螺杆套压铸模具设计.docx

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螺杆套压铸模具设计

中文题目：

螺杆套压铸模具设计

外文题目：

Screwsetofdiecastingmolddesign

本科毕业设计（论文）学生诚信承诺保证书

本人郑重承诺：

《螺杆套压铸模具设计》毕业设计（论文）的内容真实、可靠，系本人在指导教师的指导下，独立完成。

如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担全部责任。

学生签名：

年月日

辽宁工程技术大学

本科毕业设计（论文）指导教师诚信承诺保证书

本人郑重承诺：

我已按学校相关规定对同学的毕业设计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，确认由该生独立完成。

如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担指导教师相关责任。

指导教师签名：

年月日

摘要

在压铸生产中，压铸模与压铸工艺，生产操作存在着相互制约，相互影响的密切关系。

所以，金属压铸模的设计，实质上是对压铸生产过程中预计产生的结构和可能出现各种问题的综合反映。

因此，在设计过程中，必须通过分析压铸件的机构特点。

了解压铸工艺参数能够实施的可能程度，掌握在不同情况下的填充条件以及考虑对经济效果的影响等因素，设计出结构合理，运行可靠，满足生产要求的压铸模来。

同时由于金属压铸模结构较为复杂，制造精度要求精度高，当压铸模设计并制造完成后，其修改的余地不大，所以在模具设计时应周密思考，谨慎细致，力争不出现原则性错误，以达到最经济的设计目标。

关键词：

压铸模，压铸工艺，模具设计

Abstract

Indiecastingproduction,diecastingdieanddiecastingprocess,theproductionoperationexistsrestricteachother,thecloserelationshipbetweentheinfluenceeachother。

So,metaldie-castingdiedesign,isessentiallytodiecastingprocessisexpectedtoproducethestructureandmayappearallsortsofthecomprehensivereflectionofaproblemTherefore,inthedesignprocess,mustthroughtheanalysisofthecharacteristicsofdiecastinginstitutions

Understandthediecastingtechnologyparametersoftheimplementationofthepossibletodegree,masterinthedifferentconditionsinthefillingtoconsidereconomicconditionsandtheeffectsoffactorstodesignthereasonablestructure,reliableoperation,andmeettheproductionrequirementsofthediecastingdie

Andbecausethemetaldie-castingdiestructureisrelativelycomplex,manufactureaccuracyhighprecision,whendiecastingdiedesignandmanufacture,afterthecompletionoftherevisionoftheroomisnotbig,sointhemolddesignshouldbecarefulthinking,carefulmeticulous,strivetoappearnotofprincipleerror,inordertoachievethemosteconomicdesigngoal

前言

压铸是近代金属加工工艺中发展较快的一种高效率，少无切削的金属成型精密铸造方法。

与其他铸造方法比较，由于压铸的生产工艺流程短，工序简单而集中，不需要繁多的设备和庞大的工作场地，铸件质量好，精度高，表面光洁，可以省去大量的机械加工工序，设备和工时；金属的工艺出品率高，节省能源，节省原材料等优点，所以压铸是一种高经济效益的铸造方法。

在压铸生产中，正确采用各种压铸工艺参数是获得优质压铸件的重要措施，而金属压铸模则是提供正确选择和调整有关工艺参数的基础。

所以说，能否顺利进行压铸生产，压铸件质量的优劣，压铸成型效率以及综合成本等，在很大程度上取决于金属压铸模结构的合理性和技术的先进性以及模具的制造质量。

1绪论

1.1压铸过程原理

压铸是将熔融状态或半熔融状态合金浇入压铸机压室，在高压力的作用下，以极高的速度充填在压铸模的型腔内，并在高压下使熔融合金冷却凝固而成形的高效益、高效率的精密铸造方法。

