1、三、熔模鑄造模具設(shè)計(jì)和制造3.1模具分類 模具是用來(lái)制造熔模的重要工藝裝備。模具應(yīng)滿足以下要求；（1） 保證制出的熔模能達(dá)到要求的尺寸精度和表面粗糙度。（2） 裝拆方便，輕巧、耐用，便于起模。（3） 模具的各個(gè)零部件均應(yīng)加工方便、經(jīng)濟(jì)、合理。（4） 小件一型多腔以提高熔模生產(chǎn)率。（5） 不同特征的模具分類見(jiàn)表3-1。表3-1 模具分類特征分類應(yīng)用范圍精度高精度（GB/T6414-1986,CT3-4）渦輪葉片、葉輪及其它高精度鑄件正常精度（GB/T6414-1986,CT5-7）常用機(jī)械零件的鑄件能清晰復(fù)制出所要求的輪廓藝術(shù)鑄件復(fù)雜性簡(jiǎn)單，中等復(fù)雜，復(fù)雜取決于鑄件的復(fù)雜程度，機(jī)械化程度及模具中

2、的孔凹數(shù)量模具材質(zhì)非金屬材料：塑料、石膏、水泥、橡膠、木材等單件小批生產(chǎn)金屬材料：鋼、鋁合金、鋅合金和易熔合金成批、大批大量生產(chǎn)復(fù)合式（含有金屬插件、嵌件）小批、成批生產(chǎn)模具制造方法用母模復(fù)制：澆注，噴涂，電鑄小批生產(chǎn)，藝術(shù)鑄件，特殊情況用鋼、鋁合金等機(jī)械加工成形成批、大批生產(chǎn)精度要求高、表面粗糙度細(xì)的機(jī)械零件母模復(fù)制和機(jī)械加工結(jié)合成批生產(chǎn)機(jī)械零件模料注入方式自由澆注澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)組員，空心熔模液態(tài)模料壓力注入高精度熔模膏壯模料壓力注入一般精度熔模模具冷卻方法冷卻介質(zhì)（空氣、水）靜止冷卻單件、成批生產(chǎn)冷卻水沿模具型壁內(nèi)管道流動(dòng)大批大量生產(chǎn)每型生產(chǎn)件數(shù)一型單件大尺寸和復(fù)雜熔模的單件、小批生產(chǎn)一型多

3、件大批大量生產(chǎn)機(jī)械化程度手工單件小批生產(chǎn)機(jī)械化成批、大批大量生產(chǎn)自動(dòng)化大批大量生產(chǎn)分型面的位置垂直用于自動(dòng)壓蠟水平用于手工和機(jī)械壓蠟3.2機(jī)械加工模具3.2.1模具的結(jié)構(gòu)與類型 圖3-1所示為常見(jiàn)手工壓蠟的模具結(jié)構(gòu)，主要由型體、型芯、定位元件、鎖緊機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)、起模機(jī)構(gòu)等組成。3.2.2模具的設(shè)計(jì)3.2.2.1分型面選擇 選擇不同的分型面會(huì)導(dǎo)致模具結(jié)構(gòu)明顯不同，并直接影響到模具的加工、使用及熔模的生產(chǎn)率。分型面的選擇原則見(jiàn)表3-2。表3-2分型面的選擇原則原 則圖 例說(shuō) 明1.保證能從模具中方便地取出熔模-、-均能保證方便取出熔模，-則由于突緣A過(guò)長(zhǎng)和B處凹陷而難以取出熔模2.方便模具加工和

4、起模操作型腔不要太深-分型面較-分型面型腔淺，加工方便，起模容易分型面盡量平直，但當(dāng)不能滿足起模和型面加工要求時(shí)可采用有規(guī)則的曲面-分型面為曲折分型面，加工困難。-分型面為平直分型面，加工方便原 則圖 例說(shuō) 明2.方便模具加工和起模操作盡量減少抽芯和鑲件-分型面P處需設(shè)置抽芯。-分型面P處不必設(shè)置抽芯有利于設(shè)置頂出機(jī)構(gòu)和抽芯機(jī)構(gòu)-分型面可以保證開(kāi)型后熔模留在預(yù)定的型體內(nèi)，便于設(shè)置頂出機(jī)構(gòu)3.保證熔模的精度要求尺寸精度要求較高非加工部位盡量放在同一型體內(nèi) -為分型面時(shí)熔模上有飛邊，難以保證（20+-0.15）mm的尺寸精度，-則可以保證盡量把加工基準(zhǔn)和加工面放在同一型體內(nèi) 加工螺紋時(shí)一方頭為基準(zhǔn)

