三通管接头压铸模三维CAD设计及CAE仿真成型设计概要.docx

1、三通管接头压铸模三维CAD设计及CAE仿真成型设计概要三通管接头压铸模三维CAD设计及CAE仿真成型机摘要：首先，分析三通管接头压铸件的结构工艺，提出几种不同的压铸工艺方案,并计算环形浇口尺寸、弯销尺寸、充填速度、温度、压铸压力等工艺参数，完成压铸模结构设计分析。然后，确定模具分型面及浇注系统，并借助Pro/E三维软件，对三通管接头零件进行三维造型，解决模具的结构设计。在此基础上，应用CAE软件PROCAST仿真三通管接头充填、凝固过程，优化压铸模具结构设计。再次，绘制模具装配图、零件工程图，同时校核模具关键零件的强度。最后，编制型腔和型芯制造工艺卡片并借助CAM软件完成部分数控加工工序代码的

2、生成。最终表明该模具结构合理，制造工艺良好，工作稳定可靠。关键词：压铸模；环形浇口；弯销；分型面；Pro/E；CAEABSTRACT: In this thesis, firstly, the structures of the Branch Pipe Joints die-casting were analyzed. The structure of die casting die was designed through the analysis of various process planning and the calculations of technological parame

3、ters of ring gate, bent pin, speed, temperature, pressure, etc. Secondly, the mold parting surface and gating system must be determined. By using 3D PRO/E software, the die-casting model and the mould structure had been drawn. On the basis, the design of die-casting mould structure was optimized thr

4、ough the application of CAE software PROCAST simulating the pressure filling and solidification course. Then, the Mold assembly drawings, parts drawings were drawn and the key parts intensity was checked. Finally, establish cavity and core manufacturing processes cards using CAM software to complete

5、 NC code generation of some process. Finally, the conclusions show that the mold structure is reasonable, stable, reliable and the mould has good manufacturing processes.Keywords: Die-casting mould；ring gate；bent pin；mould surface；Pro/E；CAE1.引言压力铸造是近代金属加工工艺中，发展较快的一种先进的铸造方法。液态金属在高速高压作用下射入紧锁的模具型腔内，并保压

6、、结晶直至凝固，形成半成品或成品1。压力铸造作为一种终形和近终形的成形方法，具有生产效率高、经济指标优良、压铸件尺寸精度高和互换性好等特点。在制造业获得了广泛的应用和迅速的发展，压铸件已成为许多产品的重要组成部分。随着轿车、摩托车、内燃机、电子通信、仪器仪表、家用电器和五金等行业的飞速发展，压铸件的功能和应用领域不断扩大，从而促进了压铸技术不断发展，压铸合金品质不断提高。压铸技术涉及到机械制造、液压传动、材料、冶金、自动化、计算机、化工、电子、传感器、检测、电气等诸多学科并正在向边缘学科渗透。随着以上诸多学科的发展和工业技术的进步，压铸技术也取得了突飞猛进的发展，具体表现为5：1)压铸机及外围

7、设备整体性能和控制系统水平的大幅度提高。2)计算机模拟技术在压铸中的广泛应用，加深了对压铸充型、凝固过程规律的认识。3)压铸型材质和制造技术的发展，提高了压铸型使用寿命和压铸件质量。4)薄壁压铸件成形技术的开发与应用，为实现轻量化的目标创造了条件。5)压铸型涂料的开发，改善了铸型润滑特性，提高了压铸件表面质量。在我国,压铸模起始于20世纪40年代，至21世纪，我国的压铸技术达到较高水平。但与国外相比，我国压力铸造业仍然存在很多不足7。本设计主要运用Pro/e三维建模，并通过Pro/e三维建模完成各部件间的装配。从而减少试模的次数；其次，对模具浇注系统、冷却系统和加热系统的优化设计，以及通过Pr

