高强度、高耐磨性的材料外，同时又重视简易制模工艺研究。
1.2.5标准化
发展模具标准化工作，使模板、导柱等通用零件标准化，商品化，以适应大规模的成批生产压铸成型模具。
1.2.6开发计算机辅助设计和辅助制造（CAD/CAM）
随着计算机技术的发展，计算机已经广泛应用于模具工业，在压铸成型系统中针对每一个环节都可将计算机作为辅助工具而加入，构成该环节的CAD或CAM或CAE，下面分别介绍：
1.2.6.1铸件设计
铸件的设计包括铸件结构、尺寸、精度、表面、性能等方面的设计。
铸件设计方面的计算机辅助技术有：
铸件CAD、铝合金、辅料、辅件选择的专家系统
1.2.6.2压铸机的使用
赏见压铸机使用方面的计算机辅助技术有：
压铸机选择专家系统；压铸机故障诊断系统。
1.2.6.3压铸模使用状况的好坏直接影响到压铸质量
在对于高技术压铸模来说，都要对压铸模在使用过程中进行监控或对压铸模的报役模拟仿真，由此知压铸模的工作状况。
1.2.6.4压铸工艺
压铸工艺方面的计算机辅助技术有：
压铸工艺制定的专家系统，铸件质量故障诊断。
1.2.6.5压铸模设计
压铸模设计主要完成压铸模的结构尺寸、精度、表面性能等方面的设计，并选择模具的材料等。
计算机在压铸模设计方面的工作有：
压铸模CAD；压铸模材料、辅料、辅件选择专家系统；工装选择专家系统；压铸模CAPP；压铸模加工模拟；压铸模CAQ。
为了迎合模具的发展趋势，在本次设计过程中主要应用PTC公司的pro/engineer软件进行对铸件零件的设计和对压铸模具的凹、凸模进行仿真加工，并经后置处理转化为NC加工程序。
1.2.6.6压铸模的基本结构
压铸模的结构如图所示。
图中分型线A-A上边那一半模具称为定模。
定模这部分时固定在压铸机定模安装板上的。
A-A下边那一半模具称为动模。
动模这部分是随压铸机动模安装板开合移动的
压铸模结构图
第2章压铸件设计工艺分析
2压铸合金
用于生产压铸件的金属材料有铝合金、存铝，锌合金，镁合金、铜合金、铅合金、锡合金等。
其中以铝合金应用最广，镁合金呈增长趋势。
黑色金属仅有很少量应用。
2.1对压铸合金的基本要求
1）材料力学性能、耐腐蚀性能、加工性能和其他性能符合产品工件工作条件要求。
2）液态流动性好。
结晶温度间隔小、结晶潜热大的合金又出色的流动性，为实现复杂压铸件的薄壁化创造了条件。
3）热裂倾向小。
合金在固相线下有较高的高温强度，避免压铸时产生热裂。
4）收缩率小。
以免脱模时铸件产生变形及裂纹，并有助于保证压铸尺寸精度。
5）熔点较低。
低的合金压铸温度有利于延长压铸模使用寿命。
6）货源充足并且在单位质量的性能成本比较中价格低廉
2.2压铸件合金选择
根据上述要求查《压铸模设计手册》选取压铸铝合金YZAlSi10Mg。
2.3压铸件及其技术要求
本人这个题目所设计的压铸件为汽车ETC节流阀，工件图如下
上图所示的零件材料为铝合金。
该阀体零件形状复杂基本要求一次成型，除了特殊要求的空需要加工外，零件去毛刺后可以直接进行检验，使用。
所有的直径、半径的位置度分型线允许有不超过0.8mm的飞边，所有毛胚数据为基准，保证完整的零件特征参见3D模型。
第3章选用压铸机
根据压铸件的结构、材质、技术要求及其验收条件等采用合理的压铸工艺，设计、制造优良的压铸模具并合理选用压铸机，使生产合乎要求的优质压铸件的前题。
设计压铸模与选用压铸机有密切联系。
除了安装尺寸、锁模力外，重要的还有压铸机与压铸模之间的能量供需关系。
这种关系用PQ2图来阐明，可从中获得压铸机的压铸能量和压铸模所需的充型能量。
3压铸机的结构及主要组成