5、，-為分型面時(shí)方頭和螺紋處于不同型體內(nèi)，同軸度低，因此螺紋部位加工余量大。-為分型面加工余量小盡量避免分型面截過(guò)重要表面 -分型時(shí)月牙面易產(chǎn)生錯(cuò)移和飛邊，加工修正困難。-分型時(shí)月牙面完整光潔4.有利于內(nèi)澆道的設(shè)置 -分型面不利于帶斜度內(nèi)澆道部位的取出，且型腔較深。-有利于熔模取出原 則圖 例說(shuō) 明4.有利于內(nèi)澆道的設(shè)置 -分型面不能滿足設(shè)置易割內(nèi)澆道，-分型面能設(shè)置易割內(nèi)澆道5. 有利于型腔內(nèi)氣體排除，避免形成氣袋 -分型面的蝶翼部位型腔過(guò)深，形成氣袋。-分型面時(shí)加工起模方便，熔模成形好3.2.2.2 形體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.型體外形與壁厚 型體外形尺寸應(yīng)與壓蠟機(jī)相配。為了減輕重量、便于操作，在保證

6、強(qiáng)度和剛度條件下，模具型體壁厚應(yīng)盡可能薄。表3-3所示為型體壁厚的參考尺寸。表3-3 型 體 壁 厚 （單位：mm）型體材料b鋼10-2015-25鋁合金15-2520-302.型體定位 表3-4所示為型體的常見(jiàn)定位方式。定位銷的相關(guān)尺寸見(jiàn)表3-5。選擇定位銷位置和直徑的參考尺寸見(jiàn)表3-6。每一對(duì)定位面一般需設(shè)置兩個(gè)以上定位銷才能限制其自由度，但過(guò)多的定位銷會(huì)引起過(guò)定位。定位銷之間的間距越大，定位精度越高。表3-4 型體常見(jiàn)定位方式定位方式圖 例定位銷定位定位方式圖 例轉(zhuǎn)動(dòng)定位插銷定位凸臺(tái)定位D-凸臺(tái)定位直徑鍵定位盒體定位復(fù)合定位表3-5 固定式定位銷（GB/T2203-1980） （單位：m

7、m）簡(jiǎn) 圖DHdD1LhBcb基本尺寸偏差r63-686+0.02312163D-0.520.414+0.0152276-8108+0.028+0.01914203D-130.6182878-101210+0.028+0.01916244D-230.62234810-141412+0.034+0.02318264D-2412436914-181615+0.034+0.02322305D-241264010注：D的公差帶按設(shè)計(jì)要求決定。表3-6 定位銷直徑和位置的參考尺寸 （單位：mm）（A+B）/26060-100100-150150-220220d68101216H10121620243.型

8、體鎖緊 型體鎖緊有固定式和活動(dòng)式兩種。常用型體鎖緊的方式見(jiàn)表3-7。表3-7鎖緊機(jī)構(gòu)類型鎖緊方式圖 例固定式活節(jié)螺鎖緊方式圖 例固定式固定夾鉗摩擦夾螺釘夾固定夾鉗棱塊夾偏心手柄鎖緊方式圖 例固定式快速螺旋機(jī)構(gòu)鉤夾活動(dòng)式活動(dòng)套夾螺栓套夾壓夾摩擦套夾鎖緊方式圖 例活動(dòng)式偏心套夾錐套缺口插銷葉片螺栓4.型體附屬結(jié)構(gòu) 型體除含有形成熔模的型腔外，尚需有注蠟、開(kāi)型等一些附屬結(jié)構(gòu)（表3-8）表3-8型體附屬結(jié)構(gòu)名 稱圖 例說(shuō) 明切割線切割線是區(qū)分鑄件與內(nèi)澆道的標(biāo)志線，即內(nèi)澆道與鑄件本體有明顯的分界線（面）開(kāi)型槽開(kāi)型槽是為了便于開(kāi)型設(shè)置的小槽，人工開(kāi)型時(shí)可借助撬杠開(kāi)型，但如上下型之間有明顯的凸耳凸起時(shí)則無(wú)需

