1、压铸模与其他模具 第三章压铸模设计 目录 第一节压铸模的基本组成第二节压铸模零部件的设计第三节浇注系统和排溢系统的设计第四节侧向分型抽芯机构的设计第五节推出机构的设计第六节冷却和加热系统的设计第七节压铸模的设计步骤和实例第八节压铸模的失效分析第九节压铸模的缺陷分析与排除措施 概述 随着车辆和电动机等产品向轻量化发展 压铸模的比例不断增加 同时 对压铸模的寿命和复杂程度的要求也将提高 1 限位块2 16 23 28 螺钉3 弹簧4 螺栓5 螺母6 斜销7 滑块8 楔紧块9 定模套板10 销钉11 侧型芯12 15 动模镶块13 定模镶块l4 型芯17 定模座板18 浇口套19 导柱20 动模套板
2、21 导套22 浇道镶块24 26 29 推杆25 支承板27 限位钉 30 复位杆31 推板导套32 推板导柱33 推板34 推杆固定板35 垫块36 动模座板 压铸模结构图 第一节压铸模的基本组成 一 成型零件决定压铸件几何形状和尺寸精度的零件 成形压铸机外表面称为型腔 内表面称为型芯 二 结构零件包括支承固定零件和导向合模零件 支承固定零件使模具能够安装到压铸机上 导向合模零件保证合模是正确定位和导向 三 浇注系统是引导熔融合金从压铸机的压室流到模具型腔的通道 它由直浇道 横浇道 内浇口和分流锥等组成 四 排溢系统一般包括排气槽和溢流槽 根据熔融合金的充填情况开设 五 侧向抽芯机构压铸机
3、侧面有凸台或孔穴时 需要用侧向型芯来成型 六 推出与复位机构推出机构是指将压铸件从模具的成型零件上脱出的机构 复位机构是指合模时将推出机构回复到原始位置的机构 七 加热与冷却系统达到压铸模的热平衡 八 其它如紧固件 定位件等 第二节压铸模零部件的设计 一 分型面的选择1 分型面的类型 2 分型面的选择原则 1 尽可能使压铸机开模后留在动模 2 分型面应尽量设计在压铸件端面轮廓最大的地方 3 分型面应尽量设在金属流动方向的末端 4 分型面的选择应有利于保证压铸件的质量 5 尽可能选择平直分型面 6 分型面的选择应保证侧向活动型芯能顺利抽出 二 成型零件的设计设计压铸模时 需要合理设计成型零件的结
4、构形式 准确计算尺寸公差 保证足够的强度 刚度和良好的表面质量 1 成型零件的结构设计 1 成型零件的结构形式 2 镶块的固定形式其安装形式分为通孔和不通孔两种形式 3 型芯的固定形式型芯通常采用台阶固定 铆接和螺钉连接等方式 2 成型零件的尺寸计算 1 镶块的主要尺寸1 镶块壁厚尺寸见教材表3 1 2 整体镶块的台阶尺寸见表3 2 3 组合形式成型镶块固定部分长度见表3 3 2 圆型芯的主要尺寸见表3 4 3 影响铸件尺寸精度的因素1 成型零件的制造误差 2 压铸件的收缩率 3 成型零件的磨损 4 模具结构及压铸工艺的影响 4 成型零件工作尺寸的计算1 型腔尺寸计算标注制造公差后得 同理型腔
5、深度尺寸 2 型芯尺寸计算标注制造公差后得 同理型芯深度尺寸 3 中心距尺寸计算4 螺纹型环和螺纹型芯尺寸计算 型环尺寸 型芯尺寸 三 结构零件的设计1 动 定模板边框厚度设计 1 圆形套板边框厚度 2 矩形套板边框厚度 3 动 定模套板边框厚度推荐尺寸见表3 6 2 动模支承板厚度尺寸 1 动模支承板的厚度计算 2 动模支承板厚度推荐尺寸见表3 7 3 动模支承板的加强结构 3 动 定模座板的设计 1 定模座板的设计定模座板与定模套板构成压铸模定模部分基体 安装在压铸机的固定模板上 2 动模座板的设计动模座板与垫块构成压铸模动模部分基体 安装在压铸机的活动模板上 因此动模座板上也必须留出安装
6、压板或紧固螺钉的位置 4 导向零件的设计 1 导柱和导套的设计要点导柱应有足够刚度 在开合模时运动灵活 没有卡死现象 2 导柱 导套的尺寸和结构形式在压铸模中 一般均设四根导柱 导向部分的直径可按下式经验公式计算 导柱和导套已经标准化 有A型和B型两种 第三节浇注系统和溢排系统的设计 一 浇注系统的组成浇注系统主要由直浇道 横浇道 内浇口和余料等组成 二 直流道设计1 立式冷压室压铸机用直浇道 1 喷嘴导入口直径d1一般为8 22mm 2 浇口套与喷嘴连接处的直径比喷嘴出口处的直径每边大0 5 1 0mm 3 喷嘴部分脱模斜度1 30 浇口套的脱模斜度取1 30 3 4 分流锥出环形通道的截面
