1、頂蓋壓鑄工藝設(shè)計(jì)1鑄件結(jié)構(gòu)工藝分析1.1鑄件材料分析 頂蓋鑄件所用材料為YL102，硬度60HBW，抗壓強(qiáng)度b=220MPa，延伸率=2%，密度=2.66g/cm3，澆注溫度610650。1.2鑄件結(jié)構(gòu)工藝分析頂蓋鑄件是一外形尺寸為162mm111 mm63mm 的殼體，底座出設(shè)機(jī)械加工余量1mm，如圖1所示。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空腔尺寸相對(duì)較大，外形輪廓不規(guī)則，且壁厚不均勻（最大壁厚在18mm左右，最小壁厚僅4mm）。為了與其他零件配合，17、22、30的孔必須滿足一定的同軸度。帶孔圓臺(tái)的上端面必須底面保證一定的位置精度。R11半圓臺(tái)軸線也必須與17孔的軸線保證一定的位置精度。同時(shí)，為了滿足使用性能

2、，鑄件應(yīng)無(wú)氣孔、疏松、裂紋等缺陷。圖1 頂蓋零件圖2分模面設(shè)計(jì)分模面是動(dòng)模和定模的分界面。分模面的形式與位置對(duì)整個(gè)壓鑄模具的結(jié)構(gòu)有重要影響。分模面確定后，壓鑄模具的基本結(jié)構(gòu)隨之確定。選擇分模面應(yīng)綜合考慮鑄件在開(kāi)模后應(yīng)留在動(dòng)模、澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、鑄件的順利脫出、抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、17、 22、 30孔的同軸度、各尺寸定位及鑄件的整體美觀要求，要有利于金屬液填充和排氣，要便于模具的制造以及容易去除鑄件飛邊等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)綜合考慮，鑄件分模面的選擇如圖2所示的I-I分模面。圖2 分模面設(shè)計(jì)3壓鑄機(jī)的選用壓鑄機(jī)是壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的重要設(shè)備。由于壓鑄機(jī)投資大，使用周期長(zhǎng)，因此選用壓鑄機(jī)時(shí)需要認(rèn)真

3、論證。壓鑄機(jī)選用主要包括三項(xiàng)內(nèi)容：壓鑄機(jī)類型（熱室壓鑄機(jī)或冷室壓鑄機(jī)）。壓鑄機(jī)大小（噸位及技術(shù)參數(shù)）。壓鑄機(jī)檔次（壓鑄機(jī)的質(zhì)量與性能）。3.1壓鑄機(jī)類型的選擇由于熱室壓鑄機(jī)僅適用于壓鑄鋅合金、鎂合金，鋁合金及銅合金不能采用熱室壓鑄機(jī)。而本例頂蓋所用材料為鋁合金，故只能采用冷室壓鑄機(jī)進(jìn)行壓鑄生產(chǎn)。3.2壓鑄機(jī)檔次的選擇選擇壓鑄機(jī)檔次主要與以下兩點(diǎn)有關(guān)：產(chǎn)品要求。企業(yè)目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)狀況。由于本例頂蓋鑄件的復(fù)雜程度及成型難易程度一般，鑄件產(chǎn)品不進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，企業(yè)規(guī)模一般，故選用中等檔次的壓鑄機(jī)即可滿足要求。3.3壓鑄機(jī)噸位的確定 根據(jù)壓鑄件的結(jié)構(gòu)特征及內(nèi)部品質(zhì)要求，結(jié)合模具的結(jié)構(gòu)考慮，由下式可得到該壓鑄

