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課程設(shè)計說明書 課程名稱： 壓鑄工藝及模具設(shè)計 題 目： “#######”壓鑄工藝與模具設(shè)計 學(xué) 院： 機電工程 系： 材料加工 專 業(yè)： 材料成形與控制工程 班 級： 材成##### 學(xué) 號： ############# 學(xué)生姓名： ####### 起訖日期： 2012.12.10~12.28 指導(dǎo)教師： 李 克 職稱： 教授 審核日期： 1 設(shè)計前準(zhǔn)備工作 1 1.1 零件分析 1 1.2 初步確定設(shè)計方案 1 2 壓鑄件工藝分析 2 2.1 壓鑄合金工藝分析 2 2.2 壓鑄件工藝分析 2 2.3 分型面的選擇 2 3 澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設(shè)計 4 3.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 4 3.2 排溢系統(tǒng)的設(shè)計 6 3.2.1溢流槽的設(shè)計要點 6 3.2.2溢流槽位置的選擇 6 4 壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 4.1 壓鑄機的選擇 8 4.1.1 確定模具分型面上鑄件的總投影面積 8 4.1.2 確定壓射比壓 9 4.1.3根據(jù)鑄件的材料、結(jié)構(gòu)、壁厚： 9 4.2 型腔和型芯尺寸的設(shè)計 9 4.3 鑲塊、型芯、模板的設(shè)計 11 4.3.1 鑲塊的設(shè)計 11 4.3.2 模板的設(shè)計 12 4.4 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計 13 4.5 推出機構(gòu)、復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 14 5壓鑄?？傃b技術(shù)要求 15 5.1結(jié)構(gòu)零件的公差和配合 15 5.2壓鑄模總裝技術(shù)要求 15 5.3壓鑄模的材料選擇和熱處理 15 6 壓鑄工藝流程 17 參考文獻(xiàn) 18 1 設(shè)計前準(zhǔn)備工作 1.1 零件分析 金屬壓鑄成型是將熔融的金屬液在較高的壓力下，以高速的填充入壓鑄模型腔，并使金屬液在高壓狀態(tài)下凝固而形成金屬壓鑄件的過程。它是目前所有金屬鑄造成型方法中效率最高的一種。隨著金屬壓鑄成型技術(shù)的發(fā)展，金屬壓鑄成型技術(shù)與塑料注射成型、金屬板的沖壓成型并列為三大成型體系。金屬壓鑄成型的顯著特點是：可以成型形狀復(fù)雜、壁薄的有色金屬結(jié)構(gòu)件，是一種高效率、高精度、高互換性、低消耗的精密零件成型技術(shù)。 金屬壓鑄成型的過程是將熔融的金屬液注入壓鑄機的壓室，在壓射沖頭的高壓作用下，高速度地推動金屬液經(jīng)過壓鑄模具的澆注系統(tǒng)，注入并充滿型腔，通過冷卻、結(jié)晶、固化等過程，成型相應(yīng)的金屬壓鑄件。 1.2 初步確定設(shè)計方案 1、此鑄件的材料為ZL102，應(yīng)在適當(dāng)?shù)臏囟认铝鲃有暂^好是澆注，使能充滿型腔。 2、鑄件的精度為6級，采用壓力鑄造的方法能達(dá)到此精度。 3、確定壓鑄工藝及模具制造能力。 4、確定壓鑄模結(jié)構(gòu)（包括型腔數(shù)目，模板的尺寸設(shè)計，導(dǎo)柱、導(dǎo)套盡量使用國標(biāo)能縮短制造周期，以及采用型芯、型腔鑲塊節(jié)約貴重金屬）。 5、模具設(shè)計是要留收縮率尺寸。 2 壓鑄件工藝分析 2.1 壓鑄合金工藝分析 鋁合金具有良好的壓鑄性能，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都很好。鋁合金的密度小比強度和比剛度高是其突出的優(yōu)點。