摘要本課題針對(duì)寶馬輪轂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)壓鑄模具及相關(guān)壓鑄工藝，確定最終模具方案。本課題涉及到的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有：根據(jù)壓鑄件的結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，計(jì)算并設(shè)計(jì)出合理的壓鑄件澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)、壓鑄模具零件參數(shù)；運(yùn)用CAD制圖軟件，繪制出寶馬輪轂的二維圖、寶馬輪轂壓鑄模非標(biāo)準(zhǔn)零件的二維圖；運(yùn)用三維制圖軟件Creo2.0，繪制出寶馬輪轂壓鑄模的三維零件圖。關(guān)鍵詞：寶馬輪轂；壓力鑄造；壓鑄模具設(shè)計(jì)AbstractInthispaper,thedie-castingofBMWHubisdesigned,andtherelevantdie-castingprocessisformulated.,thedie-castingprocessissimulatedbyAnycasting,andthedieschemeisverifiedandimproved.Inthispaper,therearesomemaindesigncontentshasbeendone.Thereasonableparametersofcastingsystemiscalculatedanddesignedforthestructureandsizecharacteristicsofdiecasting.Nextto,thesystemofdiecastinganddiepartsisdischarged.Then,thetwo-dimensionaldrawingsofBMWHubandnon-standardpartsofBMWHubweredrawnbyCAD,andthethree-dimensionalweredrawnbyCreo2.0.Keywords:BMWHub,Pressurecasting,Die-castingdiedesign目錄摘要 1Abstract 2第1章緒論 71.1壓力鑄造技術(shù)概況及發(fā)展現(xiàn)狀 71.1.1壓鑄的特點(diǎn) 71.1.2壓鑄技術(shù)的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀 71.1.3壓鑄合金的進(jìn)展和應(yīng)用狀況 81.2課題研究背景及意義 101.3課題研究主要內(nèi)容 10第2章鑄件的結(jié)構(gòu)與工藝性分析 122.1零件結(jié)構(gòu)分析 122.1.1壁厚 132.1.2鑄造圓角 132.1.3拔模斜度 132.2寶馬輪轂材料成分和物理參數(shù) 13第3章寶馬輪轂壓鑄件工藝分析 153.1壓鑄件與壓鑄模工藝分析 153.2分型面的選擇 153.3寶馬輪轂壓鑄工藝參數(shù) 163.3.1壓力參數(shù) 163.3.2溫度參數(shù) 163.3.3時(shí)間參數(shù) 173.3.4速度參數(shù) 183.3.5壓鑄用涂料 20第4章澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì) 214.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 214.1.1內(nèi)澆口設(shè)計(jì) 214.1.2直澆道設(shè)計(jì) 234.1.3橫澆道設(shè)計(jì) 244.2排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì) 264.2.1溢流槽設(shè)計(jì) 264.2.2排氣槽設(shè)計(jì)... 27第5章壓鑄模具設(shè)計(jì) 295.1壓鑄機(jī)型號(hào)選擇 295.2成形零件的設(shè)計(jì) 305.2.1成形零件的收縮率 305.2.2動(dòng)定模的設(shè)計(jì) 305.3結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計(jì) 335.3.1導(dǎo)套與導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 335.3.2動(dòng)定模套板的設(shè)計(jì) 345.3.3動(dòng)定模座板的設(shè)計(jì) 365.3.4支撐板的設(shè)計(jì) 375.3.5推板與推板固定板的設(shè)計(jì) 385.3.6墊塊的設(shè)計(jì) 39第6章抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 406.1抽芯力與抽芯距離距的確定 406.1.1估算抽芯力 406.1.2抽芯距的計(jì)算 416.2斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 416.2.1斜導(dǎo)柱直徑的估算 416.2.2斜銷長(zhǎng)度的確定 426.3滑塊的設(shè)計(jì) 426.4楔緊塊的設(shè)計(jì) 43第7章壓鑄模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 44第8章壓鑄機(jī)的校核 468.1壓室容量的核算 468.2模具厚度核算 478.3動(dòng)模座板行程的核算 47總結(jié) 48致謝 49參考文獻(xiàn) 50ContentsAbstract（Chinese） IAbstract（English） IIChapter1Intruduction 71.1DieCastingTechnologyOverviewandDevelopmentStatus 71.1.1CharacteristicsofDieCasting 71.1.2HistoryandDevelopmentofDiecastingTechology 71.1.3ProgressandApplicationofDiecastingAlloy 81.2BackgroundandSignificanceofSubjectResearch 101.3DevelopmentStatusandApplicationRangeofDieCastingTechnology 10Chapter2AnalysisofCastingStructureandTechnology 122.1StructuralAnalysisofParts 122.1.1wallthickness 132.1.2Castingfillet 132.1.3Draftangle 132.2MaterialCompositionandPhysicalParametersofBMWHub 13Chapter3ProcessAnalysisofDieCastingforBMWHub 153.1ProcessAnalysisofDieCastingandDieCastingDie 153.2Selectionofpartingsurface 153.3DieCastingProcessParametersofBMWHub 163.3.1Pressureparameter 163.3.2Temperatureparameter 163.3.3Timeparameter 173.3.4Velocityparameter 183.3.5CoatingsforDieCasting 20Chapter4DesignofGatingSystemandSpilloverSystem 214.1Gatingsystemdesign 214.1.1Designofinnergate 214.1.2DesignofStraightGate 234.1.3Designofrunner 244.2DesignofSpilloverSystem 264.2.1Designofoverflowchute 264.2.2DesignofExhaustTank 27Chapter5DesignofDieCastingDie 295.1ChoiceofDieCastingMachine 295.2DesignofFormedParts 305.2.1Shrinkageofformingparts 305.2.2DesignofMovingandFixingDies 305.3DesignofStructuralParts 335.3.1DesignofGuideSleeveandPillar 335.3.2DesignofMovingandFixingDieSleeve 