壓鑄成型工藝及模具設計課程設計指導書.doc

課程設計指導模具教研室 甘肅畜牧工程職業(yè)技術學院 《壓鑄成型工藝與模具設計》課程設計指導書 2010/12/10 1 設計模具應注意的問題 設計模具時，值得討論和注意的問題很多，現(xiàn)在就其應特別注意的問題簡述如下： 一、合理選擇模具結構 根據(jù)零件圖樣及技術要求，研究和選擇適當?shù)某尚头椒俺尚驮O備，結合 工廠的機械加工能力，提出模具的結構設計方案，并經(jīng)充分討論，以便設計出結構簡單合理的模具，能夠成型出符合質(zhì)量要求的壓鑄件，且模具操作方便、安全，取件順利可靠。對工藝性較差的零件，可以根據(jù)模具設計和加工的需要，向有關人員提出修改零件圖的建議，但不能擅自改動零件圖。 ’ 二、正確確定模具成型零件的尺寸 模具成型零件的尺寸和表面粗糙度，對零件的成型質(zhì)量影響極大，必須特別注意。計算成型零件尺寸時，一般采用平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量。極限收縮率、極限制造公差和極限磨損量的計算方法主要用于高精度的塑件。 三、設計的模具應便于制造 設計模具時，應盡量使所設計的模具制造容易，成本低。特別對那些比較復雜的成型模具。零件應考慮采用一般機械加工方法還是采用特種加工方法，加工后如何進行裝配，這些問題在設計模具時一定要認真研究和解決，同時還需考慮試模后具有足夠的修模余量 。 四、模具設計時， 應充分考慮鑄件的結構特點，盡量減少后加工 在允許的范圍內(nèi)，盡可能地由模具成型出鑄件上的孔、槽、凸、凹等部位，避免鑄件在成型后再用其它加工方法加工這些部位。 五、設計的模具應滿足生產(chǎn)率的要求且使用安全 設計的模具應適合合金的工藝特性，脫模裝置、側向抽芯裝置等要安全可靠，不引起鑄件的變形、破裂；切除澆口、澆道容易。 六、模具成型零件工作表面應有一定的耐磨性；結構零件盡量選用標準件。 頂桿等銷軸類零件，在工作條件下易卡住、彎曲、折斷，占模具故障的絕大部分。因此，在設計模具時應寫明這些零件的材料、加工方法及熱處理要求等。 七、根據(jù)壓鑄合金的成型特性設計模具 模具設計時，除了考慮壓鑄合金能滿足使用要求(力學性能、電氣性能、耐熱性、耐化學性、耐候性)外，還應充分掌握壓鑄合金的成型工藝性，以便使所設計的模具能成型出優(yōu)質(zhì)鑄件。壓鑄合金的鑄造性能及特點應按教材的相關內(nèi)容進行相關設計。 八、時間安排 序號 完 成 內(nèi) 容 備 注 天數(shù) 1 熟悉任務，講解相關內(nèi)容 教師指導 0.5 2 查閱相關資料，進行設計 教師指導 1 3 校正、填寫說明書 教師指導 1 4 繪制壓鑄模具裝配圖（每人一張圖）；零件圖（動、定模；側抽芯機構；澆口套。每人四張圖）(繪圖比例1：1) 教師指導 2 5 檢查、完成 教師指導 0.5 2壓鑄模設計程序 理解、明確設計任務書 收集、分析原始資料 收集、分析原始資料 收集、分析原始資料 收集、分析原始資料 收集、分析原始資料 根據(jù)任務書，工藝確定成型方式，并進行必要的工藝計算 決定分型面澆道，澆口形式，模具基本結構 分析具體結構的工藝性，防止鑄件廢品采取的措施盡量選用標準件 選用成型設備，并考慮其他輔助工具的選用與設計 