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创新实践
创新实践
课题：
电锯手柄夹模具设计
指导老师：
林纪宗
组员：
丘永荣、林龙祥、李明谦
李源江、吴平、王贤兴
罗德兴、王明才、何鹏祥
系别：
材料科学与工程系
专业：
材料成型及控制工程
2012年1月
创新实践作业
题目：
电锯手柄夹
一、该零件的实体零件图：
零件的造型：
铸件图：
（按收缩率6%计算）
二、该零件的模具总装图
溢流槽的设计
（一）溢流槽的结构形式：
溢流槽的设计主要有：
1、设置在分型面上的溢流槽结构2、设置在型腔内的溢流槽二种。
本模具的溢流槽设置在分型面上，这样的溢流槽结构简单，加工方便，应用最广泛。
分型面上溢流槽的截面形状一般为半圆或梯形，便于用球头立铣刀或带锥度的立铣刀加工，可以开设在定模或动模部分。
本模具的溢流槽开设在动模部分。
（二）、溢流槽的设计要点：
1、溢流槽的设置应有利于排除型腔中的气体，排除混有气体和被涂料残余物污染的前流冷污金属液，改善模具的热平衡状态。
2、应便于从压铸件上去除溢流槽，并尽量不损坏压铸件的外观。
3、注意避免在溢流槽与压铸件之间产生热节。
4、一个溢流槽上不应开设多个溢流口或一个很宽的溢流口，以免进入溢流槽的金属液倒流回型腔。
（三）、溢流槽的尺寸：
推荐的梯形溢流槽尺寸查表可知：
A＝16a＝6H＝7h＝0.8c＝0.8b＝12B＝20Fy＝3.64Vy＝2.64
（二）浇注系统的设计
1、浇注系统的结构：
主要由直浇道，横浇道，内浇道和余料等部分组成。
2、浇注系统的分类：
一般可分为侧浇道，中心浇道，直接浇道，环形浇道，缝隙浇道和点浇道等浇注系统。
本模具采用侧浇道，侧浇道一般设在分型面上，按压铸件结构特点，可布置在压铸件外侧或内侧。
适用天板类，盘类或型腔类不太深的壳体类压铸件。
它适用天单型腔模，也适用于多型腔模，浇道去除方便，应用最为普遍。
3、浇注系统的尺寸如下：
主视图/俯视图：
左视图：
1-浇口套2－定模座板3－型芯固定板4、5－型芯6－导柱7、8-型腔9-型芯固定板10-垫板11-垫块12动模座板13-推板14-顶针固定板15-顶针16-型芯17、18、19-螺钉20-斜导柱21-侧抽块22-型芯23-溢流槽24-水道25-水嘴
三、
（一）生产流程图：
产品图
工艺设计
模具设计
模具制造
模具安装
模具预热原材料准备
喷刷涂料炉料配制回炉料
合模合金融化
浇注合金液保温
压铸成型
开模取件
外观检验及清理浇注系统
质量检查废品
铸件成品入库
（二）、压铸机的选用：
1、确定压铸机的锁模力：
⑴、主胀型力的计算：
F≥
=（12.7×50）÷10=68.5kN（取70kN）
注：
F主事主胀型力（kN）；A是塑件的分型面的总投影面积（cm2）;p是压射比压。
通过计算：
A=12.7cm2
压射比根据铸件壁厚、复杂程度来选取。
此铸件属于铝合金材料，作为手柄起承载作用。
查表3-2得：
p取50（MPa）。
⑵、分析分胀型力
由于此铸件的设计不需要侧向分型机构，所以F分=0（kN）
⑶、锁模力的计算：
锁模力的作用主要是为了克服反压力，以锁紧模具的分型面，防止金属液飞溅，保证塑件尺寸精度。
根据铸件的结构特征、合金及技术要求选用合适的比压、结合模具的结构考虑，估算投影面积，按公式计算可得到该压铸件所需的锁模力：
F锁≥k（F主+F分）=1.25×（70+0）kN=87.5kN
式中，F锁是压铸机应有的锁模力,F主（kN）是主胀型力,F分（kM）是分胀型力；k是安全系数（一般k=1.25）,它与铸件的复杂程度、压铸工艺等因素有关。
根据分模力选择SHD-75型热室压铸机（由广东顺德市贵州华大压铸机械制造厂提供）主要参数如下表：
项目名称
数值
合型力/kN
75
拉杆之间的内尺寸/mm
196×175
拉杆直径/mm
30
动模座行程/mm
100
压铸模厚度/mm
100-150
压射位置/mm
32
压射力/kN
9.5
压射直径/mm
32
液压顶出器顶出力/kN
75
液压顶出器顶出行程/mm
100
最大金属浇铸量/kg
0.125
一次空循环时间/s
2.5
坩埚有效容量/kg
70
