毕业设计说明书摩托车气缸体压铸模具设计参考模板.docx

1、毕业设计说明书摩托车气缸体压铸模具设计参考模板1 前言1.1课题设计的主要内容a.摩托车气缸体结构分析b.磨具结构构思c.模具结构设计d.模具材料选定e.Pro/E模具实体造型设计及运动仿真f.CAD装配图绘制g.模具装配工艺流程编制1.2课题背景 压铸是将熔融状态或半熔融状态合金浇入压铸机的压室，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。高压力和高速度是压铸时熔融合金充填成形过程的两大特点，也是压铸与其其他铸造方法最根本的区别所在。作为压铸成型加工的主要工具之一的压铸模具，在质量、精度、制造周期以及压铸成型过程中的生

2、产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。随着合金新品种的不断出现以及合金制品在结构、外观上要求的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂。而传统的模具设计是在二维环境下采用手工绘图的方式进行的，已经很难满足这种发展变化的需要。过去模具设计工作主要依靠设计人员的经验，模具的加工制造又在很大程度上依赖于生产者的操作技能，因此存在模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短等缺陷。压铸模具CADCAM技术的应用，从根本上改变了传统的产品开发和模具加工方式，大大地提高了产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成

3、本、强有力地推动了模具工业的发展。一些大型的商品化CADCAM软件，如ProEngineer、Cimatron、Flow-3D等，都已开发出专门用于压铸模具设计的功能模块，为模具设计提供了十分方便的工具。有资料统计表明，采用CAD技术可以使模具设计时间缩短50。在欧美一些工业发达的国家，CADCAM已经成为模具行业一种普遍应用的技术。在CAD应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段。在模具设计中采用三维CAD软件的企业已经接近90。目前，国内也有不少企业开始应用CAD软件进行模具设计。ProE、CAD等软件在压铸模具设计中的应用，成功地弥补了传统设计方法的不足，制品几何造型、分型面的创

4、建、模具的结构设计，都是基于同一数据库进行的，既方便，又易保证制品的精度。1.3课题的来源及要求本课题来源于盐城市江动集团。 a.产品的压铸加工工艺；b.制品测绘、工程图绘制、三维造型及结构优化；c.制品模具设计（全套工程图及三维造型）；d.上下型腔的加工工艺分析、工艺规程、数控仿真加工及下型腔的工艺卡片；1.4国内外模具发展概况 模具,是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，6080的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低，因此，模具被称之为“百业之母”。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上

5、百倍。压铸是一种精密的铸造方法，经由压铸而铸成的压铸件之尺寸公差甚小,表面精度甚高，在大多数的情况下，压铸件不需再车削加工即可装配应用，而且表面处理有多种方法可供选择例如电着、电镀喷沙等，螺纹的零件亦可直接铸出。从一般的照相机件、打字机件、电子计算机件、卫星零件及装饰品等小零件，以及汽车、机车、等交通工具的复杂零件大多是利用压铸法制造的。压铸法有上述的优点，但亦有下列缺点：a压铸合金受限制目前的压铸合金只有锌、锡、铅、铜、镁、铝等六种，其中以铜合金的熔点最高。最近亦有铸铁压铸的报告，但为了经济上的因素，仍须研究有关之材质，模具材料及作业方法等。b设备费用昂贵压铸生产所需之设备诸如压铸机、熔化炉

6、、保温炉及压铸模等费用都相当的昂贵。c铸件之气密性差由于熔液经高速充填至压铸模内时，会产生乱流之现象，局部形成气孔或收缩孔，影响铸件之耐气密性。根据国内和国际模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势：一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；九是塑料模具的比例将