校核模具與相應設備的有關參數(shù)，最后確定所選的方案 繪制草圖，確定最佳方案 交指導老師或有關人員審批 繪制模具總圖，制定總技術要求，填寫標題欄 繪制模具零件工作圖，確定其材料，熱處理等技術要求 最終校對，審圖簽名 編寫說明書裝訂成冊 然后作進一步修改 一 明確設計任務 模具設計任務書是 (教師)根據(jù)成型鑄件的要求提出，該任務書的內(nèi)容包括鑄件圖樣(應注明壓鑄合金代號)、技術要求和生產(chǎn)數(shù)量，還有可能提供鑄件的樣品。模具設計人員要以成型鑄件圖和模具設計任務書為依據(jù)設計模具。 二、收集分析原始資料 收集整理有關鑄件使用、結構設計的要求，成型工藝、成型設備以及本單位的機械加工和特種加工的設備，以便設計模具時使用。 1．分析研究鑄件圖 分析研究鑄件圖，了解用途及結構工藝性、尺寸精度、技術要求等，如使用性能、表面要求、；幾何結構、斜度、嵌件等是否合理，各種缺陷的允許程度，有否有涂裝、電鍍、鉆孔等后加工；估計成型公差是否低于鑄件要求；根據(jù)壓鑄合金品種分析其物理——化學性能和成型工藝性、成型工藝參數(shù)等。 2．了解和分析工藝資料 分析任務所提出的成型方法、設備型號、材料規(guī)格、模具結構類型等要求是否恰當。 3．熟悉工廠實際情況（在工廠進行課程設計時） 主要了解成型設備的技術參數(shù)，便于進行有關的參數(shù)校核。要熟悉模具制造車間的制模能力、標準及設計參考資料等，不使所設計的模具脫離生產(chǎn)實際。 三、擬定模具總體方案并繪制模具草圖 擬定模具總體方案時，根據(jù)設計任務書要求首先確定模具類型，然后考慮型腔布置、分型面的設置、澆注系統(tǒng)、脫模和設備的選取。 1．確定模具的基本結構 (1)確定模具類型；壓鑄成型模采用單分型面還是多分型面，是否需要側向分型抽芯，考慮在熱（冷）壓室；臥（立）式機安裝等。 (2)確定模具類型的主要結構：在絕對可靠的條件下使模具本身的工作滿足鑄件的幾何形狀、表面粗糙度和尺寸精度的要求。結構盡量選用標準模架。結構力求簡單、生產(chǎn)率高、模具壽命合適，成本低。 2．保證鑄件質(zhì)量 (1)合理布置型腔位置及數(shù)量。根據(jù)鑄件結構特點、尺寸精度，批量大小、制模難易程度以及壓鑄機的能力來確定型腔數(shù)目和排列方式。 (2)合理確定分型面。分型面的選擇關系到模具成敗。分型面的位置要有利于成型、脫模、安放嵌件、排氣，有利于模具的加工和提高塑件的質(zhì)量。 (3)確定澆注系統(tǒng)和排氣。 (4)選擇合理的推出機構及抽芯方式。 (5)確定冷卻和加熱方式。合理設計冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。 3．繪制模具草圖 (1)草圖繪制時，一般用1：1的比例，以便發(fā)現(xiàn)問題。 (2)在多種方法中選樣最佳方案。 (3)草圖繪制后，根據(jù)模具選擇成型設備。 對安裝尺寸及其它有關參數(shù)進行校核。如壓鑄機的壓射量、鎖模力、開模行程及噴嘴和壓室等： 四、交指導老師審閱后繪制模具總圖 五、繪制模具總圖 按國家制制圖標準繪圖，國標未規(guī)定的可結合工廠習慣畫法，成型后只要去除毛刺，不進行其它機械加工。 1．總裝圖的繪制 繪制總裝圖盡量采用1：1的比例，先由型腔開始繪制，主視圖與其它視圖同時畫出。