压铸机分为冷室和热室两大类，又分卧式、立式两种型式。
卧式应用最多。
现将常用的压铸机作一简介。
3.1卧式冷室压铸机
其机构及主要组成如图所示。
常用于压铸铝、镁、铜合金，亦可用于黑色金属。
其特点如下。
金属液进入型腔转折少，有利于发挥增压得作用。
1）卧式压铸机一般设有偏心和中心两种，浇注位置，可供设计模具时选用。
2）便于操作，便于维修，容易实现自动化。
3）金属液在压室内与空气接触面积大，压射时速度选择不当，容易卷入空气和氧化夹渣。
4）设置中心浇口时模具结构较复杂。
3.2压铸机选用
根据锁模力选用压铸机是一种传统并被广泛采用的选压铸机的方法，但还是不足。
3.2.1计算压铸机所需的锁模力
根据铸件结构特征、合金及技术要求选用合适的比压，结合模具结构的考虑，估算投影面积，按公式（3-1）求得胀型力后乘以安全系数K（一般K取1.25），便得到压铸该压铸件所压铸机的锁模力。
（3-1）
式中
-------压铸机应有的锁模力（kN）
K-------安全系数（一般取K=1.25）
-------主胀型力、铸件在分型面上的投影面积，包括浇注系统、溢流、排气系统的面积乘以比压（kN）.
-------分胀型力，作用在滑块锁紧面上的发向分引力引起胀型力之和（kN）。
3.2.2确定比压
比压实确保铸件质量的重要参数之一，根据合金种类并按铸件要求选择。
根据《压铸模设计手册》表3-1得
K取80～120，这里设计取100。
3.2.3计算胀型力
3.2.3.1计算主胀型力
（3-2）
其中A为铸件在分型面上的投影面积，一般另加30%作为浇注系统与溢流排气系统的面积，由计算得292.5
P取100MPa,则
=2.925（KN）
3.2.3.2选用压铸机
为简化选压铸机时的计算，在已知模具分型面上铸件总投影面积
和所选用的比压P后，可以从《压铸模设计手册》图3-5中直接查到所选用的压铸机型号和压室直径。
=293.5
p=100MPa,可以选用J1113型冷室卧式压铸机，压室直径为50mm.
3.2.4模具厚度与动模座板行程核算
为了机器合模时能锁紧模具分型面，开模后能方便地从分型面间取出铸件，必须对模具厚度、动模座板行程进行核算。
3.2.4.1模具厚度核算
虽然通过调整合模机构的位置可适应所设计的模具厚度，但调整范围不超过说明书中所给的出的最大和最小模具厚度。
根据分型面在合模时必须贴紧的要求，所设计的模具厚度，不得小于机器说明书所给定的最小模具厚度，也不得大于所给定最大模具厚度。
据此，设计模具时，按公式（3-3）核算所设计的模具厚度：
（3-3）
其中Hmin=300，Hmax=600，H设=520，满足要求
3.2.4.2动模座板行程核算
动模座板行程实际上就是压铸机开模后，模具分型面之间的最大距离。
设计模具时，根据铸件形状、浇注系统和模具结构核算是否能满足要求，见公式（3-4）。
（3-4）
式中
-----开模后分型面之间能取出铸件的最小距离
-----动模座板行程
=160mm，
=300，满足要求。
第4章浇注系统和溢流、排气系统的设计
浇注系统得主要作用是把金属液热室压铸机的喷嘴或冷室压铸机的压室导入型腔内。
浇注系统合溢流、排气系统与金属进入型腔的部位、方向、流动状态，型腔内气体的排出等密切相关，并能调节充填速度、时间，型腔温度等充型条件，其设计时压铸模具设计重要环节。
4浇注系统
将金属液引入到型腔的通道称为浇注系统。
它是从压室开始到内浇口为止的进料通道的总称，一般由四个部分组成：
直浇道、横浇道、内浇口、余料。
本设计采用立试压铸机用的浇注系统，其结构见下图：
