常见的压铸模具结构及设计.docx
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常见的压铸模具结构及设计
压铸模具材料与结构设计
压铸模具材料与结构设计目录
1压铸模具的结构
压铸模具一般的结构如图
1.导柱2.固定外模（母模）3分流子镶套4.分流子5固定内模6角销7滑块挡片
8滑块9.可动内模10.可动外模（公模）11.模脚12.顶出板13.顶出销承板14.回位销
15.导套
2．压铸模具结构设计应注意事项
（1）模具应有足够的刚性，在承受压铸机锁模力的情况下不会变形。
（2）模具不宜过于笨重，以方便装卸修理和搬运，并减轻压铸机负荷。
（3）模穴的压力中心应尽可能接近压铸机合模力的中心，以防压铸机受力不均，造成锁模不密，铸件产生毛边。
（4）模具的外形要考虑到与压铸机的规格的配合：
（a）模具的长度不要与系杆干涉。
（b）模具的总厚度不要太厚或太薄，超出压铸机可夹持的范围。
（c）注意与料管（冷室机）或喷嘴（热室机）之配合。
（d）当使用拉回杆拉回顶出出机构时，注意拉回杆之尺寸与位置之配合。
（5）为便于模具的搬运和装配，在固定模和可动模上方及两侧应钻螺孔，以便可旋入环首螺栓。
3内模（母模模仁）
（1）内模壁厚
内模壁厚基本上不必计算其强度，起壁厚大小决定于是否可容纳冷却水管通过，安排溢流井，及是否有足够的深度可攻螺纹，以便将内模固定于外模。
由于冷却水管一般直径约10mm，距离模穴约25mm，因此内模壁厚至少要50mm。
内模壁厚的参考值如下表。
内模最小壁厚参考表
压铸机吨数
125以下
125—-500
500
500
内模壁厚（mm）
50
55
60
70
（2）内模与外模的配合
内模的高度应该比外模高出0.05-0.1mm，以便模面可确实密合，并使空气可顺利排出。
其与外模的配合精度可用H8配h7，如下图所示。
（3）内模与分流子的配合
分流子的功用是将熔汤由压铸机导至模穴内，因此其高度视固定模的厚度而定。
分流子的底部与内模相接，使流道不会接触外模，如下图，内模与分流子的配合可用H7配h6。
4外模
（1）固定外模
固定外模一般不计算强度，但设计时要注意留出锁固定压板或模器的空间。
（2）可动外模
可动外模的底部厚度可用下面的公式计算：
其中：
h：
外模底部之厚度（mm）
p：
铸造压力（kg/cm2）
L：
模脚之间距（mm）
a：
成品之长度（mm）
b：
成品之宽度（mm）
B：
外模之宽度（mm）
E：
钢的杨氏模数=2.1×106kg/cm2
d：
外模在开模方向的最大变形量（mm），一般取d≤0.05mm.
例：
某铸件长300mm,宽250mm，铸造压力选定280（kg/cm2）,外模之宽度560（mm）,模脚之间距360（mm）,最大变形量取0.05（mm）。
所以
P=280（kg/cm2）
L=360（mm）
a=300（mm）
b=250（mm）
B=560（mm）
E=2.1×106kg/cm2
d=0.05（mm）
计算得h=138mm
5.模脚
（1）模脚变形量
模脚主要的功能在提供模具之顶出空间，其强度计算公式为
其中：
d:
变形量（mm），通常要小于0.05mm.