4、件 需要的鎖模力： F 鎖 K ( F主 + F分) ( 1 )式中，F(xiàn)鎖為壓鑄機(jī)鎖模力，kN；F主為主脹型力，kN；F分為分脹型力，kN；K為安全系數(shù)，一般取 K = 1.25。3.3.1主脹型力的計(jì)算 F主 = A p / 10 ( 2 )式中，A 為壓鑄件總投影面積，一般增加30%作為澆注系統(tǒng)及溢流排氣系統(tǒng)面積，這里A 1.3 x (14.8x11.2)cm2=215.49 cm2；p為比壓，按常用鋁合金壓射比壓推薦值選取p = 65MPa。 計(jì)算得：F主 = 1400.69kN3.3.2分脹型力的計(jì)算A芯是側(cè)向活動(dòng)型芯成形端面的投影面積，A芯=(1.7/2)2+(3.0/2)29.34

5、cm2，楔緊塊的楔緊角選取15，由此算得：F分= A芯p x t an/1016.27kN ( 3 )3.3.3鎖模力的計(jì)算根據(jù)式( 1 )式( 3 )，并取K值為 1.25，計(jì)算得 ：F 鎖K ( F主 + F分)= 1771.2kN。為了有足夠的鎖模力保證鑄件壓射充型的內(nèi)部質(zhì)量，根據(jù)計(jì)算及現(xiàn)有的壓鑄機(jī)設(shè)備，采用一模一件，選用鎖模力為2500 kN的臥式冷壓室壓鑄機(jī)。4澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓鑄模的澆注系統(tǒng)決定了金屬液在填充過(guò)程中的流動(dòng)路徑和狀態(tài) ,對(duì)于減少氣孔和雜質(zhì)、獲得組織致密的壓鑄件起著重要作用。本例頂蓋所采用的是錐形切線澆注系統(tǒng)。4.1內(nèi)澆道的位置選擇內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)主要是確定內(nèi)澆道的位置、形狀和

6、尺寸。內(nèi)澆道的設(shè)置應(yīng)使金屬液從鑄件厚壁處向薄壁處填充，要使進(jìn)入型腔的金屬液流向遠(yuǎn)離澆道的位置，在金屬液進(jìn)入型腔后不宜過(guò)早封閉分型面、溢流槽和排氣槽，并應(yīng)盡量使內(nèi)澆道設(shè)置在壁厚處，便于切除，同時(shí)薄壁壓鑄件的澆道厚度要小一些，以保持必要的充填速度， 避免在澆道部位產(chǎn)生熱節(jié)。如圖3所示，即為本例頂蓋鑄件所設(shè)置的澆注系統(tǒng)的位置。圖3 澆注系統(tǒng)位置設(shè)計(jì)4.2內(nèi)澆道截面尺寸的計(jì)算 Ag = G/( Vg t ) ( 4 )式中 Ag 內(nèi)澆道截面積，mm2；G 通過(guò)內(nèi)澆道的金屬液質(zhì)量，g； 液態(tài)金屬的密度，2.66 g/cm3；Vg 內(nèi)澆道處金屬液的流速，2060m/s；t 型腔的充填時(shí)間，s。取Vg =3

7、0m/s，t = 0. 08s，鑄件體積 V450.72cm3，按 G=V，代入式( 4 )得Ag( 2. 66x450.72)/( 2. 66x3000 x0.08)=188mm2。本例內(nèi)澆道與型腔采用端部搭接的形式進(jìn)行連接。查相關(guān)手冊(cè)得內(nèi)澆道尺寸:厚度取2mm，長(zhǎng)度取3mm，寬度取188/2=94 mm。4.3橫澆道的設(shè)計(jì)橫澆道是金屬液從壓室通過(guò)直澆道之后流向內(nèi)澆口之間的通道，其作用是將金屬液引入內(nèi)澆口。同時(shí)還能借助于橫澆道中體積較大的金屬液預(yù)熱型腔，改善模具的熱平衡；壓鑄件冷卻凝固時(shí)起到補(bǔ)縮和傳遞靜壓力的作用，因此橫澆道的設(shè)計(jì)對(duì)獲得合格的鑄件起著重要的作用。本設(shè)計(jì)采用的橫澆道為錐形橫澆道

