压铸模具设计与制造

压铸模具设计与制造编写：王华目录第一节压铸成型技术概述第二章压铸零件结构创新设计第一章压铸模具基础第三章压铸模具创新设计第四章新型压铸模具目录第一节压铸成型技术概述第六章提高压铸模具寿命第五章压铸模具制造新工艺第七章压铸模具CAD/CAE/CAM第一章压铸模具基础•压铸成型技术概述•压铸模设计基础第一节压铸成型技术概述一、压铸成型技术简介压力铸造简称压铸，是利用压铸机的压力作用将合金熔融液体以一定速度充填满按照一定的零件结构和工艺要求设计并经过精密制造的模具型腔，且合金熔融液体保持在一定压力作用下，在模具型腔中冷却凝固并成型的一种高效益、高效率的精密铸造技术。二、压铸成型技术的特点与应用范围1、压铸成型技术的特点高压、高速是压铸液态或半液态金属充填成型过程的两大主要特点，也是压铸成型技术与其它铸造方法最根本的区别。2、压铸成型技术的应用范围压铸技术是最先进的金属成型方法之一，是实现少切屑、无切屑的有效途径。目前压铸用的合金已不再仅局限于锌、铝、镁和铜等合金，而是逐渐扩大到用铸铁和铸钢等铁合金来生产压铸件。三、压铸成型技术的发展趋势由于采用压铸成型技术，对企业有其积极和明显的经济效益。今后压铸成型技术的发展方向为：⑴、压铸成型技术向智能化方向发展。⑵、研发压铸新材料，满足工业技术进步的需要。⑶、研发新式压铸设备，提高自动化水平。⑷、发展新型检测技术。⑸、发展压铸新技术，改善和提高压铸工艺水平。⑹、提高压铸模寿命，降低生产成本，以解决黑色金属压铸问题。第二节压铸模设计基础一、压铸模设计概述压铸时，压铸模、压铸机、压铸合金通过压铸工艺参数的相互联系协调，共同完成压铸件的压铸成型过程。压铸模在压铸生产过程中的作用如下：①、确定浇注系统，特别是内浇口位置和导流方向以及排溢系统的位置，它们共同决定着熔融金属的填充条件和成型状况；②、压铸模是压铸件的复映，决定了压铸件的形状和精度；③、模具成型表面的质量直接影响压铸件的表面质量以及脱模阻力的大小；④、在压铸成型后，保证压铸件顺利从压铸模中脱出，且推出模体后，应无变形、破损等现象的发生；⑤、模具具备的强度和刚度承受压射力以及内浇口速度对模具的冲击；⑥、在压铸过程中，控制和调节模具的热交换和热平衡；⑦、最大限度发挥压铸机成型效率。二、压铸模设计的基本原则⑴、充分了解压铸件的用途和与其它结构件的装配关系，并根据压铸件的结构特点、使用性能，在模具设计时分清主次，突出模具结构的重点以及结合模具加工的工艺性，合理选择模具的分型面、型腔数量和布局形式、压铸件的推出形式和侧向脱模形式。⑵、了解现场模具实际的加工能力，如现有的设备和可协作单位的装备情况，以及操作人员的技术水平，结合实际地设计出符合现场加工能力的模具结构形式。⑶、模具应适应压铸生产的各项工艺要求，选择符合压铸工艺要求的浇注系统和排溢系统，特别是内浇口位置、内浇口速度和液流方向，应使金属液流动平稳、顺畅，并有序地排出型腔内的气体，以达到良好的填充效果和避免压铸缺陷的产生。⑷、在保证压铸件质量稳定和安全生产的前提下，压铸模应具备：①、结构简单、先进合理，运行准确可靠，减少操作程序。②、操作方便，安全快捷，易损零件拆卸方便，便于维修，制造成本低。③、有较高的压铸效率，实现充模快、开模快、脱模机构灵活可靠以及自动化程度高等特点。⑸、模具结构件应满足机械加工工艺和热处理工艺的要求。选材适当，尤其是各成型零件和其它与金属液直接接触的零件，应选用优质耐热钢，并进行淬硬处理，使其具有足够抵抗热变形能力、疲劳强度和硬度等综合力学性能以及耐蚀性能。⑹、应充分考虑模具温度变化对相对滑动部位的配合精度带来的影响。⑺、模具设计应在可行性的基础上，对经济性进行综合考虑。①、模具总体结构力求简单、实用，综合造价低廉。②、应选取经济、实用的尺寸配合精度。③、注意减少浇注系统余料的消耗量。⑻、设法提高模具的使用寿命。⑼、掌握压铸机的技术特性，充分发挥压铸机的技术功能和生产能力。模具安装应方便、可靠。⑽、模具设计时应留有充分的修模余地。