管路工作压力/MPa
6
油泵电机功率/kW
4
熔炉功率/kW
9
燃油消耗量/L·h-1
1.3
喷嘴加热功率/kW
1
鹅颈加热功率/kW
1
外形尺寸（长×宽×高）/mm
1600×700×1500
2、核算压室容量：
压铸机初步选定后，压射压力和压室的尺寸也相应得到确定，压室可容纳金属液的质量也为定值，但是否能容纳每次教主的金属液的质量，需按下式核算：
G室﹥G浇
式中G室——压室容量，kg；
D室——压室直径，m；
L——压室长度（包括交口套的长度），m；
ρ——液态合金密度（铝合金为2.4×103）；
K——压室充满度，60％-80％。
通过计算G室=0.125kg﹥G浇=0.113kg,压室容量校核合格。
（三）：
关键工序、关键控制点及控制参数
1：
关键工序
模具设计、模具制造、浇注、压铸成型
2：
关键控制点及控制参数
（1）压射过程分析
a、压铸件特点；
b、压射分析：
第一步以慢压射封住入料口，以防铝液溢出；
第二步以一级快压射让铝液充填至内浇口位置；
第三步以二级快压射让铝液充满型腔；
第四步以增压将铸件压实。
（2）吉制点的确定
（3）压射过程的速度确定：
a、慢压射速度；
b、一级快压射速度；
c、二级快压射速度的确定及对应二级快压射速度的手轮调节。
（4）增压的确定。
四、模具价格分析
已知压铸模具生产成本公式：
My01=My1+My12+My13+My14+Dx+Uy+Wy1+（15%--20%）（My13+My14）+Gya+My3----------------------------------
（1）
My01:
模具生产成本；
My1：
模具原材料的材料费；
My12:
电极材料费
My13：
外购装置费；
My14：
标准件费；
Dx：
技术开发费；
Uy：
试模费；
Gya：
工时费；
Wy1：
热处理费；
My3：
企业管理费。
采用当量工时法估算模具价格：
My01--模具生产成本：
此模具原材料价格估算如表一，表二所示：
表一
材料
名称
尺寸（mm）
数量
质量（Kg）
单价
价格（元）
结
构
钢
（45钢）
定模座板
325*173*25
1
12.65
7元/Kg
88.55
动模座板
325*173*25
1
12.65
88.55
型芯固定板
285*173*28
1
12.42
86.94
垫块
40*173*35
2
4.36
30.50
推板
190*173*10
2
11.8
82.60
支撑板
285*173*17
1
7.54
67.86
表二
材料
名称
尺寸（mm）
数量
质量（Kg）
单价
价格（元）
模
具
钢
（H13
钢）
型芯
285*173*30
1
13.31
35元/Kg
465.85
型腔
285*173*28
1
12.42
434.7
侧抽芯镶块
48*58*10
2
0.5
8．75
成型镶块
54*58*86
2
4.85
179.55
总计：
My12=1532.8元
My12：
电极材料费与镶块，活动型芯尺寸有关，因无法查到精确计算公式，故粗取300元。
My13：
外购装置费,购买压铸模具的各种专业化生产的配套装置，取400元。
My14：
标准件购置。
购入浇口套，推杆，斜导柱，导柱等标准件，取400元。
Uy：
试模费。
以试模3次为基准，每次500元，共计1500元。
Gya：
工时费的计算。
已知：
Gya=Ay1*Ty01*Ky0----------------------
（2）
Ky0=Kyf*Ky1*Ky2*Kyt*Ky3-----------（3）
Ay1:
工时单价，一般为45—55，这取50；
Ty01：
基点工时，一般为190---210h,这取200h；
Ky0：
综合修正系数；
Kyf：
表面形状修正系数，制件表面有圆形，方形，凹面等，较为复杂，这取1。
1；
Ky1：
型腔截面系数，因型腔最大深度为13mm小于100mm，故取1；
Ky2：
型腔截面系数，因垂直于分型面方向的最大截面为702平方毫米，远小于1000平方毫米，故取1；
Kyt:
截面调整系数，制件高度方向上截面积变化不大，取1.1；
Ky3：
模具结构系数，模具结构为普通侧抽芯，单一分型面，取系数1.1.