W:
锁模力/2（kg）
H：
模脚高度（mm）=顶出距离+顶出板厚度+顶出销承板厚度+前进止动距离（防止顶出板撞到外模）+后退止动距离（防止顶出板撞到压铸机）
E：
钢的杨氏模数=2.1×104（kg/mm2）
a:
模脚长度（mm）
b:
模脚宽度（mm）
例：
压铸机锁模力315吨，模脚高度130（mm），模脚长度560（mm），模脚宽度80（mm）。
则
W=315000/2=157500（kg）
H=130（mm）
a=560（mm）
b=60（mm）
此时变形量=（157500×130）/（2.1×104×560×80）=0.021（mm）﹤0.05
当模脚的高度H愈大时其变形量愈大。
因此高度愈小愈好，只要足够顶出就行了。
对于较大的模具，通常在两只模脚中间会再加上支柱补强。
（2）固定模脚用螺栓
模脚要用螺栓固定于可动外模上，所使用的螺栓大小及数量，可参考下表。
锁模脚螺栓建议值
压铸机螺栓尺寸数量
压铸机螺栓尺寸数量
3500吨M3010
2500吨M2412
2250吨M2411
1650吨M249
1200吨M2013
1000吨M2011
800吨M1610
650吨M168
350吨M166
250吨M128
200吨M128
135吨M106
90吨M106
6．导柱与导套
CNSB3370“压铸模用导柱”中规定了导柱的材料形状与尺寸。
CNSB3373“压铸模用导套”则规定了导套的材料形状与尺寸。
设计时可直接选用标准规格。
导柱直径的选择可使用下面的经验公式：
其中d：
导柱直径（mm）
F:
模具分模面上的表面积（mm2）
K:
比例系数，一般为0.07～0.09。
当F＞200000时，K取0.07。
F=40000～200000时,K取0.08.当F＜40000时.K取0.09.
用此公式计算出来的值,会与CNSB3369“压铸模用主模板”中各个模具尺寸所使用的导柱尺寸接近.
导滑段的最小长度为直径的1.5-2倍,一般按高出分模面的型心长度加上12-20mm.
7.回位销
（1）回位销直径
回位销的功用是当顶出机构顶出铸件后,靠着合模的力量将顶出机构回复到原位.此外也有导引及支撑顶出板的功能.CNSB3372规定了回位销的形状与尺寸.回位销直径的选择可参考下表.
外模宽（mm）
小于等于
150
150-
250
250-
350
350-
500
500-
650
650-
800
大于
800
回位销直径（mm）
12
15
20
25
30
35
40
（3）回位销的长度
回位销的长度则可用下面公式计算
回位销的长度L=可动外模高度+模脚高度-顶出板厚度-后退止块高度
8．拔模力的计算
抽芯时型芯受力的状况见下图。
型芯受力图
拔模力的大小可由下式计算：
P=P1cosа+P2sinа
=Alp（μcosа-sinа）
其中P：
拔模力（kg）
P1:
抽芯阻力（kg）
P2：
铸件冷却收缩后对型芯的抱紧力（kg）
A：
被铸件抱紧的型芯成形部分断面周长（mm）
L：
被铸件抱紧的型芯成形部分之长度（mm）
P:
单位面积的抱紧力。
对锌合金一般取0.6-0.8kg/mm2,对铝合金一般取1.0-1.2kg/mm2,对铜合金一般取1.2-1.6kg/mm2.
μ:
压铸合金对型芯的摩擦系数，一般取0.2-0.5。
а：
型芯成形部分的拔模角。
例：
铝合金压铸件型芯直径40mm,长度60mm,拔模角1°，如下图，
摩擦系数取0.25，则拔模力P=
9。
顶出销
CNSB3371中规定了顶出销的形状与尺寸，设计时可选用标准的尺寸。
顶出销的直径的选择需考虑两件事：
（1）顶出时是否会在铸件表面留下痕迹，
（2）顶出销是否会发生挫曲。
（1）顶出时是否会在铸件表面留下痕迹
容许的顶出销前端最小截面积为：
其中A=顶出销前端截面积（mm2）
P=顶出销承受的总推力（kg）
n=顶出销数量
s=铸件的容许应力（kg/mm2）.铜铝合金取5kg/mm2,锌合金取4kg/mm2,合金取3kg/mm2.
顶出销承受的总推力P相当于铸件的抱紧力，此一力量大小的计算可参考前述之拔模力计算。
例：
某镁合金铸件所需之总推力为5000（kg），使用10根顶出销则：
P=5000
n=10
s=3
所以顶出销前端截面积A=5000/（10×3）=167（mm2）
故顶出销直径至少为8（mm）.