模具總裝圖上應明確表達清楚以下列內(nèi)容： (1)成型部分結構。 (2)澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)結構。 (3)分型面及脫模取件方式。 (4)模具外形結構及所有連接件、定位件、導向件的位置。 (5)輔助工具(取件卸模，校止等工具)。 (6)標注型腔、模具總體尺寸及運動件的極限尺寸位置等。 (7)零件編出序號，填寫零件明細表。 (8)標注技術要求和使用說明書，其內(nèi)容包括：模具有關部分的裝配要求：模具的裝配工藝要求：(分型面的貼合間隙不大于0．05mm，模具上、下平面的平行度等)模具的使用和裝拆方法：所使用壓機的型號；模具防腐處理、模具編號、標記和字符、密封、保管等以及有關試模和檢驗方面等要求。 2．繪制全部零件的零件圖 根據(jù)模具總裝圖，先內(nèi)后外、先復雜后簡單、先成型零件后結構件的原則繪制零件圖。 (1)零件圖也需按國家制圖標準繪制，零件圖應與總裝圖一致。 (2)尺寸標注要注意基準，尺寸要集中、完整。特別是主要零件的尺寸和脫模斜度及配合尺寸等。 (3)零件圖上的表面粗糙度的標注方法應按國家機械制圖標準的要求標注。 (4)其它內(nèi)容。填寫零件圖標題欄及一些必要的技術要求，如熱處理、裝配后的機械加工、表面處理等。 六、校對與審核 首先自我校對，然后相互檢查，最后交教師批閱。自我校對內(nèi)容包括： 1．模具及模具零件與鑄件圖的關系 模具零件的材質(zhì)、硬度、尺寸精度及模具結構等是否符合塑件圖要求。 2．成型設備與模具的關系 工藝參數(shù)滿足要求。 4．模具結構方面 (1)分型面位置是否選擇恰當，有否溢料，開模后鑄件應留在有推出裝置的一邊。一般留在動模。 (2)脫模方式：推桿、推管大小及位置、數(shù)量是否合適，推板是否會被卡住或擦傷鑄件。 (3)模具溫度的調(diào)節(jié)。加熱器的功率和數(shù)量、冷卻介質(zhì)的流動路線、位置、大小和數(shù)量是否合適。 (4)具有側凹和側孔的抽芯機構有否干涉。 (5)澆注、排氣系統(tǒng)是否合理。 ； 5．設計圖樣 (1)裝配圖上各模具零件是否表達清楚，各視圖有無矛盾，投影是否正確，有否遺漏。 (2)零件圖上零件的結構件藝性、尺寸精度和表面粗糙度是否合理；熱處理、表面處理及表面精加工：等是否表達清楚：修?；蛐弈ビ嗔俊⒀b配后的補充加工等均應說明。 (3)計算成型零件的工作尺寸。 6．校核輔助工具的主要工作尺寸。 七、編寫課程設計說明 (1)說明書目錄。 (2)制件圖樣及設計任務書。 (3)鑄件的工藝分析，包括尺寸、公差、表面質(zhì)量和結構形式等方面。 (4)模具總體方案擬定過程。 (5)設備有關工藝參數(shù)的校核。 (6)重要數(shù)據(jù)的計算過程。 (7)對本設計進行技術經(jīng)濟分析。 (8)其它需要說明的內(nèi)容、收獲和體會。 (9)參考資料索引。 3 設計實例 AX100汽缸蓋壓鑄成型工藝及模具設計 摘要：壓鑄是近無余量鑄造，它具有生產(chǎn)效率高、節(jié)約能源和原材料、成本低、適于大規(guī)模生產(chǎn)、鑄件質(zhì)量好等一系列優(yōu)點。壓鑄在汽車、拖拉機、電子儀表與電信、計算機、航空等工業(yè)部門得到廣泛的應用。