1—直浇道2—横浇道3—内浇口
本设计采用卧式压铸机用的浇注系统。
一．浇注系统各组成部分的设计
设计浇注系统时，应根据铸件结构特点、技术要求、合金的性能以及压铸机的类型和特性等，确定液态合金引入型腔的位置及流向、浇注系统的总体结构和各组成部分的尺寸。
4.1内浇口的设计
设计内浇口的位置忽然方向，并预计合金充填过程的流态，可能出现的死角区和裹气部位，以便设置适当的溢流槽和排气槽。
（1）内浇口的设计原则内浇口设计时应注意如下几点：
1）从内浇口进入型腔的金属液，应首先充填深腔处难以排气的部位，然后充填其他部位，并应注意不要过早的封闭分型面、排气槽，以便于型腔中气体能够顺利排除。
2）金属液进入型腔后，不正面冲击壁和型芯，力求减少动能损耗，避免因冲击而受侵蚀发生粘膜现象，致使该处过早损坏。
3）应尽可能采用单个内浇口而少用分支浇口（大型铸件、箱体和框架类以及结构形状特殊的铸件除外），以避免多路金属液汇流互相撞击，形成涡流，产生裹气和氧化物夹杂等缺陷。
对有家强肋的铸件，应使内浇口导入金属液的流向与坚强肋方向一致。
4）形状复杂的薄壁铸件，应采用较薄的内浇口，以保证有足够的充填速度。
对一般结构形状的逐渐，为保证最终静压力的传递作用，应采用较厚的内浇口，并设在铸件的厚处。
5）内浇口设置位置应使金属液充填压铸模型腔各部分时，流程最短，流向改变少，以及减少充填过程中能量的损耗和温度降低。
此外，还要考虑到铸件的加工、粗糙度及切除浇口是否对技术要求有影响等有关问题。
（2）内浇口的尺寸确定内浇口最合理的截面积计算涉及到多方面的因素，目前尚无切实可行的精确计算方法，在生产实践中，主要结合具体条件，按经验选用，常用的经验公式为：
=
（3-5）
式中
——内浇口截面积（
）；
G——通过内浇口的金属液质量（g）；
——液态金属的密度（cm
）见《压铸模具设计手册》表3-1；
——内浇口处金属液的流速（m/s），见《压铸模具设计手册表3—2；
t——型腔的充填时间（s），见《压铸模具设计手册》表3—3；
由公式代入数据计算得
=107.5mm
1）铸件平均壁厚计算公式为
=
（3-6）
式中
——铸件平均壁厚（mm）；
、
、
——铸件某个部位的壁厚（mm）；
、
、A
——壁厚为部位的面积（mm
）；
有公式代入数据计算得
=3.24mm
2）型腔充填时间铝合金取较大值，锌合金取中间值，镁合金去最小值。
内浇口的厚度对金属液的充型影响较大。
一般情况下，当铸件较薄并要求外观轮廓清晰时，内浇口厚度要求较薄，但内浇口过薄，金属页喷射严重，甚至会堵塞排气通道，使铸件表面出现麻点和气孔，在压逐铝、铜合金时粘膜严重。
当铸件表面求质量高、组织要求致密时可采用较厚的内浇口，但内浇口太厚，充填速度过低而降温大，可能导致铸件轮廓不清，切除内浇口也麻烦。
内浇口厚度的经验数据见表3—4。
内浇口厚度也可以按下式计算：
D=K1M+K2（3-7）
式中d——内浇口厚度（mm）；
K1——系数，对铝合金=3.7；对锌合金：
=3.3;对镁合金：
=2.3;
M——凝固模数（mm）；
K2——系数，对铝合金：
=0.5;对锌合金、镁合金：
=0.4。
凝固模数可按下式计算：
M=V/A
式中M——凝固模数（cm）；
V——压铸件体积（cm
）；
A——压铸件表面积（
）。
由公式代入数据计算得
D=2.5mm
对于壁厚基本均匀的薄壁压铸件，凝固模数约等于壁厚的1/2。
内浇口宽度也应该适当选取，宽度太大或太小，会使金属液直冲浇口对面的型壁，产生涡流，将空气和杂质包住而产生废品。
一般宽度尺寸为：
长方形铸件等于铸件边长的0.6～0.8倍；