9、設(shè)置注蠟口a-d為注蠟口的幾種形式。注蠟口最好設(shè)置在內(nèi)澆道或有加工余量的表面上，尺寸應(yīng)與壓蠟機(jī)的射蠟嘴相配，一般不宜過(guò)大，以免模料充型過(guò)快，不利于模具型腔中空氣排出3.2.2.3 起模機(jī)構(gòu) 常用的起模機(jī)構(gòu)見(jiàn)表3-9。表3-9 常用的起模機(jī)構(gòu)起 模 方 式圖 例頂管起模起模方式圖例頂管起摸頂板（托板）起模頂塊起模復(fù)合起模3.2.2.4 模具排氣 模料注入模具時(shí)，如果型腔內(nèi)的氣體來(lái)不及排除或在型腔深處形成氣袋，往往造成熔模成形不良，因此模具型腔應(yīng)有良好的排氣條件。不通孔型芯的端部，抽芯時(shí)易產(chǎn)生負(fù)壓造成熔模凹陷、破裂，因此也應(yīng)采取防治措施。表3-10所示為模具的排氣方式。表3-10 模具的排氣形勢(shì)排

10、氣方式圖 例排氣部位分型面間隙排氣分型面、活動(dòng)塊、鑲塊的界面處型芯間隙排氣型芯與型體的配合處頂桿間隙排氣頂桿與型體的配合處排氣槽排氣分型面，活動(dòng)塊界面處排氣孔排氣型腔封閉氣袋處3.2.2.5 模具工作圖設(shè)計(jì) 1.型腔工作尺寸計(jì)算 模具型腔的工作尺寸要綜合考慮鑄件的綜合收縮率和鑄件的尺寸精度要求等因素。由于模料對(duì)型腔的磨損非常小，因此一般說(shuō)型腔尺寸的計(jì)算可以不必考慮磨損量。表3-11所示為模具型腔工作尺寸的計(jì)算公式及其圖解。 表3-11 型腔工作尺寸計(jì)算鑄件尺寸型腔尺寸的計(jì)算式圖 解L+a=(l-/2) (1+) -a/2+a L+a=l(1+) - a/2+aL+a=(l-+/2) ( (1+

11、) - a/2+aL-a=(l +/2) (1+) + a/2-a注：L型腔尺寸（mm）; l鑄件基本尺寸（mm）; la鑄件尺寸平均值（mm）; -鑄件公差（mm）；、-鑄件偏差值； 考慮了合金的收縮率、模料的收縮率、型殼的膨脹率后的鑄件綜合收縮率（%）; a-模具制造公差。表3-11中的綜合收縮率值受原材料性質(zhì)、鑄件結(jié)構(gòu)及工藝因素等的影響而很難精確確定，模具設(shè)計(jì)人員習(xí)慣按經(jīng)驗(yàn)選定，重要的零件可經(jīng)試生產(chǎn)實(shí)測(cè)再對(duì)模具進(jìn)行修正。表3-12和3-13所示為值選用的參考數(shù)據(jù)。表3-12 碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼熔模鑄件綜合收縮率參考數(shù)據(jù)鑄件壁厚/mm模料及型殼分類綜合收縮率（%）自由收縮部分受阻收縮受阻收縮

12、1-30.61.21.21.81.62.20.41.01.01.61.42.00.20.80.81.41.11.73-100.81.41.42.01.82.40.61.21.21.81.62.20.41.01.01.61.31.910-201.01.61.62.22.02.60.81.41.42.01.82.40.61.21.21.81.52.120-301.21.81.82.42.22.81.01.61.62.22.02.60.81.41.42.01.72.3301.42.02.02.62.43.01.21.81.82.42.22.81.01.61.62.21.92.5注：1.模料和型殼分類

13、為： -蠟基模料，硅酸乙酯（或硅溶膠）-石英粉涂料型殼。-蠟基模料，水玻璃-石英粉涂料型殼。-樹(shù)脂基模料，硅酸乙酯（或硅溶膠）-剛玉粉涂料型殼。2.高溫合金綜合收縮率可參照表中選用。表3-13 有色合金熔模鑄件綜合收縮率參考數(shù)據(jù)鋁合金1-31.21.40.81.10.50.73-101.31.51.01.30.60.8注：-蠟基模料，硅酸乙酯（或硅溶膠）-石英粉涂料型殼。 -樹(shù)脂基模料，硅酸乙酯（或硅溶膠）-剛玉粉涂料型殼。2.模具的尺寸精度和表面粗糙度 模具型腔的尺寸精度和表面粗糙度應(yīng)視鑄件的技術(shù)要求而定。一般模具型腔尺寸的制造公差為鑄件公差的1/41/8。型腔的表面粗糙度比鑄件細(xì)24級(jí)。模