8、其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。澆道與型腔的連接形式如圖4所示。為了提高壓鑄件的質(zhì)量，在成型過(guò)程中要排除型腔中的氣體與混有氣體和被涂料殘余物污染的前流冷污金屬液, 所以設(shè)計(jì)中采用了溢流排氣系統(tǒng)。將排氣槽開(kāi)設(shè)在溢流槽的后面實(shí)際上是把溢流與排氣作為一個(gè)整體來(lái)考慮。圖4 澆道與型腔的連接形式4.4直澆道的設(shè)計(jì)查閱所選冷室壓鑄機(jī)的壓室直徑，確定直澆道直徑為60mm，起模斜度取1，長(zhǎng)度為15mm，直澆道尺寸如圖5所示。直澆道位于澆道套內(nèi)孔的上方，以防止金屬液在壓射前流入型腔。 圖5 直澆道尺寸4.5排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)排溢系統(tǒng)在壓鑄模具中不可缺少，其主要作用是排出和儲(chǔ)存型腔中的氣體、涂料殘余物、前污冷金屬、大道轉(zhuǎn)移或減

9、少壓鑄件中的縮孔縮松、裹氣及氧化夾雜以及冷隔等缺陷。本例頂蓋設(shè)計(jì)中溢流排氣系統(tǒng)的布置如圖3所示。將排氣槽開(kāi)在溢流槽的后面實(shí)際上是將溢流和排氣作為一個(gè)整體來(lái)考慮，這樣的設(shè)置可以提高壓鑄件質(zhì)量，最大限度地消除局部紊流帶來(lái)的缺陷。排氣槽開(kāi)在溢流槽的后面，深0.1mm。在設(shè)計(jì)排氣槽時(shí)一定要注意其方向不能對(duì)著操作者的方向，以免傷人。為了保證溢流比內(nèi)澆道早凝固，使型腔中正在凝固的熔融合金形成一個(gè)與外界不相通的密閉部分而充分得到最終壓力的壓實(shí)作用，溢流口厚度應(yīng)小于內(nèi)澆道厚度，故溢流口厚度設(shè)計(jì)為1mm 。查閱相關(guān)資料，確定排溢系統(tǒng)的具體尺寸如圖6所示。圖6 排溢系統(tǒng)的具體尺寸5壓鑄模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)

10、計(jì)本例頂蓋壓鑄件由于左側(cè)分布有1個(gè)17的通孔，右側(cè)分布有1個(gè)22的沉頭孔，故考慮采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)完成其側(cè)向型芯抽出及復(fù)位；同時(shí)，頂蓋壓鑄件上還有1個(gè)17的垂直通孔，可以直接通過(guò)靜模上的型芯成型；底座上對(duì)稱分布著4個(gè)10的底座安裝孔，可以直接通過(guò)動(dòng)模上的型芯成型。5.1.1側(cè)向抽芯斜銷抽芯機(jī)構(gòu)是機(jī)械抽芯機(jī)構(gòu)中最常用的的形式，其結(jié)構(gòu)及組成如圖7所示?？紤]到模具結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)成本，本例頂蓋壓鑄件左側(cè)分布的1個(gè)17的通孔及右側(cè)分布的1個(gè)22的沉頭孔的成型，即是采用的此種抽芯機(jī)構(gòu)。 當(dāng)壓鑄模具打開(kāi)時(shí)，滑塊及活動(dòng)型芯隨動(dòng)模一起以速度v開(kāi)模做開(kāi)模動(dòng)作。同時(shí)，在斜銷的導(dǎo)引下，滑塊及活動(dòng)型芯還具有向上的速度分量v抽