圆形板件等于铸件边长的0.4～0.6倍；
圆环件及圆筒等于铸件外径和内径的0.25～0.3倍。
内浇口的长短直接影响铸件质量，内浇口太长，影响压力传递，降温大，铸件表面易形成冷隔花纹等。
内浇口太短，进口处温度容易升高，加快内浇口磨损，且易产生喷射现象。
一般内浇口长度2～3mm。
4.2横浇道的设计
横浇道的设计要点如下：
1）横浇道的横截面积从直浇道到内浇道保持均匀或逐渐缩小，不允许有突然的扩大或缩小的现象，以免产生涡流。
2）横浇道应平直或略有反向斜角。
3）对于小而薄的铸件，可利用横浇道或扩展横浇道的方法来使模具达到热平衡，容纳冷污染金属液、涂料残渣和气体，即开设盲浇道。
4）横浇道应该具有一定的厚度和长度，若横浇道过薄，则热量损失大；若过厚，则冷却速度缓慢，影响生产率，增大金属消耗。
保持一定长度的目的，主要是对金属液起到稳流和导向的作用。
5）横浇道截面积在任何情况下都不应小于内浇道截面积。
多腔压铸模主横浇道截面积应大于各分支横浇道截面积之和。
6）对于卧式冷室压铸机，一般情况下工作，横浇道在模具中应处于直浇道（余料）的正上方或侧上方，多型腔模也应如此，以保证金属在压射前不过早流入横浇道。
7）对于多型腔的情况，有时将横浇道末端延伸，布置溢流槽，以利于排除冷料和残渣，且有利于改善排气条件。
8）模具上横浇道部分，应顺着金属的流动方向研磨，其表面粗糙度≤Ra0.2
。
由于扩张分支式横浇道的过渡横浇道截面积沿金属液流动方向逐渐减少，金属液的流态可控，由于能量最大限度地减小金属液的流程，故有利于薄壁压铸件的生产。
所以本设计采用扩张分支式横浇道。
其浇道截面形状采用边梯形，见下图。
横浇道的尺寸如下，
Ar=（3～4）Ag（冷室压铸机）Ar=（2～3）Ag（热室压铸机）
D=（8～10）T（卧式冷室压铸机）
D=（5～8）T（热室压铸机）W=Dtan
+A
/D
式中
——内浇口截面积（
）；由计算得107.5
——横浇道截面积（
）；
——脱模斜度（
）。
=10
～15
。
T——内浇口厚度（mm）；
D——横浇道深度（mm）；
r——圆角半径（mm）；=2～3mm;
W——横浇道宽度（mm）；=18mm
在确定横浇道截面积后，可根据式（3—8）和（3—9）计算横浇道的深度和宽度：
D=
（3-8）
式中D——横浇道深度或直径（mm）；
——横浇道截面积（
）；
——系数，见图3—46。
代入数据计算得：
D=10mm
W=
（3-9）
式中W——横浇道宽度（mm）；
——横浇道截面积（
）；
——系数，见图3—46。
代入数据计算得：
W=18mm
横浇道的长度L一般取30～40mm左右，L过大消耗压力，降低金属液温度，影响铸件成形并容易产生缩松。
L过小则金属液流动不畅，在转折处容易产生飞溅，导致铸件内部形成硬质点。
其长度可按下式计算（图3—48）；
L=0.5D+（25～35）（3-10）
式中L——横浇道长度（mm）
D——直浇道导口处直径（mm）。
代入数据计算得
L=40mm
4.3冷料穴的设计
（1）、冷料口的结构
冷料穴是用来储藏压铸间隔产生冷料头的，防止冷料进入型腔而影响铸件质量，并使熔料能顺利地充满型腔，卧式或立式压铸机上压铸模的冷料穴，一般都设置在主流道的末端，即主流道正面的动模上，直径稍大于主流大端直径，以利冷料流入。
4.4排溢系统和冷却系统的设计
排溢是指排出弃模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等，通常指成型部分的排溢。
冷却系统是用来冷却模具内较高的模温。
为使减少加
升级会员 