铝合金罩壳压铸模具设计.docx

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铝合金罩壳压铸模具设计

大学理工学院

毕业设计说明书

设计题目：

罩壳压铸模具设计（ZL102）

设计编号：

学院：

专业：

材料成型及控制工程

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：

年月日

答辩日期：

年月日

罩壳压铸模具设计

摘要

压铸模中根据模具的各部份的作用不同，可归纳为以下几部份机构组成，推出机构：

如推杆，推管，顶针，推板，顶板等；导向机构：

如导柱，导套等；复位机构：

如复位杆待；抽芯机构：

如机动，手动抽芯机构，滑块，锁模块，等；排溢系统：

如溢浇槽，排气槽;冷却系统：

如水路，水嘴，隔水部件等；支撑部件：

如模板，模脚等；本次为表盖的压铸模具的设计，本次设计以以上各机构设计要点为原则精心设计的，以下就是本次压铸模具设计的过程说明，及相关知识要点介绍。

由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:

2215891151

关键词：

压铸机；压铸工艺应用；压铸模结构；金属压铸成形性能；试模

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keywords:

Diecastingmachine;castingprocessapplication;diecastingmoldstructure;;metaldie-castingformingproperties;testmode

目录

中文摘要……………………………………………………………………………………1

目录………………………………………………………………………………………3

引言…………………………………………………………………………………………5

1对压铸件进行工艺性分析………………………………………………………………7

1.1常用压铸合性能分析………………………………………………………………7

1.1.1压铸铝合金的化学成分和力学性能……………………………………………7

1.1.2压铸铝合金性能要求……………………………………………………………9

1.2压铸模具结构简介…………………………………………………………………11

1.3压铸模具结构和尺寸精度及表面质量分析………………………………………12

1.4计算压铸件的体积和重量…………………………………………………………14

2初选压铸机的型号和规格……………………………………………………………16

3压铸工艺参数的确定…………………………………………………………………17

4压铸模的结构设计……………………………………………………………………19

4.1分型面选择…………………………………………………………………………19

4.2浇注系统的确定……………………………………………………………………20

4.3确定型腔、型芯的结及固定方式…………………………………………………24

4.4型腔和型芯的工作尺寸计算………………………………………………………26

4.5动模支承板厚度计算………………………………………………………………27

4.6确定推出结构类型…………………………………………………………………28

4.7确定模具的导向机构………………………………………………………………28

5压铸机使用和维护……………………………………………………………………29

5.1压铸机外观…………………………………………………………………………29

5.2液压系统……………………………………………………………………………29

5.3电器部分……………………………………………………………………………31

5.4电器控制箱…………………………………………………………………………32

5.5外部线路的保养……………………………………………………………………33

5.6外部信号装置的保养………………………………………………………………32

5.7合模部分……………………………………………………………………………33

5.8压射部分……………………………………………………………………………34

5.9润滑部分……………………………………………………………………………34

5.10冷却系统…………………………………………………………………………35

6试模……………………………………………………………………………………35

7校核计算………………………………………………………………………………37

7.1模具厚度参数校核…………………………………………………………………38

7.2金属入量校核………………………………………………………………………39

7.3顶出行程校核………………………………………………………………………39

小结………………………………………………………………………………………40

谢辞………………………………………………………………………………………41

参考文献…………………………………………………………………………………42

引言

随着科技的进步与铸造业的蓬勃发展，不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。

以应用最广泛的砂型铸造为例，铸型准备包括造型材料准备和造型造芯两大项工作。

砂型铸造中用来造型造芯的各种原材料，如铸造砂、型砂粘结剂和其他辅料，以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质，选择合适的原砂、粘结剂和辅料，然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。

常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和叶片沟槽式混砂机。

后者是专为混合化学自硬砂设计的，连续混合，速度快。

　造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的基础上进行的。

铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于这道工序。

在很多现代化的铸造车间里，造型造芯都实现了机械化或自动化。

常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、抛砂机、无箱射压造型机、射芯机、冷和热芯盒机等。

　铸件自浇注冷却的铸型中取出后，有浇口、冒口、金属毛刺、披锋和合模线，砂型铸造的铸件还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。

进行这种工作的设备有磨光机、抛丸机、浇冒口切割机等。

砂型铸件落砂清理是劳动条件较差的一道工序，所以在选择造型方法时，应尽量考虑到为落砂清理创造方便条件。

有些铸件因特殊要求，还要经铸件后处理，如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。

　铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。

如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。

有些难以切削的零件，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。

　另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。

因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。

铸造生产经常要用的材料有各种金属、焦炭、木材、塑料、气体和液体燃料、造型材料等。

所需设备有冶炼金属用的各种炉子，有混砂用的各种混砂机，有造型造芯用的各种造型机、造芯机，有清理铸件用的落砂机、抛丸机等。

还有供特种铸造用的机器和设备以及许多运输和物料处理的设备。

　　铸造生产有与其他工艺不同的特点，主要是适应性广、需用材料和设备多、污染环境。

铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声对环境的污染，比起其他机械制造工艺来更为严重，需要采取措施进行控制。