在壓鑄生產(chǎn)中，壓鑄機、壓鑄合金和壓鑄模是三大要素，壓鑄模是壓鑄的主要工藝裝備，高壓和高速充填壓鑄模是壓鑄的兩大特點。AX100汽缸蓋成型工藝及成型模具。AX100汽缸蓋為鋁合金壓鑄件，其散熱片部分壁厚較薄，成型比較困難。通過考慮鑄件的實際用途和加工效率等，經(jīng)過比較設計出總體的模具結構方案；經(jīng)過一系列的參數(shù)計算及鑄件的工藝性的分析，設計出合理的澆注系統(tǒng)、溢流和排氣系統(tǒng)、抽芯機構、加熱與冷卻系統(tǒng)、推出機構、模架、型芯、型腔以及成型零件等等。 關鍵詞：AX100汽缸蓋，壓鑄工藝，壓鑄模設計 1 壓鑄件分析 圖1.1 AX100汽缸蓋三維造型圖 AX100汽缸蓋的形狀較為復雜，壁厚較薄，側壁有孔，質(zhì)量要求較高，成型比較困難。圖1.1所示為AX100汽缸蓋壓鑄件圖。 1.2 材料 壓鑄件所選用材料為ZL102，為壓鑄鋁合金。鋁合金在許多方面特別是使用性能方面比鋅合金優(yōu)越。鋁合金具有良好的壓鑄性能，密度較鋅合金較小（2.5-2.9g/cm3），比強度大，高溫力學性能也很好，在低溫下工作時同樣保持良好的力學性能（尤其是韌性）。ZL102的主要成分為含Si10～13％,其余為Al，其他含量不超過2.3%。此材料適用各種薄壁鑄件，所以ZL102適合用作壓鑄該零件的材料。 1.3 結構 圖1.1所示為AX100汽缸蓋的壓鑄件圖，該零件結構復雜，在3個方向均有側面凹孔，因此，壓鑄時要采用抽芯機構。零件表面曲面較多，用一般的機械加工方法加工模具型腔比較困難，因此，型腔部分宜采用電脈沖機床加工。鑄件普遍壁厚較薄，但是在主要成型結構處壁厚較厚，應注意出現(xiàn)熱結的情況出現(xiàn)。 1.4 尺寸精度 壓鑄件能達到的尺寸精度是比較高的，其穩(wěn)定性也很好，基本上依壓鑄模制造精度而定。該零件的尺寸精度為IT13級，用壓鑄方法生產(chǎn)該零件完全能達到精度要求。未標注的鑄造圓角一律按照圖紙標示為R2。 圖2.1 分型面的選擇 1.5 脫模斜度 為了便于鑄件脫出模具的型腔和型芯，壓鑄件上應具有足夠和盡可能大的脫模斜度。最好在設計零件時就考慮到斜度。當零件的結構上未設計斜度時，則應由壓鑄工藝來考慮脫模斜度。 該壓鑄件成型部分的脫模斜度統(tǒng)一采用1為脫模斜度。 2 壓鑄模具總體結構設計 2.1 分型面的確定 分型面可選擇在B-B面，如圖2.1所示，因為在B-B處壁厚較厚，其他部分較薄。一般意義上來講，分型面應取在壁厚較厚處。另外由于壓鑄件結構的問題，而A-A面為曲面，不宜設置分型面。C-C面設置分型面的話，對壓鑄件的脫模造成一定難度。 2.2 壓鑄機的選擇 2.2.1 確定主脹型力 F脹 由式 …………………………………………………（2.1） 查表：比壓推薦值[3]取該零件的壓射比壓p 為70Mpa 面積A為鑄件以及澆鑄系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)在分型面上的投影面積 A=14685.4mm21.3=19091.02mm2≈1.9110-2m2 圖2.2 澆注系統(tǒng)示意圖 所以 =1000701.9110-2=1337kN 2.2.2 確定鎖模力F鎖 經(jīng)校核得出實際所需的鎖模力為2364.34,而J1125G型壓鑄機的鎖模力為2500，故鎖模力能滿足要求。 