345.3.3Designofdynamicdie,staticdieseatplate 365.3.4Designofsupportplates 375.3.5DesignofPushPlateandPushPlateFixedPlate 385.3.6Designofgaskets 39Chapter6Designofcore-pullingmechanis 406.1Determinationofdistancebetweencorepullingforceandcorepulling 406.1.1Estimatedcorepullingforce 406.1.2Calculationofcore-pullingdistance 416.2Designofpartingcore-pullingmechanismforobliqueguidecolumns 416.2.1Estimationofthediameteroftheobliquepin 416.2.2Determinationofobliquepinlength 426.3DesignofSlider 426.4Designofwedgedblocks 43Chapter7DesignoftheoverallstructureofDiecastingDie 44Chapter8CalibrationofDieCastingMachines 468.1AccountingofBallastCapacity 468.2DieThicknessAccounting 478.3CalculatingtheTravelofMovingDieBasePlate 47Summarize 48Acknowledge 49Reference 50第1章緒論1.1壓力鑄造技術(shù)概況及發(fā)展現(xiàn)狀壓力鑄造技術(shù)是一種凈成型技術(shù)，因其生產(chǎn)的零件形狀尺寸精度高，并可以完成大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，使其在航空航天、車輛等制造行業(yè)運(yùn)用的非常廣泛[1]。1.1.1壓鑄的特點(diǎn)壓力鑄造簡(jiǎn)稱是壓鑄，是指向壓室內(nèi)倒入熔融合金液，以高壓壓射液態(tài)金屬，是金屬液高速充填模具的型腔，并使其在壓力作用下凝結(jié)形成與壓鑄型腔相同的鑄件的鑄造方法。壓鑄與傳統(tǒng)鑄造方法的區(qū)別在于其主要特點(diǎn)是高壓和高速。①液態(tài)金屬是在壓力的作用快速進(jìn)入型腔，之后在更高的壓力下結(jié)晶凝固形成鑄件，通常的壓力為15~100MPa。②液態(tài)金屬以高速填入型腔，一般在10~50米/秒，有的能夠超過80米/秒，（內(nèi)澆口速度是指通過內(nèi)澆口進(jìn)入型腔的線速度），因此金屬液的充型時(shí)間十分短，通常0.01~0.2秒即可填滿型腔[2-5]。壓鑄屬于精密鑄造，采用壓鑄方法生產(chǎn)的零件的尺寸公差很小，表面精度也很高，一般情況下，壓鑄件不需要后續(xù)的機(jī)械加工即可裝配使用，有螺紋的零件也能夠直接壓鑄成型[6]。從一般的裝飾品小零件到汽車等交通工具的復(fù)雜零件也大多是利用壓鑄法制造的。壓鑄可以鑄造流動(dòng)性高的金屬還可以減少二次機(jī)械加工。壓鑄的生產(chǎn)效率高，而且壓鑄件的抗拉強(qiáng)度大。最大的優(yōu)勢(shì)是鑄件的尺寸精度高，一般受鑄造材料決定，通常的數(shù)值為最初2.5厘米尺寸時(shí)誤差0.1毫米，每增加1厘米誤差增加0.002毫米。與傳統(tǒng)和\t"/item/%E5%8E%8B%E9%93%B8/_blank"永久模鑄造工藝對(duì)比，它的鑄件表面光滑，圓角半徑大約為1~2.5\t"/item/%E5%8E%8B%E9%93%B8/_blank"微米。相對(duì)于來說可以制造壁厚大約0.75毫米的鑄件，而且可以將鑄造內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接鑄造出來，比如復(fù)雜型腔、加熱元件、承載面[7]。壓鑄的成本很高。壓鑄設(shè)備以及模具相對(duì)其它鑄造方法來說都很貴，所以生產(chǎn)大批產(chǎn)品時(shí)用壓鑄法才比較合適。它的缺點(diǎn)主要是工藝只能適用于流動(dòng)性較高的金屬，而且對(duì)鑄造零件的質(zhì)量也有要求，必需在30克與10千克之間[8]。一般最后壓鑄的一批鑄件會(huì)有孔隙出現(xiàn)，不允許進(jìn)行任何熱處理或者焊接，因?yàn)樵诳p隙內(nèi)有氣體，這些氣體會(huì)在熱量作用下\t"/item/%E5%8E%8B%E9%93%B8/_blank"膨脹，從而使內(nèi)部產(chǎn)生微型缺陷和表面的剝離。1.1.2壓鑄技術(shù)的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀壓鑄技術(shù)到目前為止已有差不多200年的歷史。早在1855年,O.默根塔勒生產(chǎn)出條形活字鑄件使用活塞壓射缸浸入熔融合金中的方法。之后在1869年,C.巴貝奇生產(chǎn)早期計(jì)算機(jī)的一些零件利用“鋅強(qiáng)化鉛錫合金壓力鑄造法”。1872年,生產(chǎn)留聲機(jī)上的鉛錫合金小零件使用的壓鑄機(jī)是一種手動(dòng)的小型壓鑄機(jī)。1904年,H.H.富蘭克林公司壓鑄出汽車連桿軸承,從此,壓鑄件的主要用戶從印刷業(yè)變成了汽車工業(yè)。1905年,H.H.多勒發(fā)明了適合鋅合金和鉛錫合金的壓鑄機(jī)。1914年,H.H.多勒利用氣壓使金屬也沿流道上升而充型方式制造壓鑄機(jī),可用于鋁合金的壓鑄。在20世紀(jì)20年代,美國(guó)的基普公司發(fā)明出機(jī)械化的熱室壓鑄機(jī),但因鋁合金液有侵蝕壓鑄機(jī)上鋼鐵零部件的傾向,所以鋁合金生產(chǎn)不適用于熱室壓鑄機(jī)[9]。一直到C.魯里發(fā)明制造出冷室壓鑄機(jī),這是壓鑄技術(shù)上的重大轉(zhuǎn)變,使黃銅合金、鋁合金的壓鑄變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。20世紀(jì)50年代大型壓鑄機(jī)的發(fā)明,為壓鑄業(yè)開拓了很多新的領(lǐng)域。隨著壓鑄機(jī)、壓鑄工藝、壓鑄型及潤(rùn)滑劑等壓鑄技術(shù)的發(fā)展,壓鑄合金也經(jīng)歷從鉛到鋅、鋁、鎂、銅,最后到鐵合金的發(fā)展過程,隨著壓鑄合金熔點(diǎn)的不斷增高使壓鑄件使用和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大[10]。我國(guó)壓鑄行業(yè)的發(fā)展，最為代表的是晚清時(shí)期的洋務(wù)派，以自強(qiáng)求富為目標(biāo)而創(chuàng)建的一系列工廠，比如漢陽鋼鐵廠、輪船招商局等。在辛亥革命后，民族工業(yè)開始興起，開始開建一些可以制作生產(chǎn)壓鑄件的工廠在一些開放的通商口岸。然而真正使壓鑄件的工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)還是在解放以后。從20世紀(jì)50年代開始，主要能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的壓鑄件是輕工日用的小型五金件及電機(jī)鋁轉(zhuǎn)子；到60～70年代我國(guó)的壓鑄技術(shù)日近成熟，已經(jīng)可以用于輕工日用五金、醫(yī)療器械、電信器材、軍工航空、汽車等配件的生產(chǎn)；到了80年代，家用電器市場(chǎng)的需求推動(dòng)了壓鑄業(yè)的迅速發(fā)展；90年代尤其是進(jìn)入21世紀(jì)之后，我國(guó)汽車、機(jī)動(dòng)車、電動(dòng)車工業(yè)發(fā)展迅猛，為壓鑄行業(yè)的飛躍發(fā)展提供了良好的契機(jī)[11]。現(xiàn)在，壓力鑄造已經(jīng)是一種終形和近終形的成形方法。壓力鑄造不僅生產(chǎn)效率高而且互換性好。最重要的是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)異，壓鑄件尺寸精度也高。在制造業(yè)中,尤其是獲得了廣泛的應(yīng)用和迅速的發(fā)展的規(guī)模化產(chǎn)業(yè)[12]。壓鑄件已經(jīng)變成了很多產(chǎn)品的重要組成部分,隨著交通運(yùn)輸、內(nèi)燃機(jī)、電子通信、儀器、儀表、電器等行業(yè)的飛速發(fā)展,壓鑄件的應(yīng)用領(lǐng)域和功能不斷擴(kuò)大,進(jìn)而促進(jìn)了壓鑄技術(shù)不斷發(fā)展以及壓鑄合金品質(zhì)的不斷升高，壓鑄技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在與生產(chǎn)制造相關(guān)的各行各業(yè)。