7、积一般为喷嘴导入口截面积的1 2倍 直浇道底部分流锥的直径d3 一般可按下式计算 5 直浇道与横浇道连接处圆角半径R 6 20mm 2 卧式冷压室压铸机用直浇道 1 根据压室比压选定压室直径D 2 直浇道厚度H一般取压室直径的1 2 1 3 直浇道脱模斜度1 30 2 3 压室内径和浇口套内径应保持同轴度 3 热压室压铸机用直浇道 1 根据压铸件结构和质量选择压室 喷嘴和浇口套的尺寸 2 分流锥脱模斜度4 6 长度L 50 70mm 端面至分流锥顶端距离l 10 22mm d 12 24 R 4 5mm h 2 5 3 5mm 3 通常在浇口套及分流锥的内部设置冷却系统 4 分流锥的作用和结构
8、形式 1 将熔融合金平稳地从直浇口引入横浇口和内浇口 2 可调整浇注系统的截面积 3 借助熔融合金对分流锥的包紧力 在开模时能拉住直浇道余料 三 横浇道设计1 横浇道的截面形状和尺寸横浇道最基本的截面形状有四种 圆形 方形 矩形和梯形 2 横浇道的布置与长度横浇道一般设置在定模 其截面在长度方向应保持缓慢过渡 不允许有突然的扩张或缩小 以免形成低压区而使熔融合金产生涡流 横浇道的长度一般取30 40mm左右 也可按下式计算 在多型腔压铸模中 横浇道的结构如图所示 其尺寸 3 横浇道与内浇口和压铸件之间的连接方式 四 内浇口设计1 内浇口的种类和特点 2 内浇口的尺寸选择 1 内浇口的厚度对于薄
9、壁复杂压铸件 宜采用较薄的内浇口 以保持必要的充型速度 一般结构的压铸件以取较厚的内浇口为主 使充型平稳 并且有利于改善排气条件 2 内浇口的宽度和长度内浇口的宽度和长度经验数值见下表 3 内浇口的截面积计算 3 内浇口位置的选择原则 1 内浇口位置应使熔融合金进入型腔后 首先充填型腔深处难以排气的部位 2 除特大型压铸件 一般内浇口的数量以单个为主 3 内浇口的位置应尽量避免熔融合金直冲型芯或型腔侧壁 4 内浇口的位置应使熔融合金流程最短 不过多改变流向 5 应设在压铸件较厚的部位 6 内浇口的引入位置不应引起压铸件的收缩变形 7 有时设在热节处 提高补缩效果 8 对精度要求较高 表面粗糙值
10、小且不加工的部位 不宜布置内浇口 五 排溢系统的设计排溢系统由排气槽和溢流槽两大部分组成 1 溢流槽的设计 1 溢流槽位置的选择通常设置在熔融合金最后冲击或最后充填的部位 以及熔融合金汇流 易裹入气体和产生涡流的部位 或铸件过厚 过薄的部位 2 溢流槽的截面形状和尺寸溢流槽的截面形状有三种 生产中常用 型 在调节模具热平衡时用 型 2 排气槽的设计 1 排气槽位置的选择尽可能设在分型面上 以便脱模 应设在动模或定模的同一侧 为防止熔融合金向外喷溅 可在溢流槽后端开设曲折形的排气槽 2 排气槽的形状和尺寸 第四节侧向分型抽芯机构的设计 一 抽芯机构的分类和组成1 抽芯机构的分类可分为手动抽芯机构
11、 机械抽芯机构和液压抽芯机构等 机械抽芯机构又可分为斜销抽芯机构 斜滑块抽芯机构 弯销抽芯机构和齿轮齿条抽芯机构等 2 抽芯机构的组成抽芯机构由成型零件 运动零件 传动零件 限位零件和锁紧零件等组成 二 抽芯力和抽芯距的确定1 抽芯力的计算影响抽芯力的因素很多 有合金的种类 压铸件包住活动型芯的表面积和壁厚等等 要精确计算十分困难 生产中主要考虑包紧力 根据力平衡方程 2 抽芯距的计算抽芯后活动型芯应完全脱离压铸件 使压铸件能顺利推出型腔 此时型芯在抽芯方向所移动的距离就称为抽芯距 一般抽芯距等于侧孔深度加安全之K 如图所示 抽芯距为 当按上式计算还会妨碍压铸件的脱模时 需根据压铸件和模具结构
12、来确定 如图所示圆形骨架压铸件 图a b分别采用二等分和多等分合模机构 抽芯距计算方法分别为 三 常用抽芯机构的设计1 斜销抽芯机构斜销抽芯机构结构简单 制造方便 可利用开模 合模动力实现抽芯和复位 在中小型压铸模中应用广泛 1 斜销直径和长度计算斜销上所承受最大弯矩 斜销直径受其抗弯强度的限制 抗弯截面系数 得斜销直径 斜销长度由具体抽芯机构而定 2 斜销抽芯机构的滑块设计滑块基本形式 滑块的导滑形式 3 斜销抽芯机构的限位和锁紧方式开模后 滑块必须停留在刚刚脱离斜销的位置上 不可任意移动 同时必须依靠锁紧装置来保证滑块的精确位置 4 斜销的延时抽芯延时抽芯是指开模后 抽芯机构不立即开始工作