7、不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。2总体方案设计 摩托车气缸体散热片薄,叶片之间间距小,压铸模动模型芯若采用整体结构难以加工制造。本次设计的压铸模动模型芯采用镶片组合结构,不仅解决了型腔制造困难的问题,而且改善了模具的填充、排气性能,使铸件组织致密,满足了气缸体对气密性的要求。分析了气缸体的工艺性,设计了气缸体的模具结构,论述了其工作原理,并通过胀型力和锁模力的计算,选择压铸机,给出了工艺参数。2.1 零件工艺分析 图2-1 摩托车气缸体零件图图2-1 所示为一种摩托车气缸体零件，从图可以看出此铸件形状复杂,属不规

8、则铸件,需要前、后、左、右四个方向抽芯,抽芯机构设计有一定难度。散热片部分型腔受铸件形状的限制,各散热片腔体之间间距小,深度深,使模具型腔制造困难。同时,压铸填充时,由于型腔、压室合金液中的气体来不及全部排出,部分气体被卷入到合金液中,使铸件产生气孔,组织疏松,严重影响铸件气密性,产生废品。考虑到型腔易于加工,便于排气,简化模具结构等诸项要求,设计多片镶片组成模具型腔,并由铆钉连接成一体。镶片间开有排气槽,以保证型腔内的空气顺利排出。为避免开模时损坏工件,确保气缸体质量,同时便于取出余料，采用双分型面。根据尺寸并对其分析，采用Pro/E进行三维造型，以方便模具设计。造型如图2-2所示。 图2-

9、2 摩托车气缸体三维图2.1.1铸件尺寸精度 铸件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑铝合金的性能及成型工艺的特点。由于该铸件要求其外表面光滑，在使用过程中保证其气密性，还要考虑其外形的美观。因此该铸件取精度等级为3级。2.1.2模具材料的选择压铸模具结构比较复杂，组成一套模具的零件数目较多，而且由于各零件在工作中所处的地位、作用不同，对材料的性能要求也不同。总的说来，用于制作压铸模具的材料，在质量上首先要求具有一定的硬度和耐磨性，其次是有一定的强度和韧性，再次是易于加工。因此，应根据模具的结构、性能要求和使用条件、模具的制造方法，合理地选用模具材料。模具中各个零件的材料选择如

10、下：a导向零件的材料选择包括导套和导柱，由于在开、合模时有相对运动，成型过程中要承受一定的压力，或偏载负荷，因此要求表面耐磨性好，心部具有一定的韧性，本设计中的导向零件选用T8A，经过渗碳淬火后表面硬度应达到46-48HRC；b浇注系统零件的材料选择包括浇口套等，要求具有良好的耐磨表面、耐蚀性和热硬性，本设计中的浇注系统零件选用3Cr2W8V，经过渗碳淬火后表面硬度应达到4550HRC；c顶出机构零件的材料选择包括推杆和复位杆，要求表面耐磨性好，并具有足够的机械强度，本设计中选用T8A，淬火处理后表面硬度达到4550HRC；d模体零件的材料选择包括各种模板、推板、固定板、垫块等，这些零件要求具

11、有足够的机械强度，在本设计中选用45钢，经淬火处理后表面硬度达到40-45HRC，可满足上述要求；e定位零件的材料选择包括定位块和螺钉，要求其具有足够的机械强度，耐磨性好，考虑上述要求，定位块选用T8A，并表面淬火使硬度达到50-55HRC；螺钉选用45钢。2.1.3脱模斜度脱模斜度主要是为了便于脱模。脱模斜度的大小与铸件的形状，脱模方向的长度，铸件表面质量有密切关系。一般规律为：a铸件的壁厚大时，成形收缩大，脱模斜度要大；c形状复杂的部分要比形状简单的部分有较大的脱模斜度；d型腔的深沟槽部分如加强筋、突脐，需要较大脱模斜度。一般选取35。为了使铸件易于从模具内脱出，在设计时必须保证铸件的内外