1.1.3壓鑄合金的進(jìn)展和應(yīng)用狀況壓鑄技術(shù)的重要組成部分是壓鑄合金。壓鑄合金一般包括鋁合金、鎂合金、鋅和鋅鋁合金、銅合金等。銅合金壓鑄件的特點(diǎn)是由很高力學(xué)性能和良好的耐蝕性，與其它有色金屬相比,壓鑄銅合金所要求的壓力高，和溫度也高(982～1066℃),明顯縮短壓鑄型的壽命,從而導(dǎo)致黃銅合金壓鑄型成本較高。如果一個(gè)零件的要求是強(qiáng)/硬度高、耐蝕或耐磨時(shí),選擇銅合金作為壓鑄金屬比選其它壓鑄金屬還是比較經(jīng)濟(jì)的。由于鑄型材料的原因,黑色金屬的壓鑄成形目前應(yīng)用尚不廣泛?，F(xiàn)在鋁合金、鎂合金和鋅合金是應(yīng)用最多最廣泛的。隨著壓鑄件功能和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,壓鑄合金性能的內(nèi)涵也不斷拓展,例如壓鑄成形性能、物理性能、機(jī)加工性能、力學(xué)性能、表面處理性能、耐腐蝕性、耐磨性、焊接性等。要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)的壓鑄件,在壓鑄合金方面就不僅要考慮壓鑄合金化學(xué)成分和性能,還要進(jìn)一步考慮成本與性能的均衡,以及安全性、使用壽命周期及再循環(huán)利用等問題?，F(xiàn)在最為常用壓鑄材料是鋁合金，它的標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)中最常用Al-Si系和Al-Mg系合金，且通常用Al-Si系合金[13]，A380.0(AlSi8.5Cu3.5)具有較高的力學(xué)性能和良好機(jī)加工性能,是使用最廣泛的壓鑄鋁合金,常用于汽車的支架、托架、滑板、泵體、支臂等結(jié)構(gòu)件。鋁合金A383.0(AlSi11Cu3)的優(yōu)點(diǎn)是其抗熱裂性能高。A383.0和A384.0(AlSi11Cu3.8)可以代替A380.0用于壓鑄復(fù)雜的零部件以改善壓鑄成形性能。A360.0(AlSi9.5Mg0.5)具有較好的耐蝕性、較高的高溫強(qiáng)度和塑性,但壓鑄成形性能較差[14]。C443.0(AlSi5)應(yīng)用不廣泛且壓鑄成形性能差,但壓鑄鋁合金中它塑性最高,其抗蝕性一般。A413.0(AlSi12)因?yàn)樗臍饷苄暂^好,適用于壓鑄缸體和壓力容器,這種合金有一個(gè)特點(diǎn)它壓鑄成形性能非常優(yōu)異,所以適合于制造薄壁復(fù)雜及承載力要求不嚴(yán)格的零件,比如儀表盤、蓋板、護(hù)板、殼體等。鋁合金B(yǎng)390.0(AlSi17Cu4.5)，它的優(yōu)點(diǎn)是熱膨脹系數(shù)小而且耐磨,但是塑性不大，不適合機(jī)械加工,該合金一般用于壓鑄汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、變速箱殼體、離合器架和閥體等。AlMg8的優(yōu)點(diǎn)之擁有較好的強(qiáng)度還有較好的塑性,它非常耐蝕而且較好的表面處理性能好,可以機(jī)械加工,但是它凝固溫度范圍較寬(535～621℃),一般會(huì)出現(xiàn)熱裂,壓鑄成形性能差。AlMg5Si合金韌性的較高，它的性能與壁厚有很大關(guān)系,通過熱處理可提高壓鑄件的剛性和韌性[15]。它還擁有較高的疲勞強(qiáng)度和良好的焊接性。近年來,汽車上車門組合的鉸鏈和支架、底盤上的發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛架、十字結(jié)構(gòu)、前端架、減震機(jī)構(gòu)等重要結(jié)構(gòu)件都已采用鋁合金壓鑄成形對(duì)于車體零部件要求具有很高吸收沖擊功的抗沖擊性能和減震性能,還要具有可焊性和耐應(yīng)力腐蝕能力。SILAFONT-36高韌性壓鑄鋁合金廣泛應(yīng)用于高負(fù)荷、高應(yīng)力的結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)中。SILAFONT-36合金屬于低Fe高M(jìn)n含Sr的AlSi9Mg合金。SILAFONT-36合金可獲得不同的力學(xué)性能通過控制合金含Mg量[16]。例如含鎂量在0.32%～0.40%之間時(shí),可以用于要求伸長(zhǎng)率的同時(shí)還要求壓縮強(qiáng)度的零部件;含鎂量在0.24%～0.30%之間的合金，適合生產(chǎn)承受沖擊的重負(fù)荷應(yīng)力的零部件;含鎂量在0.18%～0.24%之間的合金，可以生產(chǎn)高韌性和抗沖擊性高的零部件;含含鎂量在0.13%～0.19%之間時(shí),用于生產(chǎn)伸長(zhǎng)率高的零部件。通常為了獲得穩(wěn)定的力學(xué)性能,一般將含鎂量的變化控制在0.07%范圍內(nèi)。Al-Si-Cu-RE壓鑄合金是在AlSi8.5Cu3.5(YL112)基礎(chǔ)上用稀土元素合金化。這類合金擁有良好的流動(dòng)性和氣密性，而且耐磨可以機(jī)械加工,可以用于制造汽車相關(guān)結(jié)構(gòu)零件及電子產(chǎn)品和航空器件。鋁合金壓鑄件是向結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁和高性能、高精度以及集成化等方向發(fā)展。制造大型客機(jī)上的化學(xué)供氧裝置支座是結(jié)構(gòu)復(fù)雜和薄壁的例子,采用AlSi8Cu3(Fe)合金,其最小鑄孔直徑0.8mm,最小壁厚是1mm;采用AlSi13合金制造電氣控制裝置的散熱器,以最小壁厚保證最大的散熱面積。作為高性能和高精度的例子,如采用AlSi10MgMn合金制造轎車前軸的整體托架,該托架是連接和固定轎車前軸的所有重要部件,在力學(xué)性能和尺寸精度上都有很嚴(yán)格的要求。一般采用AlSi10Mg(Fe)合金壓鑄醫(yī)療器械中保育箱加熱元件的定子,其特點(diǎn)是可以整體壓鑄成型不需要沿圓周增設(shè)任何附加支架甚至連加熱元件接線部位也可以清楚看見。采用低Fe的鋁合金材料可以獲得高斷裂韌性的壓鑄件,用于汽車油槽、支架、后橋等。作為集成化的例子,如采用AlMg5Si2Mn合金制造的轎車門組合結(jié)構(gòu)件,由10個(gè)壓鑄件組焊而成;集機(jī)座、吹風(fēng)機(jī)和熱交換器于一體的轎車立式加熱和熱交換器用吹風(fēng)機(jī)零件,機(jī)座和吹風(fēng)機(jī)采用AlSi10Mg(Fe)合金,熱交換器采用AlSi12(Cu)合金。該鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,發(fā)揮了壓鑄鋁合金的導(dǎo)熱性、耐熱性和成形性好的特點(diǎn)[17]。1.2課題研究背景及意義衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的高低，模具的設(shè)計(jì)與制造水平不可小覷。根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》的文件精神，模具設(shè)計(jì)與制造新技術(shù)已經(jīng)被列為了我國(guó)工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性計(jì)劃，模具相關(guān)專業(yè)的人才也被列為國(guó)家緊缺人才培養(yǎng)計(jì)劃。這是因?yàn)槟＞吖I(yè)，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著不可忽視的重要作用，我國(guó)作為世界規(guī)模最大、門類最齊全的工業(yè)制造中心，要想從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)升級(jí)轉(zhuǎn)型，就必需全面推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化，而模具生產(chǎn)作為自動(dòng)化生產(chǎn)中，一種最為重要的生產(chǎn)方式，這種生產(chǎn)方式不僅能對(duì)各種產(chǎn)品進(jìn)行大批量生產(chǎn)，還能有效的降低生產(chǎn)成本，并能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，所以模具的設(shè)計(jì)與制造，對(duì)我們國(guó)家從制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó)，有著舉足輕重的戰(zhàn)略地位[18]。