压铸的优点：

（1）铸件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。

（2）件的强度和表面硬度较高。

（3）压铸形状复杂的薄壁铸件。

（4）生产率极高。

（5）装配操作和简化制造工序。

1.2压铸的发展概况

压铸最早用来铸造印刷用的铅字，当时需要生产大量清晰光洁以及可互换的铸造铅字，压铸法随之产生。

1885年奥默根瑟勒（Mergenthaler）发明了铅字压铸机。

最初压铸的合金是常见的铅和锡合金。

随着对压铸件需求量的增加，要求采用压铸法生产熔点和强度都更高的合金零件，这样，相应的压铸技术、压铸模具和压铸设备就不断地改进发展。

1905年多勒（Doehler）研究成功用于工业生产的压铸机，压铸锌，锡，铅合金铸件。

1907年瓦格纳（Wagner）首先制成启动活塞压铸机，用于生产铝合金铸件。

1927年捷克工程师约瑟夫·波拉克（JosetPolak）设计了冷压室压铸机，克服了热压室压铸机的不足之处，从而使压铸生产技术前进了一大步，铝，镁，锌，铜等合金零件开始广泛采用压铸工艺进行生产。

压铸生产是所有压铸工艺中生产速度最快的一种，也是最富有竞争力的工艺之一，使得它在短短的160多年里的时间内发展成为航空航天，交通运输，仪器仪表，通信等领域内有色金属铸件的重要生产工艺。

20世纪60年代至70年代是压铸工艺与设备逐步完善的时期。

而70年代到现在，则是电子技术和计算机技术加速用于压铸工艺与设备的大发展阶段。

数控压铸机，计算机控制压铸柔性单元及系统和压铸工艺与设备计算机辅助设计的出现，标志着压铸生产开始从经验操作转变到科学控制新阶段，从而使压铸件的质量，自动化程度及劳动生产率都得到了极大的提高。

在压铸生产中，正确采用各种压铸工艺参数是获得优质压铸件的重要措施，而金属压铸模则是提供正确选择和调整有关工艺参数的基础。

所以说，能否顺利进行压铸生产，压铸件质量的优劣，压铸成型效率以及综合成本等，在很大程度上取决于金属压铸模结构的合理性和技术的先进性以及模具的制造质量。

由于金属压铸成型有着不可比拟的突出优点，在工业技术快速发展的年代，必将得到越来越广泛的应用。

特别是在大批量的生产中，虽然模具成本高一些，但总的说来，其生产的综合成本得到大幅度降低。

在这个讲求微利的竞争时代，采用金属压铸成型技术，更有其积极和明显的经济价值。

近年来，汽车工业的飞速发展给压铸成型的生产带来了机遇。

由于可持续发展和环境保护的需要，汽车轻量化是实现环保、节能、节材，高速的最佳途径。

因此，用压铸合金件代替传统的铸铁件，可使汽车质量减轻30%以上。

同时，压铸合金件还有一个显著地特点是传导性能良好，热量散失快，提高了汽车行车安全性。

因此，金属压铸行业正面临着发展的机遇，其应用前景十分广阔。

1.3研究意义

根据对螺杆套压铸模的设计，了解和熟悉压力铸造的工艺设计过程和模具的设计过程。

对压力铸造过程，模具的设计过程中以及实际应用过程中出现的缺陷问题，根据压铸模具工艺设计的理论与实践的结合，在外套的工艺结构不影响其性能和使用的情况下进行相应合理的设计，从而达到避免缺陷，提高外套工作性能的目的

1.4设计内容

本设计是关于铝合金外套的压铸模具设计，其设计内容主要包括浇注系统，排溢系统，推出机构以及模体结构等设计。

设计步骤：

压铸模具整体设计

模具推出和导向机构的设计

压铸模具模体和总体结构模体的设计

设计方法：

运用CAD绘图软件绘制整个模具的装配图，零件图

2压铸模具的整体设计

2.1铸件工艺性分析

压铸件的工艺分析主要是分析所设计的铸件能否满足压力铸造的要求。

如图2-1所示为螺杆套压铸件工艺图。

外套体积为443.1cm3，重量为0.923kg，属于中小型压铸件；铸件中心是直径为37mm和42mm的圆柱形孔，底端是两个直径为9mm和11mm的圆柱形孔，铸件平均壁厚为6.4mm，壁相对较薄，设置合理的浇注排溢系统能防止气孔和缩孔；压铸件一般不需要机加工，若要进行机加工则本设计加工余量为0.5mm。

