汽车雾灯灯座压铸模设计及成型零件制造工艺 本科毕业论文.docx
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汽车雾灯灯座压铸模设计及成型零件制造工艺本科毕业论文
分类号TG249.2
密级公开
宁宁波大红鹰学院
毕业设计（论文）
汽车雾灯灯座压铸模设计及
成型零件制造工艺设计
所在学院
机械与电气工程学院
专业
机械设计制造及其自动化
班级
09机自2班
姓名
张文强
学号
091280239
指导老师
张玉玺
2013年3月31日
诚信承诺
我谨在此承诺：
本人所写的毕业设计（论文）《汽车雾灯灯座压铸模设计及成型零件制造工艺设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。
承诺人（签名）：
年月日
摘要
近年来，我国的铸造生产又取得了长足的进展。
我国虽然是一个铸造大国，但同发达国家相比，各方面的水平还相距甚远。
要跟上当代科技发展的脚步，铸造生产的铸件必须达到高精度、壁薄、高强度的水平要求。
要经济地生产出优质铝合金压铸件，主要是要有合理的压铸工艺和高质量的压铸模。
本课题是针对汽车雾灯灯座进行压铸模设计并分析其制造工艺与压铸工艺，根据零件进行工艺分析，制定工艺方案，选择最优的成型方案。
并选择合适的压铸机，其次进行压铸模具的设计，并制定工序卡片，校核设计过程中的数据，进行优化处理。
关键词：
汽车雾灯灯座，压铸模设计，压铸工艺，成型零件，制造工艺
Abstract
Inrecentyears,castingproductioninourcountryhasmadeconsiderableprogress.AlthoughChinaisagreatpowerforcasting,butcomparedwithdevelopedcountries,thelevelisstillfar.Castingoffoundryproductiontokeepupwiththepaceofcontemporarytechnologymustwithhighprecision,thin-walled,high-strengthlevelrequirements.Toeconomicallyproducehighqualityaluminumdiecasting,areasonablediecastingprocessandhigh-qualitydie-castingmoldaremainlyrequired.
Thistopicisaimedatfoglampholderofcartodesigndie-castingmoldandanalyzethemanufacturingprocessanddiecastingprocess.Accordingtopartsforprocessanalysis,andthendevelopthetechnologyprogram,selecttheoptimalmoldingprogram.Andchoosethediecastingmachine,followedbydie-castingmolddesignanddraftprocessescard,checkingdatainthedesignprocesstooptimizetheprocessing.
Keywords：
foglampholderofcar,die-castingmolddesign,die-castingprocess,formingpart,manufacturingprocess
第1章绪论
1.1背景与意义
1．背景