8、o/e三维建模，使数控铣削加工型腔、型芯更为简单与方便，相对于传统加工，提高了压铸模的制造精度与生产效率，保证了产品质量，降低了废品率，提高了市场竞争力与模具使用寿命，增强模具的可靠性；然后通过压力、压射速度、填充时间、快压射转换位置等压铸工艺参数的优化设计，确定最佳工艺参数，提高压铸件合格率。通过本毕业设计，掌握压铸原理及模具结构，掌握压铸模设计的步骤，模具制造工艺的编制能力，具有较强的从事压铸工艺及模具技术工作的能力，组织模具生产管理的能力。2 压铸件结构及工艺分析2.1 三通管接头体压铸件由于三通管接头压铸件结构较复杂，尺寸精度要求较高，如图1所示。三通管接头零件材料为YL112，表面质

9、量和内部质量要求严格等特点，成型时要保证压铸件的质量，克服成型缺陷，因此对压铸件的成型工艺选择要求科学、合理，压铸模结构具有良好的工艺性。另外，压铸铝合金还有较大的比热容和凝固潜热且具有良好的填充性能、较小的热裂倾向。所以压铸工艺适用于三通管接头体压铸件的生产。 图1 三通管接头体压铸件2.2 压铸工艺参数的选择1 压铸压力为了提高铸件的致密度，提高压射比压无疑是必要的，但是压射比压过高，会使型腔受金属液的冲刷和粘模的倾向严重，降低模具的使用寿命；压射比压过低会导致逐渐组织不致密和轮廓不清晰。因此，应根据铸件的特点和合金的不同来选择合适的压射比压。一般在保证压铸件成形和使用要求的前提下选用较低

10、的比压。一般的压铸铝合金其压射比压为p=2570 MPa；取其中间值为p=35 MPa。2 压铸速度充填速度的高低直接影响压铸件的内部和外观质量。充填速度过小会使铸件的轮廓不清，甚至不能成形。充填速度选择过大，会引起铸件粘型并使铸件内部气孔率增加，使力学性能下降。复杂壁厚铸件的铝合金充填速度为2530 m/s13，本次设计选为30 m/s。3 温度压铸铝合金（YL102）的浇注温度（铸件壁厚3 mm，其铸件结构较复杂）为610650 。在连续生产中，压铸模温度往往升高，尤其是压铸高熔点合金时，温度升高很快。温度过高除产生液体金属粘型外，还可能出现铸件因来不及完全凝固、推出温度过高而导致变形、模

11、具运动部件卡死等问题。同时过高的压铸模温度会使铸件冷却缓慢，造成晶粒粗大而影响其力学性能。压铸模工作温度一般可按下式计算 T型=1/3t浇t （1）式中t型是压铸模工作温度（）；t浇是液体金属的浇注温度（）；t是温度控制公差（一般取25）。将已知参数代入（1）式，可得该压铸工艺的温度为T型=1/3 t浇t=1/363025=210254 充填、持压和开模时间三通管接头体铸件平均壁厚2 mm，填充时间为0.0280.040 s13；生产中常用的持压时间铸件壁厚2.5 mm铝合金为12 s；压铸铝合金常用停留时间（铸件壁厚为 Q1=1.785kW，所以，冷却水道的长度合格。3.5 弯销抽芯机构弯销

12、为矩形的截面，能承受较大的弯曲应力；弯销的各段可以加工成不同的斜度，甚至是直段，因此根据需要可随时改变抽芯速度和抽芯力或实现延时抽芯；抽芯力较大或型芯离分型面较远时，可在弯销末端装支撑块，增加弯销的强度；开模后，滑块可不脱离弯销，因此该设计不设定位装置。弯销三维图如图7所示。 图7 弯销3.6 模具装配图开模时，由于摆钩作用使得分型面先在I处打开，延时距离为33 mm，动模向下运动因定位杆产生二次分型，并将压室凝料拉断，弯销延时作用，然后弯销侧抽芯，抽芯距离为70 mm，推板推出零件，整个动模行程为160 mm。合模时，弯销推动侧滑块复位，楔紧块锁紧侧滑块，完成各抽芯机构复位；同时推板作用推杆

13、，使推出机构复位。最终完成模具型腔对中合模。具体压铸模具结构如图8所示。 图8模具装配二维图及三维图1、35、36、37、39型腔镶块；2、46楔紧块；3、47弯销；4、45斜滑块；5、27斜滑块压板；6、9斜滑块托板；7前进限位块；8后退限位块；10、18、19、33销钉；11复位杆；12动模座板；13、20、24、41、48内六角螺钉；14推杆固定板；15推板；16推板导柱；17推板导套；21垫块；22推杆；23支承板；25动模套板；26导套；28定模套板；29动模镶块套板；30定模座板；31导柱；32、40、44型芯；34定模镶块套板；38压室；42分流锥；43浇口套。4 三通管接头压铸