鋁合金的高溫力學(xué)性能也很好，在低溫下工作是同樣保持良好的力學(xué)性能，且鋁合金熔鑄工藝簡單，成形和切削加工性能良好，有較高的力學(xué)性能和耐蝕性，但在熔煉的時，鋁液要在溶劑保護下進(jìn)行熔煉和保溫，以防合金液吸氣和產(chǎn)生氧化夾雜物。 2.2 壓鑄件工藝分析 為了從根本上防止壓鑄件產(chǎn)生缺陷，比以低成本，連續(xù)不斷地生產(chǎn)高質(zhì)量的壓鑄件，必須使壓鑄件的結(jié)構(gòu)適合于壓鑄。主要對鑄件的壁厚、圓角、筋、出型斜度，孔，螺紋、加工余量、文字、標(biāo)志、圖案等進(jìn)行分析。 對次鑄件壁厚均勻適合壓鑄。鑄件本身有斜度且能減少出型時與型壁的摩擦。鑄件邊緣有孔且與型芯方向一致，所以在鑄造時鑄出。鑄件上有螺紋與型芯方向垂直，不宜在鑄造時鑄出，且螺紋的鑄造模具加工時相當(dāng)?shù)睦щy，所以螺紋在鑄件鑄出后進(jìn)行加工。 1）該壓鑄件尺寸比較小，一般精度等級，為降低設(shè)計難度和設(shè)計周期，應(yīng)采一模一腔，且需要對壓鑄件去除澆口廢料。 2）為了節(jié)約成本和方便加工與熱處理，型腔型芯均采用鑲塊式結(jié)構(gòu)。 3) 零件的密度為2.65，重量約為25.94g。 4) 為了提高生產(chǎn)效率并且考慮到鋁合金的熔點,選用冷室臥式壓鑄機用鑄模。 2.3 分型面的選擇 在分型面選擇的時候有兩種方案： 首先考慮模具起模時，鑄件留在動模上，所以有（圖1）所視Ⅰ與Ⅱ兩種方案。 方案Ⅰ：方案Ⅰ容易起模，易使鑄件留在動模上，起模方便，適合本鑄件的起模方式。 方案Ⅱ：易留在定模上，不適合。 綜上所述，選用方案Ⅰ，分型面形式見圖（1）。 （圖1）零件圖 3 澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 經(jīng)過對鑄件的結(jié)構(gòu)分析，鑄件是板件，對澆注系統(tǒng)的選擇可選擇側(cè)澆口，在澆注時金屬液從型腔側(cè)面導(dǎo)入，然后自下而上推向進(jìn)型腔，有利于金屬液的充填和排氣。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見（圖2）。 （圖2）鑄件圖 對澆注系統(tǒng)尺寸的選擇 如（圖3） L2+3L1 h2>2h h3=2L1 （圖3）橫澆道與內(nèi)澆口和鑄件之間的連接方式 H鑄件平均壁厚為2.7 取h1=1.2；L1=2；h2=4 （圖4）橫澆道尺寸 根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和尺寸，b取3.5，h取4。 3.2 排溢系統(tǒng)的設(shè)計 3.2.1溢流槽的設(shè)計要點 （1）正確布置溢流槽在模具中的位置 1）是金屬液在橫澆道內(nèi)或進(jìn)入型腔后最先沖擊的部位。 2）是受金屬液沖擊型芯后面或多股金屬液相匯合處容易產(chǎn)生渦流裹氣或氧化夾雜的部位。 3）是金屬液最后充填的部位。 4）是型腔溫度較低的部位。 5）內(nèi)澆口兩側(cè)或其他金屬液不能直接充填的死角部位。 6）其他需控制局部金屬液流動狀態(tài)以消除疵病的部位。 （2）溢流槽的溢流口總截面積應(yīng)小于內(nèi)澆口的總截面積。 （3）采用多個單獨的溢流槽要比一個同等容積的溢流槽，更容易控制從壓鑄件周圍任何部分外流的金屬液。 （4）根據(jù)溢流槽的作用確定其容積。 3.2.2溢流槽位置的選擇 溢流槽位置的選擇應(yīng)遵循如下的原則： （1）溢流槽應(yīng)開設(shè)在金屬液最先沖擊的部位，排除金屬液流前頭的氣體和冷污金屬液，穩(wěn)定流態(tài)狀態(tài)，減少渦流。 （2）溢流槽應(yīng)開設(shè)在兩股金屬液流會和的地方，清除集中于該處的氣體、冷污金屬液和冷料殘渣等。 （3）溢流槽應(yīng)開設(shè)在內(nèi)澆口兩側(cè)或金屬液不能順利充填的死角區(qū)域，起到引流充填的作用。 （4）溢流槽應(yīng)開設(shè)在壓鑄件局部壁厚的地方，并且增大其容量和溢流口的厚度，以便將氣體。夾渣和縮松轉(zhuǎn)移到該處，改善壓鑄件厚壁處的質(zhì)量。 （5）溢流槽應(yīng)開設(shè)在金屬液昨晚充填的地方，以改善模具的熱平衡狀態(tài)和充填排氣條件。 （6）溢流槽應(yīng)的開設(shè)應(yīng)防止壓鑄件的變形，并要求不影響壓鑄件的外觀。 在排溢系統(tǒng)設(shè)計，因為此鑄件是中心澆口澆注，澆注是有利于排氣和充填，所以只需在分型面設(shè)置排氣在澆注的槽，這樣便可充滿。溢流槽可不設(shè)，在試模的時候如出現(xiàn)因渦流引起的缺陷時，或者是出現(xiàn)逐漸末段出現(xiàn)收縮變形可增設(shè)溢流槽，具體位置與尺寸如（圖5）。 （圖5）溢流槽 4 壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 壓鑄機的選擇 合理的選擇壓鑄機，設(shè)計壓鑄模時，應(yīng)熟悉壓鑄機的特性和技術(shù)規(guī)格，通過必要的設(shè)計計算，合理的選擇壓鑄機。 計算脹型力：鎖模力是表示壓鑄機最基本參數(shù)，其作用是克服壓鑄充填時的脹型力，使模具分型面不致張開，故設(shè)計壓鑄模時，首先確定脹型力的大小來選擇壓鑄機，當(dāng)壓鑄機的鎖模力大于脹行力，則可認(rèn)為該壓鑄機可以使用。 鎖模力和脹型力的關(guān)系式見式（1）： …………………………………………（1） ——壓鑄時的反壓力； ——作用與滑塊楔緊面上的法向反壓力； ——安全系數(shù)。 反壓力的計算： = ——鑄件總投影面積 P ——壓射比壓 4.1.1 確定模具分型面上鑄件的總投影面積 投影面積見公式（2） ΣF=F鑄+F澆+F余+F溢（厘米2）……………………………………………….（2） F鑄——鑄件在分型面上的投影面積； F澆——澆道內(nèi)澆口在分型面上的投影面積； F余——余料在分型面上的投影面積； F溢——溢流槽在分型面上的投影面積。 4.1.2 確定壓射比壓 4.1.3根據(jù)鑄件的材料、結(jié)構(gòu)、壁厚： 選450～600公斤/厘米2 此件選用壓射比壓為500 公斤/厘米2 根據(jù)要求選擇J1113A型臥室冷室壓鑄機。 壓室為D=40mm 4.2 型腔和型芯尺寸的設(shè)計 型腔尺寸計算見公式（3）：Y+a=(Y0+KY0-n△)+a…………………………………（3） 型芯尺寸計算見公式（4）：Y-a=(Y0+KY0+n△)-a ……………………………….（4） Y0——鑄件的公稱尺寸； n ——補償和磨損系數(shù)。取n=0.7； △——鑄件偏差；（如 表1） a ——模具成型部分的制造偏差；（如 表1） K ——壓鑄件的計算收縮率。（如 表2） 表1 按鑄件公差所推薦的模具制造公差（GB6級） 公稱尺寸 1～3 3～6 6～10 10～18 18～30 30～50 50～80 △ 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.170 0.200 a 0.012 0.016 0.020 0.024 0.028 0.034 0.040 表2 鑄件計算收縮率推薦值 收 縮 條 件 阻礙收縮 混合收縮 自由收縮 計 算 收 縮 率（%） 鋁合金 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～1.0 型腔成型尺寸計算：(單位：mm) （圖6）鑄件成型尺寸標(biāo)號 型腔尺寸 1、77+0.200→77.32+0.040 2、27+0.140→27.06+0.028 3、14+0.120→14.00+0.024 4、12+0.120→11.99+0.024 型腔深度尺寸 5、13+0.120→12.99+0.024 6、7+0..100→6.97+0.020 7、6+0.100→5.97+0.020 型芯尺寸 8、73-0.200→73.58-0.040 9、9-0.100→9.06-0.020 10、5.5-0.080→5.59-0.016 11、23.5-0.140→23.74-0.028 型芯高度尺寸 12、3.5-0.080→3.58-0.016 13、6-0.100→6.12+0.020 4.3 鑲塊、型芯、模板的設(shè)計 4.3.1 鑲塊的設(shè)計 為了節(jié)約貴重金屬，所以在與金屬液接觸的部分制作成鑲塊，型芯，型腔按照上述尺寸才用H13制造，澆道與金屬液接觸部分也有H13制作成鑲塊。 （圖7）鑲塊尺寸 如（圖7）所示，具體尺寸如下：(單位：mm) h=30 C=3.5 H=8 H2=20 4.3.2 模板的設(shè)計 模板設(shè)計是要合理，能使模具制造出來安裝在所選的壓鑄機上。并且要滿足：H行程≥H1+H2+b+a H行程壓鑄機開模行程; H1動模零件高度; H2定模零件高度; b鑄件澆道總厚度; a取件時鑄件與動、定模之間的最小距離。 1)套板尺寸： 套板的壁厚根據(jù)鑲塊的尺寸來確定，取套板的壁厚為75mm 2)動模支撐板厚：選擇20mm 3)推桿固定板的尺寸： 根據(jù)壓鑄機的型號選，厚為20（單位：mm） 4)模座的設(shè)計： ①定模座板：根據(jù)套板尺寸選為 （單位：mm） ②動模墊塊與座板：具體尺寸如（圖9）所示 （圖9）積木式模座 4.4 導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計 尺寸如（圖10）所示 （圖10）導(dǎo)柱與導(dǎo)套 4.5 推出機構(gòu)、復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu)，選擇推桿推出方式為推桿推出，推桿的總數(shù)為5。 推桿形式見圖（11） （圖11）復(fù)位桿、推桿結(jié)構(gòu) 在合模時需要有復(fù)位機構(gòu)，所以設(shè)置復(fù)位桿，且直徑為12mm，個數(shù)為4。 5壓鑄?？傃b技術(shù)要求 5.1結(jié)構(gòu)零件的公差和配合 壓鑄模是高溫條件下進(jìn)行工作，因此在選擇結(jié)構(gòu)零件的極限和配合時，不僅要求在室溫下達(dá)到一定的裝配精度，而且要求在工作溫度下確保各結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定性，動作可靠性，特別是金屬液直接接觸的部位，在充填過程中受到高壓、高速、高溫金屬液的沖擦和熱交變應(yīng)力作用時，結(jié)構(gòu)件在位置上所產(chǎn)生偏移以及間隙的變化，都會影響生產(chǎn)的正常運行。 結(jié)構(gòu)零件的公差和配合主要考慮： ①結(jié)構(gòu)零件軸與孔的配合和精度； ②結(jié)構(gòu)零件的軸向配合； ③未注公差尺寸的極限偏差； ④形位公差。 5.2壓鑄模總裝技術(shù)要求 壓鑄?？傃b技術(shù)要求包括： ①壓鑄模裝配圖上需注明的技術(shù)要求； ②壓鑄模外形和安裝部位的技術(shù)要求； ③總體裝配精度的技術(shù)要求。 5.3壓鑄模的材料選擇和熱處理 壓鑄模型腔直接和高溫、高壓和高速充填的金屬液接觸，在短時間內(nèi)溫度變化很大，所以壓鑄模的工作環(huán)境十分惡劣，因此對壓鑄模材料的選擇應(yīng)慎重。壓鑄模主要零件的材料選用及熱處理要求見表7-1 表7-1 壓鑄模的材料選擇和熱處理方法 6 壓鑄工藝流程 （圖11）壓鑄工藝流程圖 參考文獻(xiàn) [1]《壓鑄模及壓鑄工藝課程設(shè)計指導(dǎo)書》 黃勇編 沈陽理工大學(xué)材料學(xué)院 2005 [2]鑄造手冊—特種鑄造. 王君卿編 機械工業(yè)出版社， 2002 [3]模具實用技術(shù)叢書編委會. 壓鑄模設(shè)計應(yīng)用實例 機械工業(yè)出版社， 2005 [4] 《壓鑄模設(shè)計手冊》編寫組. 壓鑄模設(shè)計手冊. 機械工業(yè)出版社. 1981 [5] 孫保純. 現(xiàn)代壓鑄技術(shù). 東北大學(xué)出版社， 1996 [6]《壓鑄模具工程師手冊》 姜銀方、股衛(wèi)星主編， 機械工業(yè)出版社， 2009 [7]《鑄造手冊》.《鑄造工藝5》中國機械工程學(xué)會鑄造分會 編，北京-機械工業(yè)出版社，2004.05 [8]《壓鑄工藝與模具設(shè)計》 楊裕國主編， 機械工業(yè)出版社， 2000