所以：
Ky0=Kyf*Ky1*Ky2*Kyt*Ky3
=1.2*1*1*1.1*1.1
=1.452
Gya=Ay1*Ty01*Ky0
=50*200*1.452
=14520
Dx：
技术开发费，一般为工时费的20%--25%，这里取25%，则Dx=0.25*14520=3630
Wy1：
热处理费的计算。
Wy1=a1p（Ay11*By11*Hy11+∑G1i△1i）+∑a2ρ（Cy21dy21-Ay11By11Hy11+ΣG2i△2i）+a3ρ∑G3i△3i
式中a1,a2,a3----各种模具材料综合热处理平均价格；a1取3，a2取2；
P---模具材料的密度，取9.0g/cm3；
△1i、△2i、△3i----针对磨具钢、结构钢、其他钢种3类材料，热处理零件的重量占毛坯重量的百分比；
Ay11----模具镶块的长度,据表2取54mm;
By11----模具镶块的宽度,据表2取58mm；
Hy11----动，定模镶块合型后的高度,据表2取86mm；
G1i-----不包括动，定模镶块和可动型芯的其余模具钢零件毛坯重量；据表2取25.73Kg;
G2i----需要热处理的结构钢零件毛坯重量；据表1取61.24Kg;
G3i----需要热处理的其他钢种零件毛坯重量；取0.
Cy21----模具套板长度；
dy21----模具套板宽度；
hy21---模具套板合型后的高度。
又因为活动型芯采用拼接结构，其热处理费已包含在镶块中，故Cy21*dy21*hy21-Ay11*By11*Hy11可删除。
将以上数据代入式（4）中，可计算出Wy1=230.
My3：
企业管理费，一般为基本生产费用的8%-10%，这里取10%。
My3=10%*（My1+My12+My13+My14+Dx+Uy+Wy1+（15%--20%）（My13+My14）+Gya）
=10%*（1533+300+400+400+3630+1500+230+160+14520）
=2267.3
其中（15%--20%）（My13+My14）的系数取20%；
综上：
My01=My1+My12+My13+My14+Dx+Uy+Wy1+（15%--20%）（My13+My14）+Gya+My3
=2494.03（元）
其中：
工时费占总的生产成本为：
Gya/My01=14520/24940.3=58%；
生产成本占销售成本价格一般为73%--75%，这里取75%，
故销售成本可为My01/0.75=33253.7（元）。
模具材料清单
压
铸
模
具
材
料
名称
材质
单价（元）
备注
压
铸
模
具
材
料
名称
材质
单价（元）
备注
模架
45#
二次顶出配件
型芯镶套BPE
H13
309.00
上模架
DAC
80.00
型芯底座BX-X
H13
135.00
下模架
DAC
80.00
压条CPE
H13
29.00
流道镶块
DAC
80.00
斜抽芯顶板CPT
H13
143.00
型芯/型芯镶件（SX/SXE/BX/BXE）
DAC
80.00
限位板TG
H13
39.00
DAC
80.00
二次顶出圆杆TZ
H13
45.00
DAC
80.00
二次顶出锥形杆TI
CR12
44.00
DAC
80.00
二次顶出滑块TB
H13
77.00
DAC
80.00
滑块SB
H13
189.00
DAC
80.00
H13
406.00
厚60以上成本
DAC
80.00
滑块锁紧块SB-SK
H13
73.00
DAC
80.00
H13
73.00
模具标准零件
型芯套板
H13
105.60
料筒LT
H13
104.00
模具锁扣SL-2T
52.00
分流锥FL
H13
131.00
模具锁扣SL-4T
98.00
滑块压板
H13
279.00
斜导柱
78.00
H13
279.00
弹簧
12.00
螺
丝
上、下模
0.80
顶针类
10.00
滑块
0.80
复位杆
0.00
模架自带
弹簧
0.80
五、在生产过程中可能出现的缺陷及解决的基本方法
压铸模是压铸生产三大要素之一，结构正确合理的模具是压铸生产能否顺利进行的先决条件，并在保证铸件质量方面（下机合格率）起着重要的作用。
由于压铸工艺的特点，正确选用各工艺参数是获得优质铸件的决定因素，而模具又是能够正确选择和调整各工艺参数的前提，模具设计实质上就是对压铸生产中可能出现的各种因素预计的综合反映。
如若模具设计合理，则在实际生产中遇到的问题少，铸件下机合格率高。
反之，模具设计不合理，例一铸件设计时动定模的包裹力基本相同，而浇注系统大多在定模，且放在压射后冲头不能送料的灌南压铸机上生产，无法正常生产，铸件一直粘在定模上。