14、CAE模拟4.1仿真模型建立数值模拟软件的前处理工具具有较强的有限元建模功能，但造型功能比较简单，不具备构造复杂几何形状的能力，因而，一般借助于专用的CAD软件，如：Pro/E、UG、CATIA等软件。本模拟应用Pro/E软件建立三维模型图，然后以.igs的格式输出。4.2网格划分将刚生成的.igs格式的文件输入到MSC PATRAN软件中进行网格划分，设置网格边长为3 mm，网格类型为tetrmesh，所生成的体网格格式为*out格式，导入Precast，如图9所示。 图8 导入MSC PATRAN中的模型 图9 铸件网格划分图4.3模拟参数设置建立25019080的虚拟模具，模具的材料选用

15、为H13钢(4Cr5MoSiV1)，模具与铸件之间的换热系数设置为1000。选择压铸浇口速度为v=30 m/s，浇注温度设置为T=630 C，浇口处压射比压设置为P=50 Mpa。铸件的冷却方式设置为水冷，模具的预热温度为180 C，铸件设置为630 C8-10。4.4模拟结果及分析1充填过程图10表明金属液平面整体向前推移，并且流体始终填满流道。流体进入型腔后并不冲击浇口型壁对面，而是顺序逐渐充填满型腔，最后充填处于型腔位置的溢流槽。150 Steps 220 Steps图10 铸件充填过程2铸件温度场图11显示整个冷却过程由型腔向浇口、由外而内的冷却顺序进行。该冷却方式有利于提高铸件凝固时

16、的补缩能力，减少铸件内缩孔缩松，提高铸件质量。220 Steps 300 Steps图11 充型后铸件温度变化3凝固过程充填结束后，铸件先开始凝固的部位是工件，浇道边缘，然后是溢流槽发生凝固，最后是浇注系统的凝固。较好地实现了铸件的顺序凝固，从而提高了铸件的力学性能。图12 铸件凝固过程4缩孔、缩松及等效应力最终缩孔数值为0.06，数值较小，可以忽略不计；等效应力最大值约为70 Mpa，而压铸件设计许用应力为100 Mpa。所以，该压铸件的设计比较合理，充填过程流畅。图12 缩孔分布 图13 等效应力分布5 结论通过该压铸模的结构设计，获得了以下几个方面的结论：（1）压铸压力、充填速度、模具温

17、度、充填时间等工艺参数对模具设计具有重要的影响。（2该压铸件的环形浇口充填时流程短、排气通畅；浇注系统、环形溢流系统在模具分型面上的投影面积小，可改善压铸机的受力状况，使模具结构紧凑，浇注系统金属消耗量较少。（3）镶拼式结构对于该压铸件的复杂型腔可分块加工，简化加工工艺，提高模具制造质量，满足成型部位的精度要求；能合理使用模具钢，降低模具制造成本；拼合处的适当间隙有利于型腔排气。（4）弯销为矩形的截面，能承受较大的弯曲应力。弯销抽芯机构能满足该压铸模的抽芯速度、抽芯力和延时抽芯的要求。（5）通过借助 Pro/Engineer软件，运用单一数据库进行修改时，相关联的2D图形和3D模型均自动更改，

18、同时组合、制造等相关尺寸参数设计也会自动修改，确保了数据的正确性，避免了反复修正的耗时性，并大大缩短了设计周期，提高了工作效率。参考文献1 赖华清压铸工艺及模具M北京：机械工业出版社，20042 潘宪曾压铸模设计手册M北京：机械工业出版社，20043 模具标准选编组模具标准汇编M北京：中国标准出版社，19924 陈光明压铸模CAD/CAE/CAM的现状和发展对策J模具技术，2003(5)：45-495 耿鑫明压铸技术现状与生产发展探讨J能源研究与利用2003(1)：19-236 亭仁杰压力铸造技术M北京：国防工业出版社，19967 宋才飞中国压铸业发展的特征与规律J铸造，2006，(3)：31

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