综上分析螺杆套压铸件符合工艺要求。

图2-1螺杆套铸件工程图

Figure2-1screwsetofcastingengineeringdrawings

2.2铸件分型面的确定

压铸模的定模与动模的接触表面通常称为分型面，分型面是由压铸件的分型线决定的。

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。

由于分型面受到铸件在模具中的成型位置，浇注系统的设计，铸件的结构工艺性及精度，嵌件位置形状以及推出方法，模具的制造，排气，操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。

选择分型面时一般应遵循以下几项原则：

1）分型面应选择在铸件的最大截面处，无论铸件以何种形式布置，都应将此作为首要的原则。

2）便于铸件顺利脱模，尽量使铸件开模时留在动模一边。

3）有利于保证铸件的精度要求。

4）尽可能满足铸件的外观质量要求。

5）便于模具加工制造，在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。

6）尽量减少制品在合模方向上的投影面积，以减小所需的锁模力。

应尽可能有利于排气。

模具设计中要划分动，定模各自包含型腔的哪些部分及位置，一般采用三种基本划分方法。

（a）是压铸模型腔全部在定模内。

（b）是型腔分别布置在动模和定模内。

（c）是型腔全部处于动模内。

综上分析决定选取（c）为该铸件的分型面。

2.3压铸机设备及其选用

2.3.1压铸设备选用分析

选择压铸机时压室的形式十分重要。

由于浇注温度较高，铝合金对铁有很高的化学活性，易粘膜，热室压铸机用于铝合金的压铸时模具寿命很短，因此要用冷室压铸机压铸。

冷室压铸机的特点在于操作工序少，生产率高，易实现自动化，金属液进入型腔时转折少，压力损耗小。

但如果压射速度控制不好，则易卷气。

综上所述，选用卧式冷室压铸机。

2.3.2确定压铸机的锁模力

锁模力的作用主要是克服压射时的胀型力，以锁紧模具分型面，防止模具松动所引起压铸合金飞溅伤人，影响铸件尺寸精度等情况。

因此压铸机的锁模力必须大于压铸时产生的胀型力。

胀型力通常的计算方法为：

模具分型面上承受金属压力部分的投影面积乘以压射比压。

根据金属压铸工艺与模具设计，锁模力与胀型力的关系式为

F锁≥KF主=Kp（A件+A浇）/10（2-1）

式中：

F锁—压铸机的锁模力（kN）；

F主——主胀型力（Kn）；

K—安全系数，一般取K=1.25；

p—压射比压（MPa）；

A件——压铸件在主分型面上的正投影面积（cm2）；

A浇——浇注与排溢排气系统的正投影面积之和，一般取A浇=0.3A件（cm2）。

本设计的压铸件在分型面的投影面积计算为A件=22.8cm2，那么浇注系统的投影面积为A浇=0.3A件=6.8cm2：

铝合金铸件一般的推荐压射比压为30~50MPa，查表取50MPa，代入公式（2-1）计算得F锁=185.98kN。

所以锁模力F锁≥185.98kN。

采用常用的卧式冷室压铸机，其型号为DCC130。

查表得压铸机的主要参数如下：

合模力1450kN（比计算值185.98kN大）；导杆内间距为429×429（mm2）；动模行程为350mm；模具厚度（最小—最大）为（250mm—500mm）;压射力为（增压）180kN；顶出力108kN；最大浇注量（铝）为1.6kg，其对应的压室直径为60mm；铸造面积205cm2；顶出行程85mm。