压力铸造是一种精密的特种铸造方法，是所有特种铸造方法中生产速度最快的一种方法，广泛应用于航空、汽车、电子、日用五金等工业。
压铸模是用在压铸件上的生产压铸件的金属永久模，它是具有不同作用的金属件的组合。
压铸模、压铸机和压铸合金共同构成一个压铸工艺系统。
高速度和高压力是压力铸造时金属液填充成型过程中的两大特点，也是与其他铸造方法最根本的区别。
由于其极快的充填速度，大大提高了生产效率：
但由于要求较高的充填压力，同时也对压铸模和压铸机械有较高的要求。
模具在我国国民经济中的地位非常重要。
模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，而模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。
2．意义
可以综合运用自己所学的知识，来解决一些实际问题。
通过自身的技能水平、理论知识、并结合各方面的资料，来对零件进行设计。
在设计过程中，可以提高实际的工作能力，资料的整理能力，对零件的设计绘图能力，与撰写论文的能力。
并可以在设计当中及时了解自身的不足所在，通过不断的学习，来使自身具备更好的才能。
1.2论文构成及研究内容
1.阅读2篇与课程相关的最新英文文献，并翻译其中一篇；
2.查阅和整理文献并提交一篇反映课题内容的文献综述；
3.提交一份开题报告，完成汽车雾灯灯座零件图、毛坯图及其压铸模具总图设计、确定模具的主要压铸成形工艺参数，选择二个成型零件进行制造工艺设计；
4.按照开题报告的进度计划，独立进行模具设计所需的数据计算，结合相关课程中涉及的经验公式与经验数据，撰写论文。
第2章汽车雾灯灯座压铸件的设计
汽车雾灯灯座零件所选的材料为ADC12，Al-Si-Cu系合金，是一种压铸铝合金。
因为相对于铝合金，锌合金比重较大，且时间长了易老化，抗蚀性差；镁合金比重虽小，但不够耐热，承重能力差；铜合金熔点较高，会降低磨具寿命。
出于汽车雾灯灯座的用途，选择铝合金ADC12作为其成型材料，是因为铝合金表面会形成一层致密的氧化膜，而且耐热，质量轻。
2.1压铸件的精度、表面粗糙度及收缩率
2.1.1压铸件的尺寸精度
参考《金属压铸工艺与模具设计》表3.1压铸件尺寸公差等级，铝合金可能达到的公差等级（GB1800-79）为11，配合尺寸公差等级（GB1800-79）12～13.
孔中心距尺寸
孔中心距尺寸公差如表2.1所示，两圆孔处取0.3，其他处取0.23.
表2.1铝合金孔中心距尺寸公差
基本
尺寸
-18
>18-30
>30-50
>50-80
>80-
120
>120-
160
>160-
210
>210-
260
铝合金
0.1
0.12
0.15
0.23
0.3
0.35
0.4
0.48
2.1.2表面粗糙度
通过查阅资料，选取压铸件的表面粗糙度为GB1031-83的Ra2.5-0.63µm。
2.1.3收缩率
薄壁压铸件收缩率小，厚壁压铸件收缩率大。
压铸件收缩率受模具型腔温度不均匀的影响，靠近浇口处型腔温度高，收缩率较大；远离浇口处型腔温度较低，收缩率较小。
通过查阅资料，查的常用压铸铝合金的计算收缩率为0.5%。
2.2压铸件基本结构单元设计
2.2.1脱模斜度
在设计压铸件时在结构上留有脱模斜度利于压铸件从压铸模中脱出，及防止铸件表面划伤。
在满足压铸件使用要求的条件下，脱模斜度尽可能取大值。
参考下表2.2，取铝合金配合面外表面最小脱模斜度为15'，内表面30'，非配合面外表面最小脱模斜度为30'，内表面1°。
表2.2最小脱模斜度值
合金种类
配合面最小脱模斜度
非配合面最小脱模斜度
外表面
内表面
外表面
内表面
锌合金
10’
15’
15’
45’
铝合金
15’
30’
30’
1°