因此本課題正是本著國(guó)家對(duì)模具設(shè)計(jì)與制造的迫切的生產(chǎn)需求與人才需求，針對(duì)壓鑄件寶馬輪轂的這一實(shí)際生產(chǎn)過程，進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)分析與壓鑄模具零件相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，旨在解決工業(yè)生產(chǎn)中壓鑄方案迫切所需，和鍛煉壓鑄模模具設(shè)計(jì)人才的目的。1.3課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的寶馬輪轂是汽車的重要組成部分，對(duì)整個(gè)汽車起到的支撐作用。想要滿足對(duì)這組零件實(shí)現(xiàn)大批量，高質(zhì)量、少浪費(fèi)的生產(chǎn)實(shí)際需求，需要研究以下內(nèi)容。（1）對(duì)所生產(chǎn)的壓鑄件（寶馬輪轂）進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析，對(duì)不滿足壓鑄要求（如壁厚、尖角）的部位作出優(yōu)化與改進(jìn)；（2）對(duì)合理的壓鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析，設(shè)計(jì)出符合實(shí)際生產(chǎn)工藝的澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)；（3）對(duì)合理的壓鑄件、壓鑄方案，進(jìn)一步設(shè)計(jì)出合理的壓鑄模具結(jié)構(gòu)，如成型零件、推出零件等；（4）對(duì)設(shè)計(jì)合理的壓鑄模具，選擇合理的壓鑄機(jī)，并對(duì)壓鑄模的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行校核[19]。本課題根據(jù)寶馬輪轂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖1-1所示設(shè)計(jì)流程。分析寶馬輪轂結(jié)構(gòu)分析寶馬輪轂結(jié)構(gòu)確定工藝參數(shù)繪制零件三維圖確定工藝參數(shù)繪制零件三維圖設(shè)計(jì)壓鑄工藝及澆注系統(tǒng)排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓鑄工藝及澆注系統(tǒng)排溢系統(tǒng)選擇壓鑄機(jī)設(shè)計(jì)壓鑄模具選擇壓鑄機(jī)設(shè)計(jì)壓鑄模具進(jìn)行壓鑄機(jī)壓鑄模具校核進(jìn)行壓鑄機(jī)壓鑄模具校核圖1-1設(shè)計(jì)流程圖第2章鑄件的結(jié)構(gòu)與工藝性分析2.1零件結(jié)構(gòu)分析本課題是以一個(gè)寶馬輪轂為研究目標(biāo)，寶馬輪轂一般是指輪胎內(nèi)廓輪鋼通過立柱連接的輪芯旋轉(zhuǎn)部分，即支撐輪胎的中心裝在軸上的金屬部件。又叫輪圈、鋼圈、轱轆、胎鈴，零件裝配圖如圖2-1所示。圖2-1寶馬輪轂零件圖寶馬輪轂主要尺寸如圖2-2所示。圖2-2寶馬輪轂的主要輪廓尺寸壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足如表2-1所示的要求。表2-1壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求[13]要求說明應(yīng)盡量便與壓鑄件從模具型腔取出應(yīng)盡量想辦法在設(shè)計(jì)壓鑄件時(shí)就預(yù)先消除不利于壓鑄件出模的任何障礙應(yīng)盡量消除不必要尖角，銳角壓鑄件結(jié)構(gòu)中存在尖角時(shí)，會(huì)使型腔中金屬液流動(dòng)不流暢，氣體不易排出，從而導(dǎo)致鑄件表面產(chǎn)生裂紋壁厚一般要均勻壁厚不均勻時(shí)，壓鑄件因?yàn)槟趟俾什煌M(jìn)而產(chǎn)生收縮變形，并且會(huì)在厚大部位產(chǎn)生內(nèi)部縮孔和氣孔應(yīng)有一定的拔模斜度便于壓鑄件推下為了使壓鑄件順利脫離模具，并防止表面劃傷，做到延長(zhǎng)模具壽命壓鑄件應(yīng)有拔模斜度2.1.1壁厚經(jīng)分析，組成電動(dòng)機(jī)殼體的兩零件平均壁厚均為5mm，壁厚均勻。不會(huì)出現(xiàn)壓鑄件在凝固過程中，因壁厚不均出現(xiàn)凝固速率不同，而產(chǎn)生收縮變形。同時(shí)該壓鑄件屬于薄壁件，不會(huì)因零件局部厚大，在內(nèi)部產(chǎn)生縮孔和氣孔。2.1.2鑄造圓角經(jīng)分析，寶馬輪轂零件有鑄造尖角，皆用平滑的鑄造圓角過渡，可以避免因尖角銳角產(chǎn)生的鑄件裂紋。2.1.3拔模斜度經(jīng)分析，該壓鑄件結(jié)須設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)，但為了方便鑄件從型腔中取出，壓鑄件應(yīng)該具備一定的拔模斜度，它的大小與壓鑄件的幾何形狀、壁厚以及型腔或型芯表面狀態(tài)等因素有關(guān)，最后確定零件的拔模斜度為1°。2.2寶馬輪轂材料成分和物理參數(shù)壓鑄件材料成分的選取，決定著該壓鑄件零件是否可以充型完好以及后期能否有利于機(jī)械加工、使用時(shí)力學(xué)性能是否能滿足工作環(huán)境要求等。因此我們?cè)谶x取寶馬輪轂材料成分的時(shí)候，應(yīng)該充分考慮寶馬輪轂的體積大小、形狀復(fù)雜程度、機(jī)加性能、力學(xué)性能等因素，以得到滿意的寶馬輪轂壓鑄件。通過前期對(duì)寶馬輪轂零件的結(jié)構(gòu)分析，總結(jié)出該零件有以下幾個(gè)特點(diǎn)。（1）該寶馬輪轂體積較小，在前期進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們把它的整體輪廓尺寸定在了直徑410mm，厚度250mm左右，在壓鑄件里屬于體積中小的類型；（2）該寶馬輪轂絕大多平均壁厚約為5mm左右，屬于薄壁件；（3）該寶馬輪轂內(nèi)部型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于復(fù)雜件；（4）該寶馬輪轂腔體較深，屬于深腔件；（5）該寶馬輪轂是支撐輪胎的中心裝在軸上的金屬部件，在工作環(huán)境的負(fù)荷強(qiáng)度較高，因此屬于高負(fù)荷鑄件。經(jīng)查閱資料，最后將Al-Si合金作為壓鑄合金，該壓鑄鋁合金的牌號(hào)是ZAlSi12,合金代號(hào)為ZL102,寶馬輪轂零件鋁合金的化學(xué)成分、物理性能參數(shù)具體如表2-2，2-3所示。表2-2壓鑄鋁合金ZL102的化學(xué)成分[13]合金成分SiFeCuMnMgWt./%10～13≤1.0≤0.3≤0.5≤0.1表2-3壓鑄鋁合金ZL102的物理性能[13]液相溫度/℃固相溫度/℃伸長(zhǎng)率(б/%)抗拉強(qiáng)度（MP）液態(tài)密度(g/cm3)熱導(dǎo)率(W/m*℃)T=300℃585574≥4≥1452.7167第3章寶馬輪轂體壓鑄件工藝分析3.1壓鑄件與壓鑄模工藝分析壓鑄工藝誕生之初，旨在解決大批量、高質(zhì)量的生產(chǎn)工藝產(chǎn)品的實(shí)際問題，本著便于開模的角度出發(fā)將該寶馬輪轂零件，采用帶有側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)壓鑄機(jī)生產(chǎn)，來解決模具的技術(shù)問題。有關(guān)經(jīng)驗(yàn)證明，在寶馬輪轂?zāi)軌蝽樌_模的前提下，只要合理的設(shè)置澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)，就能得到尺寸精度高、鑄件質(zhì)量好的壓鑄件。本課題將所研究的寶馬輪轂的零件，選擇為一模一腔采用側(cè)抽機(jī)構(gòu)的壓鑄模工藝方案，這既解決里工藝上的問題，又得到了合格的鑄件。3.2分型面的選擇模具設(shè)計(jì)和制造的基準(zhǔn)面是模具壓鑄的分型面，它直接影響著模具加工的工藝以及壓鑄的效果與效率，所以在選擇分型面的時(shí)候，應(yīng)該遵從以下幾條原則[15]。（1）分型面應(yīng)盡量簡(jiǎn)單易于加工[14]；（2）分型面應(yīng)盡量簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)[14]；（3）分型面應(yīng)有利于澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的布置[14]；（4）分型面設(shè)置時(shí)應(yīng)保證壓鑄件留在動(dòng)模一側(cè)[14]。