⑾、模具应尽可能采用标准化、通用化零件，以缩短模具设计和制造周期，方便管理。⑿、模具设计完成后应进行评审，广泛听取各方面的意见，吸收有益的建议，对模具结构加以充实和完善。三、压铸模设计的程序和内容压铸模设计的内容一般分为工艺设计和结构设计两部分。1、压铸模工艺设计工艺设计实际上是为模具结构设计打好基础，其重点是从压铸件出发，结合压铸生产的特点对压铸件结构进行分析，确定工艺方案和使用的压铸机。其主要工作包括：⑴、取得必要的资料和数据，并加以研究、消化；⑵、对压铸件的零件图进行工艺性分析；⑶、确定机械加工部位，加工余量和加工时的工艺措施以及定位基准等。⑷、根据零件进行压铸工艺性设计；⑸、选定压铸机型号；⑹、绘制压铸件毛坯图；2、压铸模结构设计结构设计是在工艺设计的基础上，确定压铸模总体结构和各个零件的细节和技术要求。其内容包括：⑴、压铸模总体结构设计⑵、压铸模结构的细节设计⑶、压铸模的校核四、压铸模的基本结构1、压铸模的基本结构细分压铸模结构主要由以下五部分组成：⑴、成型部分⑵、浇注系统⑶、模架部分⑷、侧抽芯机构⑸、温度控制系统2、压铸模的分类根据所使用的压铸机类型的不同，压铸模主要有以下几种基本结构形式：⑴、热压室压铸机用压铸模⑵、立式冷压室压铸机用压铸模⑶、全立式压铸机用压铸模⑷、卧式冷压室压铸机用压铸模五、压铸模具设计的发展趋势为了适应用户对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，模具设计必然会有如下发展趋势：⑴、模具设计由经验设计阶段向理论计算和计算机辅助设计方向发展，CAD/CAM/CAE技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，极大地提高模具加工精度，缩短模具设计加工周期，减少产品开发时间。⑵、模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向展；⑶、提高模具标准化水平和模具标准化利用率；⑷、模具向着精密、复杂、大型化的方向发展；⑸、基于知识的工程（KBE）技术。第二章压铸零件结构创新设计•压铸件基本元素创新设计•压铸件结构创新设计•压铸件的精度、表面粗糙度和加工余量第一节压铸件基本元素创新设计一、压铸件的壁厚和加强筋壁厚是决定压铸件质量的关键。影响压铸件壁厚的主要因素有:合金材料、压铸件功能与结构、压铸工艺等。为了保证良好的压铸件质量，一般推荐的最小壁厚和合理壁厚见表1。表1压铸件最小壁厚和合理壁厚壁最大单面表面积a×b(㎝²)壁厚ｔ/mm锌合金铝合金镁合金铜合金最小合理最小合理最小合理最小合理≤250.51.50.82.00.82.00.81.5＞25～1001.01.81.22.51.22.51.52.0＞100～5001.52.21.83.01.83.02.02.5＞5002.02.52.54.02.54.02.53.0筋的结构形式多种多样，但设计筋应遵循的原则和注意事项如下：1、对称布置，分布均匀；避免多筋交叉。2、与进浇料流方向一致，避免料流紊乱。3、筋的厚度一般小于相邻壁的厚度。当壁厚小于1.5mm时，一般不设置加强筋。筋的截面结构尺寸与壁厚的关系见表24、应适当增大加强筋的脱模斜度。表2筋的结构尺寸与壁厚的关系结构尺寸说明ｔ1=2/3t～3/4t(t≤3)；ｔ1=0.4t～0.7t（t＞3）。r=0.5mm～t1。R=t/2～t。Η≤5t(t≤3)；H=2/3t～t（t＞3）。t——筋相邻壁的厚度（一般t≤6～8mm）t1——筋的最小尺寸r——筋顶端圆角半径R——筋根部圆角半径H——筋的高度二、铸造圆角压铸件壁与壁相交的各面，应采用圆角圆滑过渡（分型面除外）。适当的圆角有利于零件压铸成型；避免尖角产生应力集中，导致压铸件开裂，提高压铸件强度；避免模具型腔尖角存在，防止模具早期龟裂和崩角。压铸件最小圆角半径见表3。表3压铸件最小圆角半径（mm）压铸合金最小圆角半径压铸合金最小圆角半径锌合金0.5铝、镁合金1.0铝锡合金0.5铜合金1.5三、压铸件的孔和槽压铸工艺可以将孔、槽直接铸造成型，但过小的型芯容易变形，甚至导致模具过早损伤。