2.3.3校核锁模力

压铸机压室直径所对应的最大压射比压为：

p=4F射/πD（2-2）

式中：

F射—压射力（kN），查表得F射=180kN；

D—压室直径（mm），为60mm。

计算p=382.1MPa，取K=1.25；则F主=p（A件+A浇）/10=382.1×（22.8+6.8）/10=1131.0kN；F锁≥kF主=1.25×1131.0=1413.77kN。

而压铸机DCC130的合模力为1450kN，大于1413.77kN，所以满足要求。

2.3.4投影面积的核定

铸件及浇注系统的正投影面积A件+A浇=22.8+22.8×0.3=29.64cm2小于浇注投影面积205cm2，投影面积满足要求。

2.3.5压室实际容量的核算

压铸机选定后，压室可容纳的压铸合金的质量成为定值。

为保证生产正常进行，则要核算压铸机压室的容量能否容纳每次浇入的合金总质量，即G室>G浇。

每次浇注所需压铸合金的质量：

G浇=kD2πlp/4（2-3）

式中：

G浇—每次浇铸时所需的压铸合金的质量（g）;

D—压室直径（cm），本设计为6cm；

k—压室的充满系数一般取60%~80%，查表取60%；

l—压室与浇口套的有效长度之和（cm），一般其尺寸接近定模座板和定模套板的厚度之和，，定模座板40mm，定模套板32mm，所以压室与交口套的有效长度为72mm；

ρ—压铸铝合金的密度（g/cm3），一般取2.4g/cm3；

计算得G浇=0.6×6×6×3.14×7.2×2.4/4=1.2208kg,小于压室容量1.6kg，即G室>G浇，满足设计要求。

2.3.6模具厚度的核算

虽然可以通过模具高度调节装置的相对位置来适应所设计的压铸模厚度；但是动座板的可调节的最大距离是给定的，即调节举例的范围不超过压铸机所允许的最小模具厚度和最大模具厚度，因此要满足：

Hmin+10mm

式中：

Hmin—压铸机所允许的最小模具厚度（mm）,本设计压铸机允许的最小模具厚度为250mm；

H设—压铸模具的设计厚度（mm），根据对铸件的分析，所设计的定模座板厚40mm，动模座板厚32mm，定模套板厚32mm，动模套板厚50mm，支撑板厚63mm，垫块宽63mm，那么模具厚度为280mm。

Hmax—压铸机所允许的最大模具厚度（mm），本设计压铸机允许的最大模具厚度为500mm；

Hmin+10mm

2.3.7动模座板行程的核算

动模板行程是压铸机的最大开模距离减去最小模具厚度后留有能取出铸件的距离。

实际上，压铸件取出时的距离是有压铸机的动模板行程确定的。

动模板行程就是压铸机在开模后模具分型面之间的实际距离。

那么有：

L取

式中：

L取—开模时压铸件取出时所需的最小距离（mm）；

L行—动座板行程，压铸机的固定值（mm），为L行=350mm。

为了便于铸件的取出，查表得：

L取>L件+K（2-6）

式中：

L取—压铸件取出时所需的最小距离（mm）；

L件—铸件的高度（包括浇注系统）（mm），经估算约为100mm；

K—安全值（取10mm）。

计算得

L取=L件+K100+10=110，L行=350>110mm，满足要求。

2.4浇注系统的设计

2.4.1概述

压铸模浇注系统是将压铸机压室内熔融的金属液在高温高压告诉状态下填充入压铸模型腔的通道。

它包括直浇道，横浇道，内浇口以及溢流排气系统等。

它能调节充填速度，充填时间，型腔温度，他决定着压铸件表面质量以及内部显微组织状态，同时也影响压铸生产的效率和模具的寿命。

因此，设计合理的浇注，排气和溢流系统是压铸模具设计中的重要环节。

浇道系统又余料，直浇道，横浇道，内浇道组成。

1）浇道系统的设计原则

教导要能提供稳定的金属流；对金属液的流动阻力要小；金属液流动时包卷气体要少；对型腔的热平衡提供良好的条件；使浇道内的金属液有适宜的凝固时间，既不妨碍压力的传递，又不增长操作循环时间；造成的金属回炉料要少；浇道德设置对铸件不造成收缩变形；在要求较高而又不允许加工的面上，不应设置浇道；浇道的清除工作应简便和不损坏铸件。