根據(jù)寶馬輪轂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這個(gè)零件在分型面選擇時(shí)，需要設(shè)置滑塊、斜銷等側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，所以經(jīng)綜合考慮將寶馬輪轂零件的分型面確定在零件的最大截面處，具體如下圖3-1所示。圖3-1寶馬輪轂分型面3.3寶馬輪轂壓鑄工藝參數(shù)壓鑄工藝參數(shù)包含壓力參數(shù)、溫度參數(shù)、時(shí)間參數(shù)和速度參數(shù)等。這些參數(shù)的選擇與壓鑄件的質(zhì)量有著密切關(guān)系，因此為了提高壓鑄件的質(zhì)量，必須通過查閱鑄造手冊(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，合理選擇工藝參數(shù)是保障鑄件質(zhì)量前提[15]。3.3.1壓力參數(shù)壓鑄工藝參數(shù)中的壓力參數(shù)，是指壓鑄過程中所使用壓鑄機(jī)的壓射比壓，壓射比壓會(huì)影響壓鑄件的表面質(zhì)量、力學(xué)性能，還會(huì)影響壓鑄模的使用壽命[16]。在一定壓射比壓范圍內(nèi)，壓射比壓與鑄件強(qiáng)度呈正比例關(guān)系，與鑄件塑韌性成反比例關(guān)系。一般來說，壓射比壓的增大，可以提高金屬液的充型能力，以獲得更清晰的鑄件輪廓。推薦值壓射比壓如表3-1所示。表3-1壓射比壓推薦值（MPa）[13]壓鑄件種類鋅合金鋁合金鎂合金銅合金一般件13～2030～5030～5040～50承載件20～3050～8050～8050～80耐氣密性或大平面薄壁件25～4080～12080～10060～100通過分析壓鑄件結(jié)構(gòu)材料為鋁合金，根據(jù)其使用環(huán)境將壓鑄機(jī)的壓射比壓定為40MPa。3.3.2溫度參數(shù)（1）澆注溫度澆注溫度是指壓鑄機(jī)壓室內(nèi)的金屬液，在壓射沖頭作用下進(jìn)入金屬型腔時(shí)的初始溫度[17]。理選擇澆注溫度也是壓鑄模設(shè)計(jì)中必不可少的環(huán)節(jié)，常用的鋁合金澆注溫度具體參考表3-2。表3-2鋁合金澆注溫度（℃）[13]鑄件壁厚≤3mm鑄件壁厚>3mm結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)復(fù)雜鋁合金含硅610～650640～700590～630610～650含銅620～650640～720600～640620～650含鎂640～680660～700620～660640～680澆注溫度范圍在610～650℃，綜合考慮取650℃，這是考慮到寶馬輪轂材料的牌號(hào)是ZALSi12，為鋁硅合金，且平均壁厚為5mm。（2）模具溫度模具溫度是壓鑄過程中壓鑄模工作時(shí)的溫度[17],，合理的模具溫度既是壓鑄出優(yōu)質(zhì)鑄件的前提，也是實(shí)現(xiàn)壓鑄件高效生產(chǎn)、壓鑄模長(zhǎng)時(shí)間使用的保證?？筛鶕?jù)公式3-1與表3-3來確定模具溫度。(3-1)表3-3模具預(yù)熱溫度（℃）[13]合金合鉛合金錫合金鋅合金鋁合金鎂合金銅合金預(yù)熱溫度60～12060～120150～200180～300200～250300～350綜合考慮，本次設(shè)計(jì)模具溫度選用250℃。3.3.3時(shí)間參數(shù)（1）充型時(shí)間充型時(shí)間是指金屬液充滿整個(gè)金屬型腔的時(shí)間[13]。充型時(shí)間越短，說明金屬液進(jìn)入型腔的速度越快，這有利于薄壁件避免冷隔等缺陷。一般來說，針對(duì)不同的壓鑄件都有一個(gè)不同的最佳充型時(shí)間。而這個(gè)最佳充型時(shí)間與金屬液澆注溫度、鑄件壁厚和模具溫度等因數(shù)有關(guān)。針對(duì)最佳充型時(shí)間范圍，一般應(yīng)滿足鑄件質(zhì)量的前提下，盡量選擇較長(zhǎng)的充型時(shí)間。表3-4充型時(shí)間選擇范圍[13]鑄件平均壁厚mm充填時(shí)間/s鑄件平均壁厚mm充填時(shí)間/s1.50.01～0.033.00.05～2～0.043.80.05～3～0.076.40.08～0.302.50.04～0.09已知壓鑄件平均壁厚在5mm左右，由表3-4可知，充型時(shí)間的范圍大約在0.06～0.20s之間，在保證鑄件質(zhì)量的前提下選擇大的充型時(shí)間，取0.20s。（2）留模時(shí)間留模時(shí)間是指從壓鑄機(jī)持壓結(jié)束，到壓鑄機(jī)開模取件的這段時(shí)間，留模時(shí)間取決于鑄件壁厚、鑄件材料等壓鑄工藝參數(shù)[13]。留模時(shí)間的長(zhǎng)短影響著鑄件的強(qiáng)度和剛度，留模時(shí)間過長(zhǎng)則鑄件的剛度大，推桿不容易頂出；而留模時(shí)間過短則鑄件剛度過低，鑄件在被推桿頂出過程中，很可能產(chǎn)生拉裂變形。留模時(shí)間選擇可由表3-5確定。表3-5常用留模時(shí)間(s)[13]合金鑄件壁厚<3mm鑄件壁厚3～4mm鑄件壁厚>5mm鋁合金7～1210～1525～30電動(dòng)機(jī)殼體平均壁厚在5mm左右，所以它的留模時(shí)間在25～30s，綜合其它壓鑄工藝參數(shù)，留模時(shí)間取30s。3.3.4速度參數(shù)壓鑄工藝中的壓射速度和充型速度，都屬于壓鑄工藝中的速度參數(shù)。壓射速度定義是壓鑄機(jī)壓射缸內(nèi)的液壓推動(dòng)壓射沖頭前進(jìn)的速度。（1）充型速度充型速度是指金屬液在內(nèi)澆口處的流動(dòng)速度[13],，充型速度選擇如表3-6所示。表3-6充型速度選擇范圍[13]平均壁/mm11.522.533.545678充型速/(m/s)46～5544～5342～5040～4838～4636～4434～4232～4030～3728～3426～32根據(jù)壓鑄件壁厚為5mm，可知鋁合金內(nèi)澆口速度范圍在32～40m/s，選充型速度40m/s。（2）壓射速度在選取慢壓速度時(shí)應(yīng)該注意兩點(diǎn)，一是避免慢壓長(zhǎng)度過長(zhǎng)，導(dǎo)致金屬液溫度降低太多，二是用慢壓速度壓射金屬液，可以排出壓室內(nèi)的氣體，同時(shí)在滿足這兩個(gè)要求的前提下，選用較低的慢壓速度。慢壓速度選擇與壓室充滿度有關(guān)[13]，參考表3-7。表3-7慢壓速度的選擇[13]壓室充滿度/%壓室速度/(cm/s)≤3030～4030～6020～30>6010～20鑒于本課題中壓室的充滿度為2/3，并綜合選取慢壓速度時(shí)應(yīng)該考慮到的事項(xiàng)，選取慢壓速度選15cm/s。快壓速度是指金屬液進(jìn)入內(nèi)澆口到的金屬液填充滿整個(gè)金屬型腔這個(gè)階段金屬液的充填速度[13]。與慢壓速度一樣，快壓速度的選擇也應(yīng)在不降低壓鑄件質(zhì)量的前提下，盡量在快壓速度范圍內(nèi)選擇較低的快壓速度，這樣可以減小金屬液在內(nèi)澆口處的速度，避免金屬液對(duì)型腔的沖刷，以延長(zhǎng)模具壽命?？靿核俣确秶x取參考表3-8。表3-8快壓速度的選擇[13]基本壁厚/mm壓射速度/(m/s)≤2.53～2.5>2.5～42.5～2>4～62～1.5注：當(dāng)鑄件壁厚大于6mm時(shí)，按6mm計(jì)算綜合壓鑄件條件，選取快壓速度為2m/s。綜合本節(jié)內(nèi)容，通過分析鋁合金支架壓的尺寸、結(jié)構(gòu)，最終確定的工藝參數(shù)如下表3-9。表3-9壓鑄工藝參數(shù)合金種類Y102充型時(shí)間/s0.20壓射比壓/MPa40留模時(shí)間/s30澆注溫度/℃650充型速度/(m/s)40模具溫度/℃250快壓速度/(m/s)2壓鑄機(jī)種類J1116F臥式冷室壓鑄機(jī)慢壓速度/(m/s)153.3.5壓鑄用涂料壓鑄涂料定義是壓鑄過程中對(duì)模具型腔、型芯表面、滑塊、推出元件、沖頭、和壓室等所噴涂的材料和稀釋劑的混合物。合理的選用壓鑄涂料和噴涂方式，不僅能夠提高鑄件質(zhì)量，還能夠延長(zhǎng)模具使用壽命[19]。對(duì)壓鑄模使用壓鑄涂料，主要有以下作用。（1）使壓鑄模在高溫狀態(tài)下也能保持良好的潤(rùn)滑性能，減少壓鑄件在金屬型腔內(nèi)的摩擦，方便鑄件的推出；防止壓鑄機(jī)推出機(jī)構(gòu)在推出壓鑄模時(shí)，發(fā)生粘膜現(xiàn)象；（3）在鑄件和模具之間形成隔離保護(hù)層（其厚度可忽略不計(jì)），避免金屬液對(duì)金屬型腔、型芯造成沖刷，提高模具壽命[19]。