压铸最小孔径及孔径与深度的关系见表表4。表4压铸最小孔径及孔径与深度的关系（mm）孔径合金类别最小孔径d孔的最大深度最小脱模斜度合理的技术可行的盲孔通孔d＞5d≤5d＞5d≤5锌合金1.50.86d4d12d8d0°15′铝合金2.52.04d3d8d6d15′～45′镁合金2.01.55d4d10d8d0°30′铜合金4.02.53d2d5d3d1.5°～2.5°说明：1、表内深度系指固定型芯，对单个活动型芯其深度可适当增加；2、对直径较大、精度要求不高的孔，抽拔深度也可适当增加。四、螺纹与齿轮一般螺纹和齿轮都能直接通过压铸成型。能够压铸螺纹的极限尺寸见表5。能够压铸齿轮的最小模数、精度及斜度见表6。表5压铸螺纹极限尺寸（mm）合金材料最小螺距p最小螺纹直径最大螺纹长度L外螺纹D内螺纹d外螺纹内螺纹锌合金0.756108p5p铝合金1.010206p4p镁合金1.06146p4p铜合金1.512——6p——说明：外螺纹D为外径；内螺纹d为内径。表6压铸齿轮的最小模数、精度及斜度项目锌合金铝合金镁合金铜合金最小模数/mm0.30.50.51.5精度等级3333拔模斜度15′30′30′45′五、工艺纹路、文字、标志和图案压铸件上设计工艺纹路或文字、标记和图案时，应考虑模具结构，避免模具细小凸起，降低模具寿命；所以应设计成凸起的工艺纹路或文字、标记和图案。图1文字、标记和图案结构凸起形式图2文字、标记和图案结构凹下形式六、脱模斜度设计压铸件，应在结构上沿出模方向留有结构斜度或足够的工艺斜度，减少压铸件与模具的摩擦，保证压铸件从模具中顺利取出。压铸件的最小脱模斜度见表7。表7压铸件的最小脱模斜度合金材料配合面最小脱模斜度非配合面最小脱模斜度外表面α内表面β外表面α内表面β锌合金0°10′0°15′0°15′0°45′铝、镁合金0°15′0°30′0°30′1°铜合金0°30′0°45′1°1°30′说明：表中数值仅适用于型腔深度或型芯高度≤50mm，表面粗糙度为Ra0.4μm时；但大端与小端的尺寸单面差≥0.03mm。七、嵌件设计带嵌件压铸件时，应注意的事项如下：1、嵌件与压铸件应结合牢固，防止轴向窜动或径向转动；2、嵌件必须避免有尖角，以利安放并防止铸件应力集中；3、必须考虑嵌件在模具上定位的稳固性，及模具内公差配合要求；4、外包嵌件的金属层应有足够的厚度，嵌件直径与周围金属层最小厚度关系见表8；5、铸件上的嵌件数量不宜太多；6、铸件和嵌件之间如有严重的电化腐蚀作用，则嵌件表面需要镀层保护；7、有嵌件的铸件应避免热处理和表面处理，以免使嵌件松动或腐蚀。表8嵌件直径与周围金属层最小厚度关系（mm）嵌件直径d金属最小厚度δ嵌件直径d金属最小厚度δ1.01.0112.531.513352.516382.5183.5第二节压铸件结构创新设计一、合理结构，提高压铸件工艺适应性，防止压铸缺陷。1、根据压铸件功能，合理选择压铸件壁厚。压铸件壁厚，对压铸工艺选择、模具寿命及生产效率、产品成本都将产生重要影响。abc图3均匀壁厚，避免缩孔，利用加强筋增加强度和刚度ab图4调整局部壁厚，避免冷隔和欠铸2、改善金属液流动性，提高零件压铸成功率。ab图5利用加强筋，改善充填和排气条件3、平滑过渡，预防应力集中和裂纹。abc图6圆弧或斜度渐变过渡，预防应力集中和裂纹二、简化结构，降低复杂系数，提高压铸件质量和模具寿命。1、压铸件结构在满足使用功能要求的前提下，应尽可能结构简单，减少分型面，使模具结构简单，降低模具制造难度。2、避免或减少与分型面不垂直的侧向抽芯，降低模具复杂程度，提高压铸件精度。aｂａb图7优化结构，使分型面简单图8避免分型痕迹和错型ab图9改变形状避免侧向抽芯3、避免模具结构局部过薄，保证模具有足够的强度和刚度。ab图10改善结构，保证模具强度三、防止压铸件变形。压铸件结构设计不当，收缩或顶出时会产生变形，甚至应力集中过大而产生裂纹。ab图11均匀壁厚，减少或避免变形第三