12、壁具有足够的脱模斜度。由于目前还没有比较精确的脱模斜度计算公式，在选择脱模斜度时，主要还是参照经验数据，根据ZL106的性质在设计中选用3的拔模斜度。2.1.4型腔的确定型腔越复杂时，精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的参差，也由于金属液在模具内的流动不匀所致。所以精密铸件尽量不用多腔模形式且尽量简化。按照SJ/T1062895标准中规定，铝壳体铸件采用一模一腔。镶片形组合型腔要求镶片间内定位和配合。2.2 压铸机的选择本设计中采用的是卧式冷室压铸机。a.计算锁模力 锁紧压铸模使之不被胀型力胀开的力，称为锁模力。为了防止压铸模被胀开，锁模力要大于胀型力在合模方向上的合力，参见参考文献6

13、压铸机的选用，其计算公式为： （2-1）式中: 压铸机应有的锁模力（KN）； k安全系数，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法向分力引起胀型力之和（KN）。主胀型力计算公式为： （2-2）式中: 主胀型力（KN); A铸件在分型面上的投影面积（cm），此处为103； p比压（MPa），见表1。表2-1 压实压力推荐值压铸合金类型锌合金铝合金镁合金铜合金一般件13-2030-5030-5040-50承载件20-3050-8050-8050-80耐气密性件25-4080-12080-10060-1

14、00电镀件20-30这里压射比压选用90MPa。所以得： 分胀型力计算公式： （2-3）式中：为分胀型力(作用在楔紧块楔紧面上的法向分力引起胀型力之和)，（KN）; 为侧向活动型芯的成型端面的投影面积, ; 为楔紧块的楔紧角(度).计算得=870KN.所以KN.综合考虑斜滑块部分所需的锁模力，模具的空间尺寸，选用国产的中等型号冷室卧式压铸机J1125进行生产。表2-2 J1125型冷室卧式压铸机的主要参数项目名称数值项目名称数值锁模力/KN2500模板间最小距离/mm700压射力/KN125250和模行程/mm400压室直径/mm50/60/70压室偏心距离/mm0150压射比压/MPa63.

15、5127/4488/32.565液压推出器推出力/KN120压室内最大合金容量/1.3/1.85/2.5压射冲头伸出定模距离/mm120铸件最大投影面积/c190/270/370管路工作压力/MPa120压射冲头最大行程/mm385工作循环次数(次/h）5075模板间最大距离/mm1050液压推出距离/mm120模具最大尺寸/510410J1125型压铸机锁模力为2500 kN,大于所计算的模力2246 kN。取压室直径为50 mm,压射力为180N,则其对应的压射比压为92 MPa。经校核得出实际所需的锁模力为2296 kN,而J1125型压铸机的锁模力为2500 kN,故锁模力能满足。2.

16、3 绘制铸件毛坯图 对产品零件图的工艺分析、对模具型腔结构的分析、对压铸设备配置的选择，这些方面的综合考虑及供需各方的协商结果，都反映在压铸毛坯图的图形、数字、文字和符号的表达中。用AutoCAD进行毛坯图的二维绘制绘制毛坯图需要表述的主要内容如下：a. 压铸件的形状、尺寸及精度；b. 指明留有加工余量的表面；c. 机械加工时定位用的毛坯基准表面，可用网状细实线表示范围和用特定符号指明位置；d. 镶嵌件的图号及镶铸的位置和尺寸；e. 主要分型面位置、动模及定模的开模方向；f. 推杆位置坐标及其顶端尺寸；g. 余留浇口、溢流槽残根的位置及大小；h. 压铸工艺附加物形状及尺寸（如肋、凸台、过道、补

17、贴）；i. 压铸工艺上图案、文字、制造标记、厂家代号、生产年月等的形状、尺寸及位置；j. 未注明出模斜度的数值及其取值方向；k. 未注明圆角半径的数值；l. 未注明尺寸公差的标准代号及所属公差级别；m. 压铸件验收的标准代号、要求的类别及允许的缺陷级别；n. 压铸件需进行特殊检验的内容，如力学性能、承压致密性试验等；o. 合金种类、牌号及其技术标准代号；p. 压铸毛坯重量；q. 所属的产品零件图号及名称；r. 订货单位的名称或代号。根据毛坯图设计要求及摩托车的实际要求，绘制摩托车气缸体毛坯如图。2.4 对模具结构的初步分析2.4.1 分型面的选择分型面是从模具中取出铸件和凝料的动、定模接触面，