　　对于铸造工程师以及机械结构设计工程师而言，热处理是一项非常有意义，而具甚高价值用以改进材料品质的方法，借热处理可以改变或影响铸铁的组织及性质，同时可以获得更高的强度、硬度，而改善其磨耗抵抗能力等等。

　　由于目的不同，热处理的种类非常多，基本主要可分成两大类，第一类是组织构造不会经由热处理而发生变化或者也不应该发生改变的，第二则是基本的组织结构发生变化者。

第一热处理程序，主要用於消除内应力，而此内应力系在铸造过程中由於冷却状况及条件不同而引起。

组织、强度及其他机械性质等，不因热处理而发生明显变化。

对於第二类热处理而言，基地组织发生了明显的改变，可大致分为五类：

（1）软化退火：

其目的主要在於分解碳化物，将其硬度降低，而提高加工性能，对於球状石磨铸铁而言，其目的在於获得具有甚高的肥力铁组织。

（2）正常化处理：

主要用改进或是使完全是波来铁组织的铸品获得均匀分布的机械性质。

（3）淬火：

主要为了获得更高的硬度或磨耗强度，同时的到甚高的表面耐磨特性。

（4）表面硬化处理：

主要为获得表面硬化层，同时得到甚高的表面耐磨特性。

（5）析出硬化处理：

主要是为获得高强度而伸长率并不因而发生激烈的改变。

铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。

此外，节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。

为适应这些要求，新的铸造合金将得到开发，冶炼新工艺和新设备将相应出现。

铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时，将更多地向柔性生产方面发展，以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。

节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展，少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。

质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面，将有新的发展。

1.对压铸件进行工艺性分析

1.1常用压铸合性能分析

1.1.1压铸铝合金的化学成分和力学性能如下表

。

合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。

流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。

铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。

（1） 流动性

 流动性是指合金液体充填铸型的能力。

流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。

在铝合金中共晶合金的流动性最好

    影响流动性的因素很多，主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头）的高低。

    实际生产中，在合金已确定的情况下，除了强化熔炼工艺（精炼与除渣）外，还必须改善铸型工艺性（砂模透气性、金属型模具排气及温度），并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度，保证合金的流动性。

（2） 收缩性

    收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。

一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。

合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。

通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。

    铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。

    ①体收缩

    体收缩包括液体收缩与凝固收缩。

    铸造合金液从浇注到凝固，在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩，这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。

集中缩孔的孔径大而集中，并分布在铸件顶部或截面厚大的热节处。

分散性缩孔形貌分散而细小，大部分分布在铸件轴心和热节部位。

显微缩孔肉眼难以看到，显微缩孔大部分分布在晶界下或树枝晶的枝晶间。

    缩孔和疏松是铸件的主要缺陷之一，产生的原因是液态收缩大于固态收缩。

生产中发现，铸造铝合金凝固范围越小，越易形成集中缩孔，凝固范围越宽，越易形成分散性缩孔，因此，在设计中必须使铸造铝合金符合顺序凝固原则，即铸件在液态到凝固期间的体收缩应得到合金液的补充，是缩孔和疏松集中在铸件外部冒口中。

对易产生分散疏松的铝合金铸件，冒口设置数量比集中缩孔要多，并在易产生疏松处设置冷铁，加大局部冷却速度，使其同时或快速凝固。

 ②线收缩

    线收缩大小将直接影响铸件的质量。

线收缩越大，铝铸件产生裂纹与应力的趋向也越大；冷却后铸件尺寸及形状变化也越大。

    对于不同的铸造铝合金有不同的铸造收缩率，即使同一合金，铸件不同，收缩率也不同，在同一铸件上，其长、宽、高的收缩率也不同。

应根据具体情况而定。

    （3） 热裂性

    铝铸件热裂纹的产生，主要是由于铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力，大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化，失去金属光泽。

裂纹沿晶界延伸，形状呈锯齿形，表面较宽，内部较窄，有的则穿透整个铸件的端面。

    不同铝合金铸件产生裂纹的倾向也不同，这是因为铸铝合金凝固过程中开始形成完整的结晶框架的温度与凝固温度之差越大，合金收缩率就越大，产生热裂纹倾向也越大，即使同一种合金也因铸型的阻力、铸件的结构、浇注工艺等因素产生热裂纹倾向也不同。