尽管定模型腔的光洁度打得很光，因型腔较深，仍出现粘在定模上的现象。
所以在模具设计时，必须全面分析铸件的结构，熟悉压铸机的操作过程，要了解压铸机及工艺参数得以调整的可能性，掌握在不同情况下的充填特性，并考虑模具加工的方法、钻眼和固定的形式后，才能设计出切合实际、满足生产要求的模具。
刚开始时已讲过，金属液的充型时间极短，金属液的比压和流速很高，这对压铸模来说工作条件极其恶劣，再加上激冷激热的交变应力的冲击作用，都对模具的使用寿命有很大影响。
模具的使用寿命通常是指通过精心的设计和制造，在正常使用的条件下，结合良好的维护保养下出现的自然损坏，在不能再修复而报废前，所压铸的模数（包括压铸生产中的废品数）。
实际生产中，模具失效主要有三种形式：
①热疲劳龟裂损坏失效；
②碎裂失效；
③溶蚀失效。
致使模具失效的因素很多，既有外因（例浇铸温度高低、模具是否经预热、水剂涂料喷涂量的多少、压铸机吨位大小是否匹配、压铸压力过高、内浇口速度过快、冷却水开启未与压铸生产同步、铸件材料的种类及成分Fe的高低、铸件尺寸形状、壁厚大小、涂料类型等等）。
也有内因（例模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、模具结构设计的合理性、浇注系统设计的合理性、模具机（电加工）加工时产生的内应力、模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等）。
模具若出现早期失效，则需找出是哪些内因或外因，以便今后改进。
①模具热疲劳龟裂失效压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。
为此，一方面压铸起始时模具必须充分预热。
另外，在压铸生产过程中模具必须保持在一定的工作温度范围中，以免出现早期龟裂失效。
同时，要确保模具投产前和制造中的内因不发生问题。
因实际生产中，多数的模具失效是热疲劳龟裂失效。
②碎裂失效在压射力的作用下，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹，当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。
而脆性断裂时裂纹的扩展很快，这对模具的碎裂失效是很危险的因素。
为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位，也必须打光。
另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。
③熔融失效前面已讲过，常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、Al、Mg是较活泼的金属元素，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。
当模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗蚀性不利。
但在实际生产中，溶蚀仅是模具的局部地方，例内浇口直接冲刷的部位（型芯、型腔）易出现溶蚀现象，以及硬度偏软处易出现铝合金的粘模。
压铸生产中常遇模具存在的问题注意点：
1、浇注系统、排溢系统例
（1） 对于冷室卧式压铸机上模具直浇道的要求：
①压室内径尺寸应根据所需的比压与压室充满度来选定，同时，浇口套的内径偏差应比压室内径的偏差适当放大几丝，从而可避免因浇口套与压室内径不同轴而造成冲头卡死或磨损严重的问题，且浇口套的壁厚不能太薄。
浇口套的长度一般应小于压射冲头的送出引程，以便涂料从压室中脱出。
②压室与浇口套的内孔，在热处理后应精磨，再沿轴线方向进行研磨，其表面粗糙≤Ra0.2μm。
③分流器与形成涂料的凹腔，其凹入深度等于横浇道深度，其直径配浇口套内径，沿脱模方向有5°斜度。
当采用涂导入式直浇道时，因缩短了压室有效长度的容积，可提高压室的充满度。
（2）对于模具横浇道的要求
①冷卧式模具横浇道的入口处一般应位于压室上部内径2/3以上部位，以免压室中金属液在重力作用下过早进入横浇道，提前开始凝固。
②横浇道的截面积从直浇道起至内浇口应逐渐减小，为出现截面扩大，则金属液流经时会出现负压，易吸入分型面上的气体，增加金属液流动中的涡流裹气。
一般出口处截面比进口处小10-30%。
③横浇道应有一定的长度和深度。
保持一定长度的目的是起稳流和导向的作用。
若深度不够，则金属液降温快，深度过深，则因冷凝过慢，既影响生产率又增加回炉料用量。