綜合考慮壓鑄用涂料作用、壓鑄件與壓鑄模特點(diǎn)，本課題考慮選用的壓鑄涂料是Lub-2水基涂料，其最大優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)改變壓鑄件的合金成分。第4章澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是決定壓鑄件表面質(zhì)量以及內(nèi)部顯微組織狀態(tài)的重要因素，所以說澆注系統(tǒng)對(duì)壓鑄模設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)[13]。4.1.1內(nèi)澆口設(shè)計(jì)一般通過理論估算與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)兩種方法來估算內(nèi)澆口截面積，對(duì)于我們初學(xué)者而言，往往先通過理論估算進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再試模過程中加以修正。理論估算的內(nèi)澆口截面積計(jì)算公式如4-1[13]所示。（4-1）（1）底部零件內(nèi)澆口尺寸已知ρ=2.7g/cm3，Vg=40m/s，t=0.2s，并由CREO2.0測(cè)得寶馬輪轂零件V=2.89*10^6mm3，得到寶馬輪轂零件重量為7750g，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，寶馬輪轂零件屬于較薄壁復(fù)雜件，需要采取較高的填充速度，因此為了避免提高填充速度導(dǎo)致的卷氣，應(yīng)該在零件周圍一圈都設(shè)置溢流槽，因此溢流系統(tǒng)體積在設(shè)計(jì)上約為零件的80%。G=13950g，代入所有數(shù)據(jù)算得Ag1=646mm2。由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，鋁合金復(fù)雜件的厚度在1.5～2.5mm之間。已知內(nèi)澆口的截面積，確定出內(nèi)澆口的長(zhǎng)度，就可以得出內(nèi)澆口的寬度尺寸。在整個(gè)澆注系統(tǒng)中，內(nèi)澆口的截面積最小，因此金屬液填充型腔時(shí)，內(nèi)澆口出的阻力最大，了減少壓力損失，應(yīng)盡量減少內(nèi)澆口的長(zhǎng)度，內(nèi)澆口長(zhǎng)度一般取2～3mm，通常不超過3mm[13]。所以最后初步確定內(nèi)澆口尺寸。厚度×長(zhǎng)度×寬度=2mm×2mm×161mm主要尺寸如圖4-1所示：圖4-1寶馬輪轂零件內(nèi)澆口主要尺寸寶馬輪轂零件屬于小型件，且壁厚較薄，在采用較高的填充速度來填充金屬型腔時(shí)，殼體型腔免不了受到金屬液的較大沖擊，這不利于延長(zhǎng)壓鑄模的使用壽命。所以內(nèi)澆道與橫澆道的連接方式采用側(cè)面連接，如圖4-2所示：圖4-2寶馬輪轂零件內(nèi)澆口搭接形式根據(jù)文獻(xiàn)提供的各數(shù)據(jù)間的關(guān)系，最終確定橫澆道與內(nèi)澆口搭接形式的尺寸分別為L(zhǎng)=2mm，t=1mm，h=10mm，H=14mm。（2）內(nèi)澆口位置、數(shù)量分布考慮到壓鑄方案中，鑄件的實(shí)際形狀及充型情況，現(xiàn)將內(nèi)澆口的數(shù)量和位置設(shè)置如圖4-3所示。圖4-3內(nèi)澆口分布位置（3）內(nèi)澆口截面積校核經(jīng)Creo2.0測(cè)算，最終設(shè)計(jì)的內(nèi)澆口截面積總面積為190mm2，判斷內(nèi)澆口總的截面積大小是否滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，須滿足在填充時(shí)間內(nèi)經(jīng)過內(nèi)澆口截面積的金屬液體總量要大于等于所設(shè)計(jì)的壓鑄件及澆注系統(tǒng)的總體積，具體如公式（4-2）所示進(jìn)行校核?！痢?4-2)帶入數(shù)據(jù)=40m/s，=162mm2，=0.2s，得到左邊式子=2592000mm3；并由Creo2.0算得=1020000mm3；滿足關(guān)系式（4-1）,證明內(nèi)澆口截面積設(shè)計(jì)合理。4.1.2直澆道設(shè)計(jì)直澆道作為壓室內(nèi)的金屬液進(jìn)入型腔前的必經(jīng)通道，其結(jié)構(gòu)形式與其所選用的壓鑄機(jī)類型有關(guān)，對(duì)于鋁合金壓鑄，一般選用臥式冷室壓鑄機(jī)[13]。這類壓鑄機(jī)的直澆道澆口套，材料選用4Cr5MoSiV1。澆口套的設(shè)計(jì)根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》中表29.3-15，得出澆口套尺寸，D=100mm，D1=130mm，L=70mm。澆口套結(jié)構(gòu)主要尺寸如圖4-4所示。圖4-4澆口套結(jié)構(gòu)及主要尺寸4.1.3橫澆道設(shè)計(jì)直澆道末端到內(nèi)澆道之間的通道為橫澆道。橫澆道對(duì)金屬液起到穩(wěn)流和導(dǎo)向的作用，應(yīng)保持一定長(zhǎng)度[18]。所以橫澆道設(shè)計(jì)是重中之重。為此本鋁合金輪轂壓鑄模設(shè)計(jì)采用扇形橫澆道方案，扇形澆道熱量損失較小，加工便攜，在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。澆口中心部位流量較大，橫澆道截面積需保持不變或收斂變化，這可以保證金屬液在澆道內(nèi)流速不變或勻加速形式。為了避免金屬液在流動(dòng)過程中產(chǎn)生渦流，一般采用收斂的截面形式。具體形式如圖4-5所示。圖4-5橫澆道位置在進(jìn)行橫澆道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意保持橫澆道厚度適中。如果橫澆道過厚，會(huì)使金屬液的冷卻速度變慢；如果過薄，則會(huì)導(dǎo)致型腔內(nèi)金屬熱量損耗過大；與此同時(shí)，橫澆道還應(yīng)該具備一定的長(zhǎng)度，對(duì)尚在金屬型腔內(nèi)的金屬液起到導(dǎo)向和穩(wěn)流的作用。根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》[20]中表29.3-20，將橫澆道的類型選擇為梯形橫澆道。橫澆道尺寸根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》中公式29.3-8，29.3-9。（4-3）（4-4）由《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》中表29.3-21，得出公式：（4-5）根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》中表29.3-22，得出C1、C2分別為0.678、1.595。綜合計(jì)算公式和實(shí)際設(shè)計(jì)情況得出D=17mm，W=59.2，其它主體尺寸視具體情況而定。橫澆道主體尺寸見圖4-6。圖4-6橫澆道截面積與主體尺寸4.2排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)寶馬輪轂型腔均從內(nèi)邊的一段進(jìn)料，但是金屬液在進(jìn)入型腔后，面臨金屬液將轉(zhuǎn)向型腔的另一端的現(xiàn)象，由于金屬液的轉(zhuǎn)向，容易使液體紊亂或出現(xiàn)渦流的現(xiàn)象，所以在金屬液填充的終端區(qū)域，還需設(shè)置較大的溢流槽來收集氣體與夾渣[13]。4.2.1溢流槽設(shè)計(jì)寶馬輪轂零件的溢流槽均分布在金屬型腔周圍每個(gè)型腔各設(shè)若干個(gè)溢流槽，作用如下。（1）排除型腔中的氣體及容納混有氣體和涂料殘?jiān)那傲骼湮劢饘僖?，防止壓鑄件產(chǎn)生冷隔、氣孔和夾渣[13]；（2）防止局部產(chǎn)生渦流，與澆注系統(tǒng)一起控制金屬液的流動(dòng)狀態(tài)，形成有利于避免壓鑄缺陷的充填條件[13]；（3）調(diào)節(jié)模具內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布，改善模具的熱平衡狀態(tài)，以減少壓鑄件表面流痕、冷隔及澆不足現(xiàn)象[13]；（4）可以作為壓鑄件脫模時(shí)推桿推出的位置，可防止壓鑄件偏斜避免在壓鑄件表面留有推桿痕跡[13]；（5）設(shè)置在動(dòng)模上的溢流槽，可增大壓鑄件對(duì)動(dòng)模的包緊力，使壓鑄件在開模時(shí)隨動(dòng)一起帶出[13]。