該壓鑄機的主要參數(shù)為: 合型力（kN） 2500 壓鑄模厚度（mm） 250～650 壓射力（kN） 143～280 壓室直徑（mm） 50/60/70 鑄件投影面積（cm2） 175～886 最大金屬澆注量（kg） (鋁)3.2 動模座板行程（mm） 400 圖 2.3 澆口套三維造型圖 2.3 澆注系統(tǒng)的設計 由于壓鑄件上散熱片的特殊結構，許多部分壁厚較薄，所以先初步設計澆注系統(tǒng)為側澆道。由于工件兩側有兩凹孔，所以澆道只能設置在沒有凹孔的兩面。圖2.2為澆注系統(tǒng)簡圖。 2.3.1 內(nèi)澆口的設計 內(nèi)澆口截面積的計算 查內(nèi)澆口經(jīng)驗數(shù)據(jù)表，可取內(nèi)澆口厚度為2mm 2.3.2 澆口套的設計 2.3.3 橫澆道的設計 此橫澆道的設計采用漏斗形的扇形澆道設計。 圖2.4 漏斗形扇形澆道示意圖 2.4 溢流排氣系統(tǒng)的設計 溢流槽的布置應有利于排除型腔中的氣體，排除混有氣體，氧化物，分型劑殘渣的金屬液，改善模具的熱平衡狀態(tài)。 排氣槽用于從型腔內(nèi)排出空氣及分型劑揮發(fā)產(chǎn)生的氣體，其設置的位置與內(nèi)澆口的位置及金屬液的流態(tài)有關。為使型腔內(nèi)的氣體在壓射時盡可能被壓鑄的金屬液排出，要將排氣槽設置在金屬液最后填充的部位。排氣槽一般與溢流槽配合，布置在溢流槽后端以加強溢流和排氣的效果。在有些情況下也可在型腔的必要部位單獨布置排氣槽。 此模具的排氣槽采用分型面上布置排氣槽的結構形式。 查表：排氣槽尺寸，得到排氣槽深度和寬度，根據(jù)壓鑄件材料為鋁合金，所以選用深度為0.15mm,排氣槽的寬度選10mm 。 3 壓鑄模及成型零件設計 3.1 總體結構設計 AX100汽缸蓋壓鑄?？傃b圖如圖3.1所示。（尺寸計算） 圖3.3 定模部分三維造型 圖3.2 動模部分三維造型 3．2 加熱與冷卻系統(tǒng)的設計 圖3.1 AX100汽缸蓋壓鑄模具總裝三維造型圖 模具在壓鑄生產(chǎn)前應進行充分的預熱，并在壓鑄過程中保持在一定溫度范圍內(nèi)。壓鑄生產(chǎn)中模具的溫度由加熱與冷卻系統(tǒng)進行控制和調(diào)節(jié)。其作用如下： 1） 使模具達到較好的熱平衡和改善鑄件順序凝固條件，使鑄件凝固速度均勻并有利于壓力傳遞，提高鑄件的內(nèi)部質(zhì)量。 2） 保持壓鑄合金填充時的流動性，具有良好的成型性和提高鑄件表面質(zhì)量。 3） 確定鑄件尺寸精度，改善鑄件機械性能。提高壓鑄生產(chǎn)率。 4） 降低模具熱交變應力，提高模具使用壽命。 3.3 抽芯機構的設計 由于該壓鑄件的兩側面,有兩個直徑為30的孔徑,所以考慮到其成型以及脫模的因素,這里選用斜銷兩側抽芯機構來方便該壓鑄件的成型與脫模。抽芯機構如圖3.4所示 圖3.4 斜抽芯機構 1．螺栓 2.墊圈 3.彈簧 4.滑塊 5.斜銷 6.螺釘 7.限位塊 8.側型芯 9.動模套板 10.定模套板11.楔緊塊 12.螺釘 13.銷釘 這里采用的斜銷抽芯的結構形式為“T”型滑塊結構，該結構穩(wěn)定可靠，為最常用形式。 