④横浇道的截面积应大于内浇口的截面积，以保证金属液入型的速度。
主横浇道的截面积应大于各分支横浇道的截面积。
⑤横浇道的底部两侧应做成圆角，以免出现早期裂纹，二侧面可做出5°左右的斜度。
横浇道部位的表面粗糙度≤Ra0.4μm。
（3）内浇口
①金属液入型后不应立即封闭分型面，溢流槽和排气槽不宜正面冲击型芯。
金属液入型后的流向尽可能沿铸入的肋筋和散热片，由厚壁处想薄壁处填充等。
②选择内浇口位置时，尽可能使金属液流程最短。
采用多股内浇口时，要防止入型后几股金属液汇合、相互冲击，从而产生涡流包气和氧化夹杂等缺陷。
③薄壁件的内浇口厚件要适当小些，以保证必要的填充速度，内浇口的设置应便于切除，且不使铸件本体有缺损（吃肉）。
（4）溢流槽
①溢流槽要便于从铸件上去除，并尽量不损伤铸件本体。
②溢流槽上开设排气槽时，需注意溢流口的位置，避免过早阻塞排气槽，使排气槽不起作用。
③不应在同一个溢流槽上开设几个溢流口或开设一个很宽很厚的溢流口，以免金属液中的冷液、渣、气、涂料等从溢流槽中返回型腔，造成铸件缺陷。
2、铸造圆角（包括转角）铸件图上往往注明未注圆角R2等要求，我们在开制模具时切忌忽视这些未注明圆角的作用，决不可做成清角或过小的圆角。
铸造圆角可使金属液填充顺畅，使腔内气体顺序排出，并可减少应力集中，延长模具使用寿命。
（铸件也不易在该处出现裂纹或因填充不顺而出现各种缺陷）。
例标准油盘模上清角处较多，相对来说，目前兄弟油盘模开的最好，重机油盘的也较多。
3、脱模斜度在脱模方向严禁有人为造成的侧凹（往往是试模时铸件粘在模内，用不正确的方法处理时，例钻、硬凿等使局部凹入）。
4、表面粗糙度成型部位、浇注系统均应按要求认真打光，应顺着脱模方向打光。
由于金属液由压室进入浇注系统并填满型腔的整个过程仅0.01-0.2秒的时间。
为了减少金属液流动的阻力，尽可能使压力损失少，都需要流过表面的光洁度高。
同时，浇注系统部位的受热和受冲蚀的条件较恶劣，光洁度越差则模具该处越易损伤。
5、模具成型部位的硬度铝合金：
HRC46°左右铜：
HRC38°左右加工时，模具应尽量留有修复的余量，做尺寸的上限，避免焊接。
压铸模具组装的技术要求：
1、模具分型面与模板平面平行度的要求。
2、导柱、导套与模板垂直度的要求。
3、分型面上动、定模镶块平面与动定模套板高出0.1-0.05mm。
4、推板、复位杆与分型面平齐，一般推杆凹入0.1mm或根据用户要求。
5、模具上所有活动部位活动可靠，无呆滞现象pin无串动。
6、滑块定位可靠，型芯抽出时与铸件保持距离，滑块与块合模后配合部位2/3以上。
7、浇道粗糙度光滑，无缝。
8、合模时镶块分型面局部间隙<0.05mm。
9、冷却水道畅通，进出口标志。
10、成型表面粗糙度Rs=0.04，无微伤
铸件图是反映铸件实际尺寸、形状和技术要求的图样，它是铸造生产、铸件检验与验收的主
要依据，也是机械加工工艺装备设计的依据。
铸件图应在完成了铸造工艺图的基础上画出。
连接盘铸件图绘制方法：
（１）在铸件图上，
用粗实线表示铸件的外形轮廓；
用细双点划线表示零件的外形；
在粗实线与细双点划线之间标注加工余量数值；
在剖面图上用网格线表示加工余量或不铸孔、槽等。
（２）尺寸的标注方法多以零件尺寸为基准；
铸件图上标出零件的实际尺寸；
加工余量（包括起模斜度）等则在零件的尺寸线上向外标注；
铸件图也应用符号标出分型面。
（3）铸件图上还应标出公差、硬度、不允许出现的铸造缺陷及检验方法等技术要求。
六、如何确定压铸零件的合金材料成分并给出相应成分的作用成分检测方法：
仪器：
直读光谱仪（看GBT7999）
1、取样：
1.熔炼时，弄一个专门的模具（空心圆柱体），从熔炼炉中舀一勺出来然后浇如入模具中，冷却后取出样；2.铸造时，从分流盘中舀一勺浇如入模具中（同熔炼），冷却后取出样；3.其他，从需要检测的样品上取样
2、制样：
1.熔炼、铸造时取的样，把需要检测的那面用车床车平；2.从需要检测的样品上取的样，如表面粗糙，也需车平后检测
3、检测：
上光谱仪打成分
4、结果：
对比GBT3190或你自己的企标判定。
Al合金材料中各种化学成分的作用
1.合金元素影响
铜元素
铝铜合金富铝部分548时，铜在铝中的最大溶解度为5.65%,温度降到302时，铜的溶解度为0.45%。
铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效
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