14、具如需鍍鉻，鍍層厚度一般取0.0050.01mm，非加工面鍍鉻時(shí)表面粗糙度Ra=3.26.3m。表3-14和表3-15所示為模具各部位的加工尺寸精度和表面粗糙度。表3-14 模具各部位的加工精度模具部位型腔和型芯的形成部位活塞、鑲塊、頂桿等的配合部位不影響鑄件尺寸的自由尺寸尺寸精度等級(jí)IT6IT10IT6IT9IT12IT14表3-15模具各部位的表面粗糙度模具部位表面粗糙度Ra模具部位表面粗糙度Ra型腔表面0.20.8澆注系統(tǒng)表面1.66.3芯銷、活塊、鑲塊的配合面、定位面0.81.6非工作部分表面6.312.5分型面0.81.63.組合件的配合 模具有許多部件組合而成。這些組合件相互間的配

15、合關(guān)系應(yīng)根據(jù)制模時(shí)的動(dòng)作要求確定，表3-16所示為模具常用組合件的配合。表3-16 模具常用組合件的配合組合件配合圖例組合件配合圖例頂模塊與型體定位銷與型體型體與型芯活塊復(fù)位桿與型體芯銷與型芯、型體或活塊穩(wěn)定銷與連接桿銷軸與型體型體與鑲塊頂桿與型體銷套與型體4.模具材料 表3-17所示為模具常用材料及熱處理要求。表3-17 模具常用材料零件名稱材料熱處理型體、型芯、鑲塊、活塊鍛鋁2A50、2A80、2A1490HBS鑄鋁ZL102-45鋼調(diào)質(zhì)，28-32HRC定位銷、銷套、插銷、頂桿、復(fù)位桿45鋼淬火，35-40HRC工具鋼T7,T8淬火，40-45HRC墊板、壓板，頂桿固定板，手柄，支腳45

16、鋼，Q235-A鋼正火澆注系統(tǒng)模具鑄鋁ZL102-5.總裝技術(shù)要求（1）分型面及貼合面的不貼合間隙不大于0.05mm。（2）各組合塊及上下型體錯(cuò)位不大于0.05mm。（3）頂桿不得高出型腔表面，可低于型腔表面0.05mm以內(nèi)；復(fù)位桿不得高出分型面，可低于分型面0.05mm以內(nèi)。（4）型腔表面應(yīng)平整、光潔，應(yīng)無(wú)凹凸不平和毛刺、麻坑、傷痕等；型腔邊緣除注明者外應(yīng)保持銳邊，非型腔表面銳邊倒角0.5mm。（5）總裝后應(yīng)經(jīng)壓蠟試模，起模時(shí)應(yīng)無(wú)阻卡現(xiàn)象，熔模飛邊厚度不大于0.05mm。（6） 模具外表面應(yīng)打上產(chǎn)品型號(hào)、零件號(hào)、模具號(hào)、制造日期等標(biāo)記。3.3 澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)模具及熔模校正用模具3.3.1 澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)模具 澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)模具根據(jù)其用途可分為通用和專用兩種澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)用模具，根據(jù)其注蠟方式可分為自由澆注用和壓注用模具。自由澆注用模承受壓力較小，不必設(shè)置夾緊力大的鎖緊機(jī)構(gòu)，也可采用簡(jiǎn)單的C形彈性?shī)A。壓注用模的結(jié)構(gòu)與機(jī)械加工金屬模具基本相同。尺寸較小的單一澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)組元（如直澆道）也可采用沾幫法成形，沾棒一般采用鋁質(zhì)芯棒，其單邊尺寸一般比原組元尺寸小2mm左右的沾蠟量。澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)模具的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單，操 作方便，并方便焊裝。澆注補(bǔ)縮系統(tǒng)模具的型腔尺寸無(wú)需精確計(jì)算收縮量，加工精度和表面粗糙度要求可適當(dāng)放低，但貼合