（2）顶出销是否会发生挫曲（buckling）
将顶出销视为一端固定，另一端可滑动的柱，则其稳定性的大小可用下式来计算：
其中K：
稳定安全倍数，钢取1.5-3。
n：
稳定系数，其值取20.19。
E：
杨氏模数，钢取2×106（kg/cm2）
I:
顶出销最小截面积处之惯性矩（cm4）,对于圆形截面
（d=顶出销直径）。
P：
顶出销承受之实际推力（kg）
L:
顶出销之长度（mm）
10.角销
（1）角销斜角的选择
斜角а值一般在10°～25°间，а值愈小，所需要的开模力愈小，而可产生较大的拔模力，而角销所受的弯曲力也较小，开模行程长。
所以小а值用于短型芯，而长型芯为了缩短开模距离用较大的а值。
（2）角销直径的估算
角销直径可使用下式估算
角销受力简图
其中d:
角销直径（mm）
h：
滑块端面至受力点的垂直距离（mm）
p:
拔模力（kg）
例：
P=1300（kg）.а=18,h=38（mm）,则d=26.3（mm）,取27（mm）.
（4）角销长度
角销长度建议用作图法来决定。
（参见下图）
a.取滑块端面斜孔与角销外侧斜面接触外为A点。
b.自A点作与分模面相平行的直线AC，使AC=S（抽芯距离）。
c.自C点任垂直于AC线的BC线，交角销处侧面于B点。
d.AB线段的长度L′为角销有效工作段长度，
e.BC线段长度加上角销导引实部高度I，为角销抽芯结束时所需的最小开模距离
。
作图法求角销长度
11．压铸模具材料
压铸模具材料依使用地方大致可分为三类：
（1）与熔汤接触处之零件：
为此构成模具之主要零部件，因应压铸制程之严苛环境及生产条件，用于此之材料需具备有：
·良好之切削性
·良好之高温强度高温硬度高温韧性抗回火稳定性高温耐磨性抗热疲劳性
·良好淬硬性热处理尺寸安定性
·良好之导热性
·热膨胀系数小
（2）滑动配合零件：
·良好之耐磨性和适当的强度
·适当之淬硬透性和较小之热处理变形率
（3）结构零件
·外模和紧固零件需有足够强度
工具钢种类很多，价格又贵，刚才的选择需考虑使用环境及经济因素。
下表为参考资料所列常用的材料。
预硬钢（FDAC，P20）只使用于量少的低温合金（锌，锡，铝）之压铸。
热作工具钢（SKD61，H13）粗加工需在退火状态下为之，调质（淬火回火）后再做细加工。
放电加工所产生之白层需磨除以避免模具寿命减短。
优质热作工具钢（premiumgradeH13orSKD61）因其均质性有姣好之寿命。
压铸模具零件常用材料表a,b
注：
a.以上皆为节录自各参考资料，所列材料可以相似或更佳之材料替代。
b.-：
表参考资料无特别列明。
c.硬度为HRC。
d.锌合金量少时可使用预硬钢。
d.永茂工业。
e.瑞典Assab公司编号。
压铸模具零件常用材料各国对照表
注：
CNS钢材81年后符号改与JIS同，请参较CNSG3059。
压铸模具配合公差
固定零件配合公差
工作条件
配合类别和精度
与熔汤接触
H7/H6-----圆形
H8/h7------方形
内外模配合型芯与内模外模和分流子
衬套内模和分流子
不与熔汤接触
H7/k6
导套和外模
H7/m6
外模和导柱外模和角销外模和楔紧块
外模和定位销
滑动零件配合公差
工作条件
使用合金
配合
典型配合零件举例
与熔汤接触，受热量较大
锌合金
H7/f7
顶出销和顶出孔，卸料板上的滑动配合，滑块中子和配合孔
铝合金
H7/e8
铜合金
H7/d8
锌合金
H7/e8
成型滑块和滑块座
铝合金
H7/e8-d8
铜合金
H7/d8-c8
受热量不大，精度要求较高
锌铝合金
H7/e8
导柱和导套
铜合金
H7/d8
受热量较小，精度要求不高
轻金属
H7/h8-h9
顶出板导柱和顶出板导套的滑动部位
H8-H9/f9
回位销和孔
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