11、芯進(jìn)行抽芯動(dòng)作。當(dāng)壓鑄模具打開(kāi)一定距離后，型芯從壓鑄件中抽出，滑塊脫離斜銷，完成抽芯動(dòng)作?；顒?dòng)型芯及滑塊在彈簧和限位塊的作用下停留在規(guī)定的位置。當(dāng)合模至一定位置時(shí)，斜銷重新進(jìn)入滑塊導(dǎo)孔，引導(dǎo)滑塊及型芯復(fù)位。圖7 斜銷抽芯機(jī)構(gòu)定模套板 2楔緊塊 3斜導(dǎo)柱 4斜滑塊 5螺母 6墊片 7彈簧 8限位塊 9螺栓 10活動(dòng)型芯 11動(dòng)模套板 12銷釘5.1.2抽芯力及抽芯距的計(jì)算由于影響抽芯力的因素很多，精確計(jì)算很困難。根據(jù)型芯受力分析如圖8所示，進(jìn)行估算：式中 A被鑄件包緊的型芯成型部分?jǐn)嗝嬷荛L(zhǎng)（mm）；L被鑄件包緊的型芯成型部分長(zhǎng)度（mm）； 圖8 型芯受力分析P擠壓應(yīng)力（單位面積的包緊力），鋅合金

12、P=（68MPa）鋁合金P=（1012MPa），銅合金P=（1216MPa）；壓鑄合金對(duì)型芯的摩擦因數(shù)（0.20.25）；a型芯成型部分的脫模斜度。 本例取P=10MPa，=0.2，a=1。如圖9所示，為側(cè)向成型孔抽芯，抽芯后型芯應(yīng)完全脫離鑄件的成型表面，使鑄件順利脫模，故設(shè)計(jì)抽芯距S抽。對(duì)于左側(cè)17的通孔 圖9 側(cè)向成型孔抽芯取A1=53.4mm，L1=h1=25mm。計(jì)算得： F抽1=2436.6N，S抽1=28mm。對(duì)于右側(cè)22的沉頭孔取A2=69.1mm，L2=h2=22mm。計(jì)算得：F抽2=2774.6N，S抽2=25mm。5.2頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 頂出機(jī)構(gòu)的作用是將壓鑄件從壓鑄模具中頂出

13、。當(dāng)壓鑄件凝固并冷卻一定時(shí)間后，壓鑄模具打開(kāi)，壓鑄模具打開(kāi)，壓鑄件由于包緊力的作用隨動(dòng)模移動(dòng)。附于動(dòng)模之上的壓鑄件需要借助頂出機(jī)構(gòu)將其推離動(dòng)模，以便取出。因此，頂出機(jī)構(gòu)都設(shè)置在動(dòng)模上。由于本例壓鑄件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在頂出時(shí)會(huì)有一定困難，因此要設(shè)置比較多的推桿。壓鑄件的底座周圍均勻設(shè)置4個(gè)圓形截面推桿；7個(gè)溢流槽上各設(shè)置1根圓推桿。推桿印痕高度約為0.3 mm，推桿截面為5的圓，推桿的分布如圖10所示。 圖10 推桿分布5 . 3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)為保證壓鑄生產(chǎn)的連續(xù)性，提高壓鑄生產(chǎn)效率及壓鑄件內(nèi)在質(zhì)量，防止壓鑄件產(chǎn)生氣孔、縮孔、疏松等缺陷，同時(shí)考慮到模具成形零件尺寸較大，特別是模具的型芯溫度在生產(chǎn)過(guò)程中極易升高，易造成粘模、拉傷，因此，為保證模具的熱平衡，在動(dòng)、定模鑲塊及型芯上分別設(shè)置了不同類型的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)用以調(diào)節(jié)模溫。設(shè)置冷卻水道應(yīng)盡可能布置在型腔內(nèi)溫度最高、熱量比較集中的區(qū)域，流路要暢通，且在鑲拼結(jié)構(gòu)的水道相接處采用密封措施，防止泄漏。本例模具設(shè)計(jì)采用水道直徑為8mm 。5.4模具動(dòng)作說(shuō)明本例頂蓋壓鑄件模具