2）浇注系统的选择

浇注系统按金属液的导入方向，有径向浇口和切向浇口两种形式；按浇口的形状分有环形浇口，缝隙浇口，点浇口；按交口位置分忧中心浇口，顶浇口和侧浇口。

其中侧浇口去除方便，可避免正面冲击型芯，排气性好，逐渐内部质量和表面质量都很高，在此选择侧浇口。

2.4.2内浇道设计

1）概述

根据金属压铸工艺与模具设计，选择扇形弹鼓浇道。

为了避免与金属硫撞击型芯，冲蚀粘膜，金属流引入方向与主型芯平行，而且这样排气效果良好。

2）内浇道截面积的计算

计算公式为：

Ag=G/Vgtp（2-7）

式中：

Ag—内浇道的截面积（mm2）；

G—通过内浇口的金属液质量（g），为923g；

p—金属液的密度（g/cm3）；

Vg—内浇口处金属液的填充速度（m/s）；

t—型腔的充填时间（s）。

查表得p=2.4g/cm3；Vg=20~60m/s，查表取60m/s；t=0.18~0.3s，查表取0.3s；计算得Ag=G/Vgtp=923/60×2.4×0.3=21.366mm2。

3）内浇口厚度

查表得内浇口厚度为铸件壁厚的40%~60%，取50%，平均壁厚为6.4mm，所以浇口厚度为3.2mm。

4）内浇口宽度

把铸件看成圆筒形，查表得为铸件内径的0.4~0.6倍，取0.5倍，计算得18.5mm。

5）内浇口的长度

内浇道的截面积为21.366mm2，宽度为18.5mm，所以内浇口长度为截面积与宽度之比，计算得1.2.mm。

2.4.3横浇道设计

本设计采用扇形横浇道，这种浇道热量损失小，加工方便，应用广泛。

浇口中心部位流量大，横浇道截面积保持不变或收敛变化形式，以保持金属液在浇道内流速不变或均匀的加速。

为了避免金属液在流动过程中产生涡流，一般采用收敛的截面形式。

通常：

Ar=（1.2~2.0）Ag（2-8）

式中：

Ar—浇道入口截面积；

Ag—内浇口的截面积；

取Ar=1.2Ag，计算得Ar=1.2Ag=1.2×21.366=25.64mm2。

扇形浇道开口角a<90°才能满足要求。

浇道长度大于内浇口的宽度，在此取38mm。

内浇口的深度为3.2mm，取扇形浇道入口处的厚度为10mm。

扇形浇道入口处的宽度为8.55mm，测量扇形浇道的开口角a为15°，a<90°满足要求。

具体结构及尺寸如图2-2所示。

图2-2横浇道结构

2.4.4直浇道设计

卧式冷室压铸机上的直浇道由压室和压铸模上的浇口套组成。

在定型上为压室的延长段用专用的浇口套形成，所以直浇道的直径与压室的直径相同，为使压射余料易从浇口套中取出，在靠近分型面的一端做出铸造斜度。

浇口套的长度一般小于压铸机压射冲头的跟踪距离，便于余料从压室中脱出，横浇道入口应开在压室上部三分之二以上的部位，分流器上形成余料的凹腔深度等于横浇道的深度，直径与浇口套相等，沿圆周的脱模斜度约为5°。