生产中常采用退让性铸型，或改进铸铝合金的浇注系统等措施，使铝铸件避免产生裂纹。

通常采用热裂环法检测铝铸件热裂纹。

    （4） 气密性

    铸铝合金气密性是指腔体型铝铸件在高压气体或液体的作用下不渗漏程度，气密性实际上表征了铸件内部组织致密与纯净的程度。

1.1.2压铸铝合金的性能要求

一、铝合金的特点

1.比重大。

2.铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑。

3.可进行表面处理：

电镀、喷涂、喷漆。

4.熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模。

5.有很好的常温机械性能和耐磨性。

6.熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型。

使用过程中须注意的问题：

1.抗蚀性差。

当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形，表现为体积胀大，机械性能特别是塑性显著下降，时间长了甚至破裂。

铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小，因而集中于晶粒边界而成为阴极，富铝的固溶体成为阳极，在水蒸气（电解质）存在的条件下，促成晶间电化学腐蚀。

压铸件因晶间腐蚀而老化。

2.时效作用

铝合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低。

但由于压铸件的凝固速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度是大大地饱和了。

经过一定时间之后，这种过饱和现象会逐渐解除，而使铸件地形状和尺寸略起变化。

3铝合金压铸件不宜在高温和低温（0℃以下）的工作环境下使用。

锌合金在常温下有较好的机械性能。

但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。

图1时效时间对铝合金屈服强度和冲击韧性的影响

图2温度对抗拉强度的影响

二、铝合金种类

Zamak3:

良好的流动性和机械性能。

应用于对机械强度要求不高的铸件，如玩具、灯具、装饰品、部分电器件。

Zamak5:

良好的流动性和好的机械性能。

应用于对机械强度有一定要求的铸件，如汽车配件、机电配件、机械零件、电器元件。

Zamak2:

用于对机械性能有特殊要求、对硬度要求高、尺寸精度要求一般的机械零件。

ZA8:

良好的流动性和尺寸稳定性，但流动性较差。

应用于压铸尺寸小、精度和机械强度要求很高的工件，如电器件。

Superloy:

流动性最佳，应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件，如电器元件及其盒体。

不同的铝合金有不同的物理和机械特性，这样为压铸件设计提供了选择的空间。

三、铝、合金的选择

选择哪一种铝合金，主要从三个方面来考虑

1.压铸件本身的用途，需要满足的使用性能要求。

包括：

（1）力学性能，抗拉强度，是材料断裂时的最大抗力；

伸长率，是材料脆性和塑性的衡量指标；

硬度，是材料表面对硬物压入或摩擦所引起的塑性变形的抗力。

（2）工作环境状态：

工作温度、湿度、工件接触的介质和气密性要求。

（3）精度要求：

能够达到的精度及尺寸稳定性。

2.工艺性能好：

（1）铸造工艺；

（2）机械加工工艺性；

（3）表面处理工艺性。

此铸件压铸合金，给定ZL102，由手册P10表2-3得:

抗拉强度b≥16公斤/㎜2=160N/㎜2=160mPa，伸展率≥2%，HB≥50

1.2压铸模结构简介。

下图为一普通压铸模具图，

推板推出结构

有抽芯机构的压铸模

由此可见压模主是由推出机构,导向机构,抽芯机构,排溢系统,冷却系统,支撑部件：

等组成

1.3压铸件的结构和尺寸精度及表面质量分析

产品的成品图如下

成品图

此零件结构比较简单，顶部无孔，内腔有长凸台，壁厚较薄而均匀，A-A部面处有孔，零件大多数为平面据合金材料为铝合金对角线为202.5mm查表3.1得公差等级为IT6,尺寸公差为0.88，型位公差为0.4，用压铸方法能达到尺寸精度要求，压铸件材料为ZL102，由表9.6查得其平均收缩率1.1%产品为壳类产品，主要外形特征表现圆形，体上有偏心通孔特征，产品高度不高，结构简单，无倒扣和不规侧的形状特征。

该零件尺寸均为一般重要性尺寸，这些尺寸精度为IT6级（GB/T1486—1993）便可，

此产品为外面无特殊要求，只要表面无明显成型缺陷便可。

该零件使用时无特殊受力要求，

1.4计算压铸件的体积和重量：

首先用UG三维软件把产品的三维模建立起来，模型如下图

用分析……..质量特性，查询产品的体积为

V=174892.9430mm^3=174.9cm^3

如下图

查设计手册后得知ZL102的密度为2.7g/cm^3,编辑产品密度

根据公式M=ρV=2.7x174.9=472.2（g）

2.初选压铸机的型号和规格

2.1根据压铸机所需锁模力及压容量选择压铸机

（1）压铸压力的选择。

在保证铸件成型和使用要求的前提下，选用较低的比压，此件为一般件，范围为30～50Mpa，选用50Mpa.