镁合金
15’
30’
30’
1°
铜合金
30’
45’
1°
1°30’
2.2.2加强筋
由于该零件在圆柱面与椭圆面相交处受力较大，故在该处设置对称布置的加强筋，壁厚均匀且方向与料流方向一致。
在矩形孔和两个圆孔处，由于壁厚较薄，故设置加强筋，可以防止、减少压铸件收缩变形和脱模时的变形和开裂，还可以作为金属液充填时的辅助通道。
2.2.3螺纹孔
在圆柱面与椭圆面相交处的两加强筋之间有两处螺纹孔，从零件上看，两螺纹孔直径很小，如果直接压铸成型，产生收缩时，孔易变形，其中心轴易产生偏斜，影响灯座和车体的配合，故对于两螺纹孔在零件铸造完成后，再进行机械加工，而且机械加工的螺纹孔尺寸精度、形状及表面粗糙度更好一些。
第3章方案论证
3.1一模几腔的论证
由于零件本身几何尺寸较小，根据估算锁模力的计算和所选的压铸机，若选用一模一腔，估算的锁模力远小于压铸机的锁模力，即压铸机压铸能力没有得到充分应用。
而选用一模两腔，估算的锁模力比较接近压铸机的锁模力，而且生产效率得到了提高。
故本设计选用一模两腔。
3.2型芯设置的方案论证
如图3.1所示为汽车雾灯灯座的三维线框图，若不设置型芯，虽然简化了加工制造，但对后期修模来说要求很大，很可能会使模具直接报废。
例如对灯座底板下面的四根小柱子这里采用一个连环方案。
一开始先不在四根小柱子处设置型芯，待加工后观察此处是否粘膜。
若有一处或几处小柱子粘膜，则在成型四个小柱子处通过线切割割出四个孔用于安装四个小型芯，下次生产若再发生粘膜，只需将发生粘膜处的型芯替换掉即可。
设置了型芯可以提高模具的使用周期，对后期修模比较容易，而且提高了互换性。
图3.1汽车雾灯灯座的三维线框图
3.3浇口位置设置的方案论证
若浇口位置设置在曲面的对面侧，如图3.2所示，进浇位置距离曲面较远，不利于曲面的成型，由于角度突变，会产生回流现象，曲面的表面质量也不好。
金属液在充填的过程中因距离较长而损失过多的热量会产生冷隔或花纹。
图3.2浇口位置设置在曲面的对面侧
若浇口位置设置在曲面侧，如图3.3所示，进浇口到曲面距离短，有利于铸件和曲面的成型，对曲面的表面质量有利。
在曲面侧也是压铸件的厚壁处，此处设置较厚内浇口，还可以提高补缩的效果。
图3.3浇口位置设置在曲面侧
3.4冷却系统设置的方案论证
冷却系统是比较重要的，它对模具的寿命、产品的脱模等都有很重要的意义。
如果没有水路就比较容易粘模，导致产品变形。
模具温度过高，造成模具被冲蚀，龟裂。
但是汽车雾灯灯座压铸件较小，且壁薄，其所需的压射比压也不高，压铸件能够自燃冷却而不影响生产，在这里设计了冷却水道没有明显的优势，反而增加了结构的复杂性，所以该模具无需设置冷却系统。
但由于在直浇道和分流锥处集热比较严重，故在此处设置了冷却水管。
第4章分型面设计
4.1分型面的形式与设计原则
将模具适当的地分成两个或两个以上可以分离的主要部分，可以分离部分的接触表面分开时能够取出压铸件及浇注系统，成型时又必须紧密接触，这样的接触表面称为模具的分型面。
分型面的形状基本上有以下几种形式：
平直分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面、直分型面等几种形式。
压铸件上位于模具分型面处的面也就是压铸件上的分型面。
分型面与铸件在模具中的位置、浇注系统及排溢系统的布置、模具的结构、压铸件的精度等有密切的关系，选择分型面应符合以下原则：
（1）分型面应选在压铸件外形轮廓尺寸最大截面处。
（2）选择的分型面应使压铸件在开模后留在动模。
（3）分型面选择应保证压铸件的尺寸精度和表面质量。
（4）分型面应尽量设置在金属流动方向的末端。
（5）分型面选择应便于模具加工。