直浇道的尺寸由浇口套决定。

压铸机型号为DCC130，压室直径选取60mm，浇口套长度计算得85mm。

浇口套与压室的连接方式，有连接式压室和整体式压室。

在此选用连接式压室，防止加工误差影响同轴度的要求，防止导致冲头不能正常的工作。

2.4.5排溢系统的设计

1）溢流槽的设计

溢流槽的作用：

排除型腔中的气体，储存混有气体和涂料残渣的冷污金属液，与排气槽配合，迅速引出型腔中的气体，增强排气效果，转移缩松缩孔，涡流裹气和产生冷隔的部位。

控制金属液的充填流态，防止局部产生涡流。

调节模具各部位的温度，改善模具热平衡状态，减少留痕，浇不足等现象。

作为铸件脱模时推杆推出的位置，防止铸件变形或在逐渐的表面的留下推杆痕。

在动模上设置溢流槽可以增大动模的抱紧力，使铸件在开模时随动模带出。

溢流槽设计时要便于从铸件上去除，而不损坏铸件的外观形状。

在溢流槽上设置排气槽时，应合理设计溢流口，避免过早堵塞排气槽。

注意避免在溢流槽和铸件间产生热节。

避免金属业倒流。

溢流口的截面积应大于连接在溢流槽后的排气槽截面积，否则排气槽的截面积将被削减。

根据金属压铸工艺与模具设计，本设计铸件溢流槽的容积约为21.366×60%=12.82mm2，能容金属液的重量为12.82×2.4×10-3，即为30.768g，本设计一共两个溢流槽，则体积为6.41mm2，能容金属液重量为15.384g。

根据经验数据，铝合金溢流槽的溢流口宽度h为8~12mm，选取12mm；溢流槽半径r5~10mm，选取8mm；溢流口长度l2~13mm，选取12mm；厚度b0.5~0.8mm，选取0.8mm；溢流槽长度中心距H>1.5h，即为32mm。

其设计如图2-3所示。

图2-3溢流槽的结构

3）排气槽的设计

设置排气槽的目的是为了在金属液充填过程中将型腔中的气体尽可能多的排模具，以减少和防止压铸件气孔缺陷的产生。

通常排气槽设在分型面上，只要金属液填充过程中不过早的封闭排气槽，型腔内的气体就能得到很好的排除。

分型面上的排气槽可以直接从型腔引出，也可以开设在溢流槽外侧。

这两种形式的排气槽压射时金属液万一喷溅出来会造成人身伤害事故，所以设计师一定要控制排气槽深度。

排气槽的总面积为内浇口总面积的一半，即。

通常排气槽为扁宽的缝隙式，宽度为20mm，其深度与压住合金的流通性有关，一般为0.05~0.3mm。

根据推荐值排气槽的深度尺寸为0.10~0.12，选取0.12mm，长度选取25mm。

其结构图如图2-4所示。

图2-4排气槽的结构

2.5压铸模具加热与冷却系统的设计

2.5.1概述

模具温度是影响压铸件质量的一个重要因素，但在生产过程中往往未被严格的控制。

大多数形状简单，压铸工艺性好的压铸件对模具温度控制要求不高，模具温度在较大范围内变动仍能生产出合格的压铸件。

而伸长某些复杂压铸件时，只有当模具温度控制在某一较狭窄范围内时，才能生产出合格的压铸件。

此时，必须严格控制模具温度。

2.5.2压铸模具的加热系统的设计

在本设计中采用电热管加热，电热管一般布置在动定模套板，支承板和座板上，按实际需要设置电热管的安装孔，在动定模上可不止供安装热电偶的测温孔，以便控制模温。

2.5.3压铸模具冷却系统的设计

在本设计中采用水冷法，在模具内增设冷却水通道，使循环水通入型芯内，冷却速度比风冷快，生产效率高，控制比较方便。

3模具推出机构和导向零件的设计

3.1推出机构设计

3.1.1概述

开模后，使压铸件从压铸模具的成型零件中脱出的机构成为推出机构。

推出机构一般设置在开模部分。

在压铸的每一工作循环中，推出机构推出铸件后，都必须准确复位到原来的位置。

通常借助复位杆来实现的。

31.2推出机构的组成

推出机构由以下几部分组成：

1）推出元件。

推出机构中直接接触，推动铸件的零件称为推出元件。

一般为推杆。

2）复位元件。

复位元件的作用是使推出机构在推出铸件后，在合模状态时回复到推出铸件前的准确位置