18、通常指的是压铸模的定模与动模表面，分型面是由压铸件的分型线所决定的。而模具上垂直与锁模力方向上的接合面，即为基本分型面。压铸模的分型面同时还是在制造压铸模时的基准面。因此，在选择分型面时，除根据压铸件的结构特点，并结合浇注系统安排形式外，还应对压铸模的加工工艺合装配工艺以及压铸件的脱模条件等诸多因素统筹考虑确定。确定分型面主要根据以下的原则：a. 开模时，能保持铸件随动模移动方向脱出定模，使铸件保留在动模内。b. 有利于浇注系统、溢流系统和排气系统的合理布置。c. 要求不影响铸件的尺寸精度。d. 使压铸模的结构简化并有利于加工。e. 其他：如考虑铸造合金的性能、避免压铸机承受临界负荷。f. 应

19、选在压铸件外形轮廓尺寸的最大断面处,使压铸件顺利从模具型腔中取出。根据摩托车气缸体零件的形状特点和使用要求， 将零件底面设置为分型面如图2-3所示。为了考虑方便冷料取出考虑在镶块与定模固定板间设置为另一分型面。图2-3 分型面确定示意图2.4.2 浇注系统的设计浇注系统的主要作用是把金属从热室压铸机的喷嘴或冷室压铸机的压室导入型腔内。浇注系统和溢流、排气系统与金属液进入型腔的部位、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、充填时间、型腔温度等充型条件，其设计是压铸模设计的重要环节。压铸模的浇注系统是金属液在压力作用下充填型腔的通道。由直流道、横流道、内浇口所组成。压铸模的浇

20、注系统是金属液在压力作用下充填型腔的通道。卧式冷压室压铸机普通浇注系统,由直浇道、横浇道、内浇口组成,余料与直浇道合为一体,开模时,整个浇注系统和压铸件随动模一起脱离定模; 卧式冷压室压铸机采用中心浇口时的浇注系统,由直浇道、横浇道、内浇口及余料组成,在设计模具时,定模部分必须增加一个分型面,开模时,定模部分首先分型,在分型的过程中将余料切断或拉断,然后再在另一个分型面分型,将铸件脱出。 浇注系统设计的主要内容a. 分析铸件的结构特点和压铸工艺性。b. 根据铸件的外形尺寸和复杂程度，合金种类、铸件重量和投影面积等，确定所采用的压铸机的种类和型号，为确定浇注系统总体结构提供依据。c. 了解铸件的

21、使用场合、内部和表面质量要求、尺寸精度、承受负荷状况以及耐压要区别铸件上有特殊要求的尺寸，基准面和机械加工要求。d. 确定金属液进入型腔的位置和流向。e. 确定浇注系统的总体结构和各组成部分的尺寸。整个浇注系统的设计中最重要的是内浇口的设计。由于铸件的形状复杂多样，涉及的因素很多，设计时难以完全满足应遵循的原则，内浇口的截面积目前尚无切实可行的精确计算方法，因此进行内浇口设计时，经验是很重要的因素。浇注系统按金属液进入型腔的部位和内浇口形状，大体可分为下列几种形式：侧浇口、中心浇口、顶浇口、环形浇口、缝隙浇口、多支点浇口和点浇口，以适应不同压铸件的需要。a. 侧浇口 侧浇口的特点是金属液流入型

22、腔部位的适应性强，可灵活利用铸件的形状特点选择位置，也适用于多型腔模具，去浇口方便，可以设计成切线方式改善流动条件。b. 中心浇口 中心浇口的特点是金属液进入型腔后，从型腔深处推向分型面，有利于排气；流程均匀，有利于热平衡；流程短，动能损失少，有利于压力传递；浇道金属消耗少，压铸机受力状况好，能提高压铸模有效面积利用率；但一般只适用于单型腔模具，去浇口较困难。c. 顶浇口 顶浇口的特点与中心浇口相似，不同之处是没有分流锥，直浇口与铸件连接处即为内浇口，截面大，有利于静压力传递，但同时会有金属液冲击型芯产生飞溅。当铸件顶部面积大、壁较薄时易引起铸件变形，去浇口困难。d.环形浇口 环形浇口的特点是