將溢流槽設(shè)置在分型面上有利于鑄件的拔模和排氣，由于寶馬輪轂零件選擇的分型面，在定、動(dòng)模兩側(cè)均有，其包緊力接近，因此特地將溢流槽動(dòng)模一側(cè)為了避免壓鑄件在開模時(shí)留在定模內(nèi)，以增大對(duì)動(dòng)模的包緊力，使壓鑄件在開模時(shí)隨動(dòng)模帶出，溢流槽的截面積形狀一般選用梯形[13]，通過查閱中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典[20]，得出各溢流槽相同尺寸如表4-1所示。表4-1各溢流槽相同部分尺寸[21]高/mm起模斜度/°圓角半徑/mm溢流槽16209溢流口1根據(jù)設(shè)計(jì)壓鑄方案實(shí)際情況，由壓鑄件平均壁厚和表面質(zhì)量要求，查得溢流槽總?cè)莘e為壓鑄件體積的25%。壓鑄件體積為2890cm3，故溢流槽總體積為722cm3。得出溢流槽位置數(shù)量和主要尺寸分布如圖4-7所示。圖4-7溢流槽主要尺寸及分布位置4.2.2排氣槽設(shè)計(jì)型腔或溢流槽與大氣的連接通道是排氣槽。壓鑄生產(chǎn)時(shí)，金屬液的充填速度非?？煨颓坏某涮顣r(shí)間非常短，因此型腔中的空氣及涂料揮發(fā)產(chǎn)生的氣體的排除是一個(gè)極其重要的問題，為了使型腔中多余氣體在壓射時(shí)盡可能的被金屬液排出，應(yīng)將排氣槽設(shè)置在金屬液最后填充的部位，本次壓鑄模將排氣槽采用直式設(shè)計(jì)在分型面處的溢流槽尾部[13]。根據(jù)壓鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，排氣槽分布位置如圖4-8所示，排氣槽的尺寸如表4-2所示。表4-2排氣槽尺寸[21]深度/mm寬度/mm排氣槽0.150備注：排氣槽離開型腔20mm后，深度增加為0.3mm，這樣有助于提高排氣效果。圖4-8排氣槽分布位置

第5章壓鑄模具設(shè)計(jì)壓鑄模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要由成型零件與結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)組成[20]。又因?yàn)閷汃R輪轂結(jié)構(gòu)存在抽芯結(jié)構(gòu)，所以壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還要加上抽芯系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)有：型腔和型芯尺寸、鑲塊、模板、墊塊、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、澆口套、斜滑塊及楔緊塊這些非標(biāo)準(zhǔn)件，壓鑄機(jī)應(yīng)該根據(jù)澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。5.1壓鑄機(jī)型號(hào)選擇選擇壓鑄機(jī)首先需要計(jì)算脹型力，并滿足鎖模力和脹型力關(guān)系式5-1[21]。（5-1）又根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》公式： （5-2）經(jīng)creo2.0的計(jì)算，投影面積之和是923所以脹模力4799.6KN又因?yàn)楹夏Ａ?鎖模力)實(shí)際壓鑄時(shí)要大于脹模力，根據(jù)參考選擇壓鑄機(jī)J117C型臥室冷室壓鑄機(jī)[21]，鎖模力為7000kN，經(jīng)公式5-1校核，符合要求。J117C壓鑄機(jī)的其它參數(shù)如表5-1所示。表5-1J117C型臥式冷室壓鑄機(jī)鎖模力kN7000鑄件總面積cm2414~1996拉桿內(nèi)間距（水平×垂直）mm750ⅹ750壓射比壓（小/大）Mpa35.6/169模具厚度（最小-最大）mm350~850一次金屬澆入量kg10動(dòng)模座板行程mm650空循環(huán)周期次/n≦14頂出行程mm150管路工作壓力MPa14頂出力kN250電動(dòng)機(jī)功率kW37壓射力kN280~650重量kg39000壓室直徑mm（70）8090100外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）mm8870ⅹ2620ⅹ31505.2成形零件的設(shè)計(jì)在壓鑄過程中，成形零件與高溫的金屬液接觸，承受著高速金屬液的沖擊和摩擦，容易發(fā)生磨損、變形和開裂，以致成形零件的破壞。因此在設(shè)計(jì)壓鑄模時(shí)，必需保證壓鑄件的要求，考慮到壓鑄模的使用壽命。由于寶馬輪轂的腔體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，若是使用鑲拼式，則需要使用的鑲塊多且固定難度較大，因此采用整體式，將成形部分直接在模板上加工而成，然后嵌入到模板上。5.2.1成形零件的收縮率成形零件的收縮率和壓鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、收縮方向、壁厚、阻礙收縮的條件、合金成分以及有關(guān)的工藝因素息息相關(guān)[22]。因此精確得出其收縮率是比較困難的，一般需要很全面地考慮對(duì)它造成影響的諸多因素，該壓鑄的成形零件部分的收縮率根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》中表29.4-27中的推薦值進(jìn)行選取，該壓鑄件的合金種類為鋁硅銅合金，所以最終確定其收縮率為0.35%。5.2.2動(dòng)定模的設(shè)計(jì)成形零部件直接接觸金屬液并決定壓鑄件幾何形狀的那部分尺寸，稱為工作尺寸，工作尺寸一般包括前后模芯的徑向尺寸、深度尺寸等[23]。保證壓鑄件尺寸精度的關(guān)鍵是成形零件的工作尺寸，因此要綜合考慮諸多影響因素，并選取合適的公差，其材料選用SKD61。動(dòng)模型腔定模（5-3）[21]模芯工作尺寸如公式（5-4）[21]所示。(5-3)式中：=，這里取。(5-4)式中：代入相關(guān)數(shù)據(jù)得出計(jì)算結(jié)構(gòu)，最后得到定模、動(dòng)模結(jié)構(gòu)及主要尺寸具如圖5-1，圖5-2所示圖5-1定模結(jié)構(gòu)和主要尺寸圖5-2動(dòng)模結(jié)構(gòu)及主要尺寸5.3結(jié)構(gòu)零件的設(shè)計(jì)5.3.1導(dǎo)柱與導(dǎo)套的設(shè)計(jì)（1）導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)要有一定的剛度，并且要保證動(dòng)模和定模在安裝和合模時(shí)位置正確。導(dǎo)柱應(yīng)該具備很好的韌性以及很好抗彎曲強(qiáng)度的性質(zhì)[20]，所以它的材料選擇GCr15，并對(duì)其進(jìn)行熱處理，在熱處理完畢之后其硬度為50-55HRC。導(dǎo)柱的高度要大于型芯高度，導(dǎo)柱的固定部分在進(jìn)行與模板的配合選用H7/m6的過度配合。根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》中公式29.4-10[21]。（5-5）其中已知A=640000，K取0.09，則D=72mm綜合考慮動(dòng)定模板實(shí)際情況，取導(dǎo)柱直徑為100mm，總共設(shè)置4根。（2）導(dǎo)套的設(shè)計(jì)導(dǎo)柱與導(dǎo)套需要相互配合，也設(shè)置為4根，分別放置在動(dòng)定模套板的四角。導(dǎo)套的材料與導(dǎo)柱相同，也選用GCr15。導(dǎo)套與動(dòng)模套板的配合為H7/k6。導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)及主要尺寸見圖5-3，圖5-4。圖5-3導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)及主要尺寸圖5-導(dǎo)套結(jié)構(gòu)及主要尺寸5.3.2動(dòng)定模套板的設(shè)計(jì)動(dòng)定模套板是壓鑄模結(jié)構(gòu)零件構(gòu)成的重要部分[24]，模具的各個(gè)部位按照一定的規(guī)律和位置在模板內(nèi)加以安裝和固定，模板按照其組合的位置及作用分為座板、套板和支撐板等。寶馬輪轂的模板組成主要有鑲嵌定模的定模套板，鑲嵌動(dòng)模的動(dòng)模套板，在其后依次緊跟著推出機(jī)構(gòu)的推板、推板固定板。要求動(dòng)定模套板的厚度H，須根據(jù)壓鑄件高度h來確定，k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常取0.5~0.67。