（6）选择分型面时应尽量减小压铸件在分型面上的投影面积。
（7）在几个方向有型芯的情况下，应尽量将抽芯距短的、投影面积小的型芯作侧向型芯。
4.2分型面的位置设计
由于汽车雾灯灯座的曲面是规则的，所以选择平直分型面，分型面为一平面且平行于压铸机动、定模安装板平面。
该分型面选择在零件的底部如图4.1所示。
图4.1汽车雾灯灯座分型面
第5章浇注系统设计与排溢系统设计
浇注系统与排溢系统是一个不可分割的整体，共同对充填过程起着控制作用。
5.1浇注系统设计
浇注系统是熔融金属在压力作用下充填模具型腔的通道。
在压铸过程中，浇注系统除了引导金属液进入型腔之外，还对压力、速度、温度、排气等起调节作用，所以浇注系统对压铸件质量起重要作用。
因此，正确设计浇注系统是提高铸件质量、稳定压铸生产的关键之一。
本论文所选的压铸机为DCC160，为卧式冷室压铸机，其浇注系统由直浇道、横浇道和内浇口组成，余料与直浇道合为一体。
开模时，整个浇注系统和压铸件随动模一起脱离定模。
5.1.1直浇道设计
DCC160压铸机的直浇道由压室和浇口套构成，如图5.1所示。
压室与浇口套在装配时同轴度要高，否则压射冲头不能顺利的工作。
要设计合理的直浇道，也要选择合理的压室，而压室的选择与压射比压和压室充满度有关。
汽车雾灯灯座压铸件为铝合金，其压射比压范围为25～100MPa，压射比压大了，则可选择较小直径的压室，反之，压射比压小了，则可选择大些的压室。
直浇道的厚度H一般取直径D的1/3-1/2。
浇口套靠近分型面一端的内孔，长度在15-25mm范围内时要加工出1°30′-2°的脱膜斜度。
与直浇道相连接的横浇道一般设在浇口套的上方，防止金属液在压射前流入型腔。
图5.1直浇道示意图
5.1.2横浇道设计
横浇道是连接直浇道和内浇口的通道，横浇道的作用就是把金属液从直浇道引入内浇口内。
横浇道的结构形式和尺寸取决于内浇口的结构、位置、方向和流入口的宽度，而这些因素是根据压铸件的形状、结构、大小、浇注位置和型腔个数来确定的。
横浇道设计原则
（1）横浇道截面积应大于内浇口截面积，否则用压铸机压力-流量特征曲线进行的一切计算都是无效的。
（2）为了减少流动阻力和回炉横浇道，横浇道的长度应尽可能的短，转弯处应采用圆弧过渡。
（3）金属液通过横浇道时的热损失应尽可能地小，保证其在横浇道处比在型腔处和在内浇口处后凝固。
（4）横浇道的截面积应从直浇道开始向内浇口方向逐渐缩小。
横浇道形状及尺寸的确定
横浇道截面形状参考《金属压铸工艺与模具设计》图8.10，推荐选用梯形截面。
梯形截面相比其他形状易于加工，且在流道长度和流道体积相同的情况下流动阻力和热量损失都较小。
圆形截面虽然比较理想，但其加工的工艺性不佳，生产实际中不常用。
故将横浇道截面形状设计成梯形截面，并确定H=10mm,B=12mm,横浇道长度为615mm。
5.1.3内浇口设计
整个浇注系统设计中最重要的就是内浇口的设计，其将金属液根据压铸件的形状、结构，以最佳流动状态引入型腔，从而获得优质的压铸件。
由于本压铸件壁较薄，结构较复杂，故采用较薄的内浇口，这样可以保持必要的充填速度。
从金属液流向来看，应首先充填深腔不易排气的部位，避免先流向分型面而使分型面上的排气槽堵塞，影响排气。
对于内浇口位置的设置，前面已经论证。
内浇口的形式有很多，结合零件的结构形状和一模两腔的设计，此处选用侧浇口，并将内浇口开设在分型面上。
而且这种浇口适应性强，去除浇口也很方便，故在此处选用侧浇口。
内浇口厚度尺寸十分重要，其过大，浇口难去除；其过小，金属液中杂质可能堵住部分内浇口而使内浇口的有效流动面积变小。
参照下表5.1内浇口厚度经验数据和表5.2内浇口宽度和长度的经验公式，结合零件形状结构特征，选取内浇口厚度为1mm，长度为2mm，宽度为45mm。