3.4 復位機構的設計 在壓鑄的每一個工作循環(huán)中，推出機構推出鑄件后，否必須準確的恢復到原來的位置。這個動作通常是借助復位桿來實現(xiàn)的，并用擋釘作最后定位，使推出機構在合模狀態(tài)下處于準確可靠的位置。這里采用的復位桿。 3.5 推出機構的設計 壓鑄模中是鑄件從模具的成形零件中脫出的機構，稱為推出機構。推出機構一般設置于動模上。推出機構一般由推出元件（如推桿、推管、卸料板、成型推塊、斜滑塊等）、復位元件、限位元件、導向元件結構元件組成。在這里推出機構選用較為常用的推桿推出機構。 4 壓鑄工藝流程 4.1 模具的預熱 壓鑄模在使用前要預熱到一定的溫度，預熱的作用有兩個方面：其一是避免高溫液體金屬對冷壓鑄模的“熱沖擊”，以延長壓鑄模使用壽命。其二是避免液體金屬在模具中因激冷而很快失去流動性，使鑄件不能順利充型，造成澆不足、冷隔、“冰凍”等缺陷，或即使成型也因激冷增大線收縮，引起鑄件產(chǎn)生裂紋或表面粗糙度增加等缺陷。此壓鑄模的預熱溫度，查表：模具的預熱規(guī)范鋁合金壓鑄件壓鑄模的預熱溫度在 180～200℃之間 。 4.2 模具的工作溫度 在連續(xù)生產(chǎn)中，壓鑄模溫度往往升高，尤其是壓鑄高熔點合金時，溫度更高很快。溫度過高除產(chǎn)生液體金屬粘型外。還可能出現(xiàn)鑄件因來不及完全凝固、推出溫度過高而導致變形、模具運動部件卡死等問題。同時過高的壓鑄模溫度會使鑄件冷卻緩慢，造成晶粒粗大而影響其力學性能。因此在壓鑄模溫度過高時，應采取冷卻措施，將模具工作溫度控制在一定范圍內(nèi)。查表：不同壓鑄合金的壓鑄模工作溫度[1]，得出這副模具的連續(xù)工作保持溫度在200～220℃之間。其澆注溫度為680～700℃。 4.3壓鑄用涂料 在壓鑄過程中，為了避免壓鑄模與鑄件粘合，減少頂出鑄件時的摩擦阻力和避免壓鑄模過分受熱。對型腔壁面、型芯表面、模具和機器的摩擦部分等所噴涂的潤滑材料和稀釋劑的混合物，通稱為壓鑄涂料。對壓鑄涂料的謹慎選用與合理的噴涂操作是保證鑄件質(zhì)量，提高壓鑄模壽命的一個重要因素。 查表：壓住用涂料及配制方法[1]。選用膠體石墨作為這副模具的壓鑄涂料。 2教材例題 零件實體圖 模具模塊開模示意圖 動模 定模 參 考 文 獻 [1] 模具實用技術叢書編委會.壓鑄模設計應用實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004. [2] 潘憲曾.壓鑄模設計手冊(第2版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006. [3] 屈華昌.壓住工藝與模具設計【N】.北京：機械工業(yè)出版社,2008.. 《壓鑄成型工藝與模具設計》設計任務書 題目 一 殼體壓鑄件 技術條件： 1.未注鑄造圓角為R1；2.未注公差為IT14級；3.脫模斜度為1；4.材料為YL102。 題目：二 支座壓鑄圖 技術條件：1、材料為YL102（鋁硅合金）。 2、未注鑄造圓角為R2。 3、未注公差為IT1級。 題目（三） 上蓋壓鑄件圖 技術條件：1、材料為YL102（鋁硅合金）。2、未注鑄造圓角為R2。3、未注公差為IT14級。 題目（四） 襯套鑄件圖 技術條件：1、材料為YL102（鋁硅合金）。2、未注鑄造圓角為R１。3、未注公差為IT14級。 16