23、金属液沿型腔壁填充型腔，流动通畅，排气条件好。环形浇口和溢流槽处可设推杆，有利于铸件外观。但这种浇口金属消耗多，去浇口困难。e.缝隙浇口 缝隙浇口的特点是它相当于侧浇口的方向与分型面垂直状态，内浇口从型腔深处填充型腔，有利于排气和压力传递，但浇口需要切除。f.点浇口 点浇口的特点是金属液从顶部填充型腔，流程短且均匀，能改善压铸机的受力状况，提高压铸模有效面积利用率。适用于外形基本对称的薄壁铸件，但金属液直接冲击型芯，产生飞溅，容易粘模，模具结构较复杂。 浇注系统的设计原则：填充时，应尽可能不产生涡流、紊流、喷雾，避免卷入空气；填充时，首先进入的金属液不应封闭排气槽；在满足排气条件下，应减少弯折

24、，选取最短流程；应尽可能避免金属液正面冲击型芯或型腔，防止产生粘模；应尽可能避免金属液进入型腔后因受阻停滞，产生回流；薄壁框形铸件，开设浇口时，要防止铸件产生变形；一般选择在铸件厚壁处开设浇口，有利于压力传递减少或避免产生缩孔；在某些情况下，应开设盲浇道，以改善模具热平衡条件，更有利于填充成形。 本模具采用中心交口，内设有分流锥是金属液体更快更好的流入型腔内。为避免紊流现象交口中心偏离铸件中心一定距离。2. 5 排溢系统设计2.5.1 溢流槽的设计 溢流槽的作用 a. 排除型腔中的气体，存储混有气体和涂料的冷污金属液，与排气槽配合，迅速引出型腔内的气体，增强排气效果。b. 控制金属液充填流态，

25、防止局部产生涡流。c. 转移缩孔、缩松、涡流裹气和产生冷隔的部位。d. 调节模具各部位的温度，改善模具热平衡状态，减少铸件流痕、冷隔和浇铸不足的现象。e. 作为铸件脱模时推杆推出的位置，防止铸件变形或在铸件表面留有推杆痕。f. 当铸件在动、定模型腔内的包紧力接近相等时，为了防止铸件在开模时留在定模内，在动模上部置溢流槽，增大对动模的包紧力，使铸件在开模时随动模带出。g. 采用大容量的溢流槽，置换先期进入型腔的冷污金属液，以提高铸件的内部质量。h. 对于真空压铸和定向抽气压铸，溢流槽处常作为引出气体的气始点。溢流槽的设计要点如下：a.设计溢流槽时要注意便于从压铸件上去除后尽量不损坏铸件的外观。b

26、.在溢流槽上开设排气槽时，应合理设计溢流槽，避免过早堵塞排气槽。c.注意避免在溢流槽和铸件之间产生热节。d.不应在同一溢流槽上开几个溢流口或一个很宽的溢流口，以免金属液产生倒流，部分金属液从溢流槽流回型腔。e.溢流口的截面积应大于连接在溢流槽或的排气槽截面积，否则排气槽的截面积将被削减。f.溢流槽的布置应有利于排除型腔中的气体，排除混有气体、氧化物、分型剂残渣的金属液，改善模具的热平衡状态。2.5.2 排气槽的设计排气槽是充型过程中型腔内受到排挤的气体得以溢出的通道。其主要作用是将型腔中的气体排溢到型腔外面去。排气槽的位置选择原则上与溢流槽基本相同，但还应注意以下几点：a. 排气槽应尽量分布在