表5.1内浇口厚度经验数据
合金种类
压铸件壁厚
0.6-1.5
＞1.5-3
＞3-6
＞6
复杂件
简单件
复杂件
简单件
复杂件
简单件
为压铸件壁厚的百分数
铅、锡合金
0.4-0.8
0.4-1.0
0.6-1.2
0.8-1.5
1.0-2.0
1.5-2.0
20-40
锌合金
0.4-0.8
0.4-1.0
0.6-1.2
0.8-1.5
1.0-2.0
1.5-2.0
20-40
铝、镁合金
0．6-1.0
0.6-1.2
0.8-1.5
1.0-1.8
1.5-2.5
1.8-3.0
40-60
铜合金
—
0.8-1.2
1.0-1.8
1.0-2.0
1.8-3.0
2.0-4.0
40-60
表5.2内浇口宽度和长度的经验公式
内浇口进口部位铸件形状
内浇口宽度
内浇口长度
说明
矩形或方形板件
铸件边长的0.6-0.8倍
2-3
指从铸件中轴线处侧向注入，如离轴线一侧的端浇口或点浇口则不受此限
圆形板件
铸件外径的0.4-0.6倍
内浇口以割线注入
圆环形、圆筒形
铸件外径或内径的0.25-0.3倍
内浇口以切线注入
方框件
铸件边长的0.6-0.8倍
内浇口以侧壁注入
5.2溢流与排气系统设计
溢流槽和排气槽的设置能消除局部紊乱造成的缺陷，还可以弥补因浇注系统设计不合理而造成的铸造缺陷，从而提高压铸件的质量。
因此，在模具设计中，通常将排溢系统和浇注系统作为一个整体来考虑。
对于汽车雾灯灯座这一压铸件，在矩形孔和两圆孔处，由于铸件壁较薄且强度不够，故在此处设置溢流槽可以集热，提高铸件的强度。
在曲面的对面设置溢流槽可以容纳最先进入型腔的冷金属液和混入其中的气体和杂质，避免金属液产生冷隔、气孔和夹渣，提高了压铸件的质量。
同时这些部位溢流槽的设置可以作为推杆的推出位置，从而避免灯座的变形，以及表面留有痕迹，还可以改善型腔温度场的分布。
第6章压铸机的选择与校核
该汽车雾灯灯座几何尺寸为75×58×30mm。
该零件尺寸较小，在方案论证中确定采用一模两腔进行压铸。
6.1估算锁模力
（6.1）
A：
为含浇排系统在内的全铸件在分型面上的投影面积
P：
比压，根据压铸件强度要求（致密性好）等选择，一般选择80MPa，压铸件投影面积为4306mm²
则
mm²≈130cm²，
吨
6.2预选压铸机
根据锁模力的计算，结合压铸件技术要求，如有耐压、强度要求等选择DCC160压铸机。
DCC160压铸机的技术参数表如表6.1所示。
表6.1DCC160压铸机的技术参数表
项目
DCC160
单位
锁模力
1600
kN
锁模行程
380
mm
模板尺寸（水平×垂直）
680×680
mm
哥林柱内距
460×460
mm
哥林柱直径
85
mm
压射力（增压）
254
kN
射料行程
340
mm
冲头直径
405060
mm
射料量（铝）
0.81.251.8
kg
铸造压力（增压）
19812788
MPa
铸造面积
80125180
cm²
最大铸造面积（40MPa）
400
cm²
射料位置
-140
mm
冲头退出距离
135
mm
压室法兰直径
110
mm
压室法兰突出定板高度
10
mm
顶出力
108
kN
顶出行程
85
mm
系统工作压力
14
MPa
电机功率
15
kW
油箱容量
400
L
机器重量
6400
kg
机器外形尺寸（长×宽×高）
5300×1600×2700
mm
6.3比压选择与核算
根据液体力学原理可知，
冲头压射力=射出缸推
（6.2）
即：
压射比压
冲头截面积=系统工作压力
压铸机压射缸截面积
上式说明冲头直径越小则压室截面积越小，所能获得的压射比压越大
则：