（2）压铸速度一般铝合金铸件常用的充填速度为15～25m/s此处选取25m/s。

（3）温度参数。

浇注温度铸件的平均壁厚<3mm，为结构简单件，范围610~650℃。

取650℃压铸模温度T型=

t浇±△t=

×650±25℃即范围在193~243℃预热温度范围150°～180°取150°左右。

连续工作温度取200°左右。

（4）时间参数

1.充填时间查课本得：

平均壁厚为2㎜，充填时间为0.018～0.026s。

2.持压时间查课本得：

取2s。

3.停留时间是指从压铸终了到压铸模打开的时间。

查课本得：

可取7～12s取12s。

（5）计算锁模力

根据金属压铸工艺与模具设计式（6.1）锁模力为：

Fs≥KFz=K·PbA·103

因为侧型芯A很小忽略Fs取K=1.2

而投影面积A=170×110=187×10-4㎜2

查表4.2得P=25MPa

故锁模力:

Fs≥KFz=1.2×25×187×10-4×103=561KN

由附录A查的J113型压铸机锁模力为1250KN，大于计算所需锁模力561KN取压室直径￠50㎜则相应的最大压射比为:

Pbmax=4Fymax/πD2

式中Fymax——最大压射力（N）

PBmax——最大压射比（pa）

D——压室直径（m）

由附录A查得Fymax=13.72×104N

则：

Pbmax=4×13.72×104/3.14×602×10-6

=46.7×106Pa

忽略Fs按式中（6.1）取K=1.2则

Fs=1.2×46.7×187×10-4×103

=1048KN

实际所需锁模力1048KN小于J1113型压铸机的额定锁模力1250KN，故此压铸机能满足锁模力的要求，若压铸件生产厂有现成压铸机，则尽可能在现有压铸机中选用合适的

（6）校核压室容量

卧式冷压铸机而产品的重量为472.2g,我们知道，实际注射量应在额定注射量的80%~以内，所以应该选择额定注射量在590g以上的机型。

由附录A可知J1113型压铸机室直径为￠60mm时，压室内铝合金浇入量为2kg，故J1113型压铸机能满足要求据此初步确定选用J1113型我们初步选用J1113型压铸机

3.压铸工艺参数的确定

压铸工艺包含广泛，几种主要参数~·1.压力参数~2.速度参数~3.温度参数~4.时间参数~5.定量浇料和压室充满度"u4I'b（b1`&?

.^9K;^6e

（1）压铸工艺之~~压力参数

XXXXXXXXXX......此处删除无数+N个字，完整设计请加扣扣:

2215891151

4.7确定模具的导向机构

本表壳无滑块侧抽，也无斜顶等抽芯，所以模具导向机构只要设计动定模合模导向机构。

合模导向机构选用导柱导套配合导向。

如下图

5,压铸机使用和维护。

5.1压铸机外观

每日下班前，必须清理机器上沾附的合金屑、油污，重点注意曲肘（机铰）、拉杠（哥林柱）、压铸型（模）、压射室（料筒）上的清洁。

1.2对于镁合金卧式冷室压铸机，每日下班前应将输料（给汤）管道内的冷料及注料（给汤）泵室内的料渣清理干净，以防射料堵塞。

因镁合金屑易燃，应及时清理镁合金屑，车间内不应有镁合金屑堆积现象。

1.3检查油箱、液压泵、液压缸、液压马达、液压阀、管接头及力表、油路板连接处是否有漏油现象，如有应及时处理。

5.2液压系统

2.1压铸机在工作中应杜绝使用变质、稠化及有沉积物的液压油，在更换液压油时不要把新旧液压油混合使用，每次换油后务必装好油箱盖。

2.2新机操作500小时后应更换液压油，此后每2000个操作小时更换一次。

每次更换液压油时，应将过滤器滤芯清理干净：

卸出滤芯、浸入干净柴油中，用钢刷清洗，再用压缩空气吹干净。

2.3、拆卸任何高压部件时，如液压阀、输油管等，由于内部可能存在残留压力，因此，在松开螺钉时，应慢速松开，待残留压力卸完，才能将螺钉全部松开。

2.4、每半年检查一次各油管接头、油阀的安装螺钉等连接件，如有松动要及时紧固，以防泄漏或液压系统有空气进入。