計(jì)算公式為如5-6[21]所示。（5-6）動(dòng)定模套板尺寸應(yīng)與動(dòng)定模尺寸保持一致的同時(shí)，還應(yīng)滿足以下要求。（1）壓鑄工藝方面，澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)所需的位置，尤其是臥室壓鑄機(jī)上所使用的壓鑄模，一般模套的中心位置應(yīng)該偏離模體中心L（2）模具結(jié)構(gòu)方面，要留出安裝導(dǎo)向零件、復(fù)位零件及連接螺釘位置（3）模具強(qiáng)度方面，模板會(huì)因?yàn)槔?、彎曲、壓縮等應(yīng)力狀態(tài)而產(chǎn)生變形，影響壓鑄件的尺寸精度，所以還需要留有足夠的側(cè)壁和底部厚度綜合上述要素，最后得到的動(dòng)定模套板結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖5-5、5-6所示。圖5-5定模套板結(jié)構(gòu)及主要尺寸圖5-6動(dòng)模套板結(jié)構(gòu)及主要尺寸5.3.3動(dòng)定模座板的設(shè)計(jì)根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》[21]中表29.4-46，確定本設(shè)計(jì)中，兩底板的尺寸為，主要尺寸如圖5-7和5-8所示。圖5-7定模座板主要尺寸圖5-8動(dòng)模座板主要尺寸5.3.4支撐板的設(shè)計(jì)其計(jì)算公式[21]：（5-7）式中：因此計(jì)算支撐板厚度：mm圖5-9為支撐板主要尺寸。圖5-9支撐板主要尺寸5.3.5推板與推板固定板的設(shè)計(jì)推板與推板固定板的尺寸根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)來確定[25]。其中推板厚度確定為22mm，推板固定板厚度確定為16mm。其長(zhǎng)度和寬度根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》中表29.4-47，最終確定長(zhǎng)度A為800mm，寬度B為800mm。推板與推板固定板的長(zhǎng)寬一致，其材料選用45號(hào)鋼。推板與推板固定板結(jié)構(gòu)和主要尺寸如圖5-10，5-11所示。圖5-10推板結(jié)構(gòu)及主要尺寸圖5-11推板固定板結(jié)構(gòu)及主要尺寸5.3.6墊塊的設(shè)計(jì)根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》中表29.4-50，墊塊模式采用整體式：最終確定為L(zhǎng)=200mm，B=1440mm，H=80mm，設(shè)置為兩個(gè)墊塊進(jìn)行工作。其材料選用45號(hào)鋼。墊塊結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖5-12所示。圖5-12墊塊結(jié)構(gòu)及主要尺寸第6章抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)的組件的性能必須滿足以下幾點(diǎn)：（1）高耐磨性：滑塊表面硬度必須大于HRC50，以保證其耐磨性能。（2）硬度差：行位與其配合的零件之間必須有HRC5~10的差值，下模鑲件采用預(yù)硬模具鋼8407，其他與行位有接觸的零件均采用TOOLOX44耐磨鋼。他們通過不同的熱處理方式可以達(dá)到此項(xiàng)要求。（3）加工性：除行位以外的零件都是單一簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)零件，熱處理變形小，可加工性優(yōu)異。而行位的成型部分可以通過電火花加工，其余結(jié)構(gòu)對(duì)于傳統(tǒng)加工也容易保證其加工精度。（4）配合要求：行位與壓板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其配合采用H7/f7的間隙配合。與下模鑲件的的配合以保證不溢料盡量保證動(dòng)作穩(wěn)定靈活。詳細(xì)見模具總裝的配合要求。6.1抽芯力與抽芯距離距的確定6.1.1估算抽芯力根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》[21]中公式29.5-1：（6-1）式中： 已知A=101cm，l上=23cm，l下=23cm，p=12MPa，μ=0.25，α=2°。可以得出F上=F下5991kN6.1.2抽芯距的計(jì)算公式如下[21]：（6-2）式中：已知=50，=50mm，所以=50+5=55mm6.2斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)示意圖如圖6-1所示。圖6-1斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)示意圖在抽芯方向與分型面平行的情況下，斜角的選擇與抽芯力的大小、抽芯行程的長(zhǎng)短、斜銷承受的彎曲應(yīng)力以及開模阻力有關(guān)[21]。最終確定斜角α為22°。材料采用優(yōu)質(zhì)鋼材T8A，淬火硬度HRC55～60。6.2.1斜導(dǎo)柱直徑的估算根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》[21]中公式29.5-8： 或 （6-3）式中：根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》[21]中表29.5-10得到F彎=1.062F。已知F上=5991kN，F(xiàn)下=5991kN?？傻肍彎上=F彎下=6362.44kN。最終可以得出d=30mm，固定端直徑D=d+（6~8）mm=40mm。6.2.2斜銷長(zhǎng)度的確定根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》[21]中公式29.5-9： （6-4）式中：已知D=40mm，d=30mm，α=20°，H=100mm，S抽=55mm，最終得出L=289mm。6.3滑塊的設(shè)計(jì)滑塊是連接活動(dòng)型芯來進(jìn)行抽芯運(yùn)動(dòng)的部件[21]。根據(jù)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》中表29.5-36，進(jìn)行滑塊L的確定，L=l1+l2+l3+l4。最終確定L=550mm。其材料選用4Cr5MoSiV1。滑塊主要尺寸如圖6-2所示。圖6-2滑塊主要尺寸6.4楔緊塊的設(shè)計(jì)楔緊塊的定義是用來防止金屬液沖入時(shí)使滑塊后移的部件。其尺寸為長(zhǎng)400mm，寬232mm，高200mm。臺(tái)階部分尺寸為長(zhǎng)400mm，寬100mm，高100mm。楔緊塊材料為T8A鋼，熱處理：淬火45~50HRC。楔緊塊主要尺寸如圖6-3所示。圖6-3楔緊主要尺寸第7章壓鑄模具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壓鑄模具的基本結(jié)構(gòu)通常包括：模具零件結(jié)構(gòu)、推出和復(fù)位機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)和模架。除了以上機(jī)構(gòu)外，模具內(nèi)還有用于定各種零件的內(nèi)六角螺栓及銷釘?shù)?。三維圖如7-1所示，二維圖如圖7-2所示。圖7-1模具總裝圖圖7-2模具總裝圖壓鑄機(jī)校核8.1壓室容量的核算壓射比壓和壓室尺寸應(yīng)該根據(jù)初步選得的壓鑄機(jī)型號(hào)來確定，根據(jù)核算壓室容量來判定其每次澆注能否滿足要求，滿足要求關(guān)系式如公式8-1所示，壓室容量計(jì)算公式如公式8-2所示。（8-1）—壓室容量（kg）；—每次澆注金屬液重量（kg）；（8-2）其中數(shù)據(jù)D室=10cm，L=15cm，ρ=2.7g/cm3經(jīng)creo2.0軟件測(cè)量可知，鑄件質(zhì)量、澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)總體積為4407mm3，金屬液體密度ρ=2.7g/cm3，算得每次澆注的金屬液重量G澆=11.9kg。根據(jù)公式（8-2）計(jì)算得G室=21kg。所以G室＞G澆，所以壓室容量規(guī)格能滿足每次金屬澆注量。8.2模具厚度核算在壓鑄模具設(shè)計(jì)完畢后，還應(yīng)該對(duì)模具厚度進(jìn)行校核，具體公式如（