该压铸机在70mm压室直径状态下可提供的最大比压为88MPa大于80MPa，
说明上述比压选择合理可行。
6.4充填率计算
（6.3）
M总:
包括浇排系统在内的铸件总重量
（一模多腔时，M总=一个铸件的重量X模腔数+浇排系统重量）
Ap：
冲头截面积
Lk：
空压射行程
：
合金液密度
这里：
，冲头直径
，空压射行程
，
合金液密度
则：
，符合标准30%-70%
6.5定型
初选的DCC160压铸机经各项校核都符合要求，所以此设计的压铸机最终确定为卧式冷压室压铸机型号为DCC160。
第7章汽车雾灯灯座压铸模成型零件设计
压铸模由成型零件和结构零件组成。
成型零件为模具结构中构成型腔的零件。
模具所必要的其他零部件统称结构零部件。
7.1成型零件结构设计
7.1.1成型零件结构形式
压铸模成型零件主要是指镶块和型芯。
一般浇注系统、溢流与排气系统也在成型零件上加工而成。
成型零件在结构上分为整体式和镶拼式，在本设计中采用镶拼式。
相比整体式，镶拼式结构成型零件模具制造质量更高，节省优质钢材，方便更换与修理，有利排气，而整体式的加工困难，精度不高且批量小，影响效率。
故在此设置镶拼式结构。
7.1.2成型零件的固定
镶块的固定
镶块是装在套板内加以固定的，其固定形式要求与相关零件保持稳定性和可靠性，且便于加工和装拆。
这里选用盲孔的套板，镶块通过螺钉直接固定在套板上。
型芯的固定
型芯在这里采用台阶式的固定方式，型芯只要靠台阶固定在镶块和动模套板内，相比螺钉式、螺塞式和销钉式，台阶式的制造和装配都要方便很多。
7.1.3成型零件结构尺寸
参考镶块壁厚尺寸推荐表，如表7.1所示。
汽车雾灯灯座压铸件尺寸大小为75×58×30mmmm，所以选择≤80mm一栏，镶块壁厚S初步选为30mm，考虑设置溢流槽的设置以及压铸机压射中心到零件中心的位置，确定动定模宽度尺寸为185mm，结合型腔的长度、型腔的间距、溢流槽的设置及溢流槽到动定模边缘的距离，确定动定模长度尺寸为280mm。
定模厚度为80mm，动模厚度为40mm。
表7.1镶块壁厚尺寸推荐表
简图
型腔边长尺寸L
型腔深度H1
镶块壁厚S
镶块底厚H
≤80
5-50
15-30
≥15
＞80-120
10-60
20-35
≥20
＞120-160
15-80
25-40
≥25
＞160-220
20-100
30-45
≥30
＞220-300
30-120
35-50
≥35
＞300-400
40-140
40-60
≥40
＞400-500
50-160
45-80
≥45
第8章汽车雾灯灯座压铸模模体设计与计算
8.1确定动定模套板边框厚度尺寸
动定模套板的作用是固定镶块、型芯，设置抽芯机构。
不通孔的动定模套板还起到定模板和动模支承板的作用。
套板一般承受拉伸、弯曲、压缩等作用力，设计套板时主要对套板的边框厚度进行计算，见图8.1。
图8.1矩形套板边框厚度
矩形套板边框厚度按下公式计算：
（8.1）
F1——边框长侧面受的总压力（N）；F1=PL1H1；
F2——边框短侧面受的总压力（N）；F2=PL2H2；
L1——型腔长侧面长度（m）；
L2——型腔短侧面长度（m）；
边框长侧面受的总压力：
；
边框短侧面受的总压力：
；
套板边框厚度：
结合压铸机上模具安装法兰盘直径为101mm，压室法兰突出定板高度为12mm，浇口套在法兰盘处的壁厚约为10mm，该处套板留出防开裂厚度为15mm左右，则最终确定定模套板尺寸为480mm×385mm×120mm。
8.2动定模座板与垫块的设计
8.2.1定模座板的设计
定模座板与定模套板构成压铸
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