27、分型面上，以便脱模。b. 排气槽应尽可能开设在一个半模上，以便于制造。c. 当需要增加排气量时，可增加排气槽的数量和宽度，切忌增加其深度，以免造成金属液堵塞或向外喷射。d. 溢流槽尾部应开排气槽。e. 在型腔深处可利用型芯和推杆的间隙排气。根据排气槽的设计要点,压铸模的排气槽的设置方案主要有以下三个方面:a. 利用配合间隙排气 通常中小型模具的简单型腔可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙排气，其间隙为0.03mm0.05mm。 b. 分型面上开设排气槽排气 分型面上开设排气槽的形式与尺寸有两种，A是排气槽在离开型腔的58mm后设计成开放的燕尾式，以使排气顺利、通畅；B是

28、为了防止在排气槽对着操作工人的情况注射时，熔料从排气槽喷出而发生人身事故，因此将排气槽设计成转弯的形式，这样还能降低熔料溢出时的动能。c. 用排气塞排气 如果型腔最后充填的部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动型芯时，可在型腔深处镶排气塞，排气塞可用烧结金属块制成。根据表3本模具取排气槽宽度为8mm，深度取0.15mm。表2-3 排气槽尺寸合金种类排气槽深度(mm)排气槽宽度(mm)825说明 1.排气槽在离开型腔2030mm后，可将其深度增大至0.30.4mm，以提高其排气效果。 2.在需要增加排气槽面积时，以增大排气槽的宽度和数量为宜，不宜过分增加其深度，以防金属液溅出。铅合金0

29、.050.10锌合金0.050.12铝合金0.100.15镁合金0.100.15铜合金0.150.20黑色金属0.200.30综上所述设计合理的浇注系统，排气和溢流系统是压铸模设计中的重要环节。摩托车气缸体压铸模具是由各镶片和镶块组合而成本身具有一定的排气性，所以本模具排气通道设置在镶片之间以及镶片与镶块之间再通过镶片与滑块之间的较大间隙排气。2.6 摩托车气缸体压铸模具总体方案设计工作原理：模具动模和定模由四根导柱(导套)导向,保证合模时动模和定模对正;推板顶料时由四根推板导柱导向,并由推板导柱端部的螺母限制推板的上极限位置。定模座板上装有四根拉杆,每根拉杆顶端带两螺母,开模时,压头上带有倒

30、钩是浇口套中余料饼在浇口套中断开一道口子，定模座板随动模上移动一定距离后,依靠螺母带动定模套板,实现第一次分型。动模上装有四根复位杆,合模时复位杆通过推杆固定板使推杆复位,避免合模时推杆留在型腔中,影响金属液填充。由于开模需要四个方向抽芯,故设计四根斜销提供抽芯力。同时,设计四个楔紧块,保证有足够的锁模力克服压铸金属液时的胀型力。 模具工作过程:合模时,模具在压铸机作用下动、定模闭合,复位杆通过推杆固定板使推杆复位,避免推杆碰撞镶片而受损。模具闭合并由楔紧块楔紧后,金属液在压铸机冲头作用下快速压入模具型腔,留模后开模。开模时,四个滑块在斜销作用下开始分型侧抽芯。由于此时镶片未完全抽出,镶片阻止铸件脱离动模的力和铸件对分流锥包紧力产生的摩擦力之和,远大于余料饼与浇口套之间的摩擦力,同时分型面处环形余料的拉断力及分型面处外浇口余料的拉断力也大于余料饼与浇口套之间的摩擦力,故分型面不分型,分型面分型,余料饼从浇口套脱出。地此一分型至一定距离时,装在拉杆上的螺母与定模套板相碰,迫使第二次分型。因分第二分型面处环形余料横截面(简称截面)的面积大于第一分型处余料横截面(简称截面)面积,同时截面壁薄,冷却快,强度比截面大,故浇口套余料饼在镶块的作用下拉断,直浇道余料从镶块脱出。因此,铸件和直浇道余料仍留在分