13、 而是当动 定模分开一定的距离后才开始抽芯 按模具的设计需要已知延时抽芯的行程sy 则滑块斜孔的增长量按下式计算 5 斜销抽芯机构的基本形式 2 弯销抽芯机构其工作原理与斜销抽芯机构相同 不同的是以矩形截面的弯销替代了圆柱形的斜销 具有以下特点 1 能承受较大弯矩 2 弯销各段可做成不同斜段甚至直段 3 弯销的截面和长度均可缩小 4 可在弯销端部装支承块增加强度 5 可以不设限位装置 6 弯销制造困难 顺畅性欠缺 3 斜滑块抽芯机构注意以下要点 1 准确计算斜滑块高度 2 滑块推出行程的计算 3 动模上应设置中心支柱或型芯 4 齿轮齿条抽芯机构 5 液压抽芯机构 第五节推出机构的设计 一 推出
14、机构的组成和分类1 推出机构的组成推出机构主要由推出元件 复位元件 限位元件 导向元件和结构元件等组成 2 推出机构的分类 1 按动力源分类手动推出机构 机动推出机构 液压推出机构 2 按推出元件的类别分类推杆推出机构 推管与推叉推出机构 推件板推出机构 斜滑块推出机构和组合推出机构 3 按模具结构特征分类常用推出机构 二级推出机构和定模推出机构 二 常用推出机构1 推杆推出机构 1 推杆的基本形式和固定方式 推杆的基本形式 推杆的固定方式 2 推杆的位置选择1 应设置在压铸件受包紧力最大的位置 2 推出元件的分布应均匀 3 分流锥周围应均布设置推杆 4 压铸件表面不允许留有推痕时 应将推件设
15、在压铸件外 通常将推杆设在溢流槽上 5 推杆应与型腔面平齐或凸出型腔表面0 1mm 2 推管推出机构主要适用于薄壁筒形压铸件的推出 它的结构特点是推力分布均匀 压铸件变形小 无推出痕迹 运动较平稳 但型芯喷涂涂料困难 3 推件板推出机构推件板推出力均匀 推出平稳 压铸件变形小 且无推痕 但型芯喷涂涂料困难 第六节加热和冷却系统的设计 压铸模的温度控制通过模具的加热和冷却系统来实现 模具在压铸生产前应进行充分预热 连续的压铸生产后 又需要有充分的冷却 一 加热系统的设计1 压铸模预热作用1 避免熔融合金受激冷而很快失去流动性 2 避免模具因激热而胀裂 同时减少模具工作时的冷热交变应力 3 调整模
16、具滑动部分配合间隙 以免产生溢料 4 可降低型腔中空气的密度 有利于排气 2 模具的加热方法主要有火焰加热和电加热法 火焰加热方法操作简单 但预热效果理想 目前最常用的是电热管加热 管状电热元件加热法 低电压大电流加热法 3 电加热装置的设计 1 加热孔的分布一般设置在动 定模套板 支承板和动 定模板上 按实际需要设置电热元件的安装孔 2 加热孔的方向采用低电压大电流法时 加热孔的方向应设置在模具工作位置的垂直方向上 3 测温孔位置在动定模套板上可布置供安装热电偶的测温孔 以便控制模温 二 冷却系统的设计1 压铸模的冷却方法模具的冷却方法主要有风冷和水冷 2 水冷却装置的设计冷却水道布置在型腔
17、内温度最高 热量比较集中的区域 流道要畅通 1 型芯和型腔的冷却 2 浇注系统的冷却结构较大的分流锥 其冷却水道采用喷嘴式 浇口套的冷却水道设计成循环式 第七节压铸模的设计步骤和实例 一 压铸模分类通常按模具结构上的某一特征进行分类 可分为单分型面和多分型面压铸模 侧向分型抽芯机构压铸模 螺纹旋出机构压铸模 两次推出机构压铸模等 二 压铸模设计的主要内容和步骤1 对压铸件进行工艺分析 并制订压铸工艺规程 2 选择分型面及浇注排溢系统的设计 3 确定压铸模的结构 4 绘制压铸模装配图 5 绘制压铸模零件图 三 压铸模零件的材料选择及热处理要求1 压铸模零件的材料尽可能满足耐高温 导热性好 热膨胀
18、系数小 热处理变形小 淬透性好 满足强度 刚度要求的材料 2 压铸模零件的热处理要求采用真空或保护气氛热处理 可减少脱碳 氧化 变形和开裂 成型零件淬火后应采用2次或多次的回火 必要时成型面可进行软氮化和氮化处理 氮化层深度为0 08 0 15mm 硬度HV 600 第八节压铸模的失效分析 一 压铸模的失效形式及原因压铸模失效形式主要有 侵蚀 磨损 变形 冷热疲劳和开裂五种 模具失效的主要原因有以下三点 1 热交变应力引起的热疲劳 2 熔融合金对模具材料的化学 物理作用 3 压铸件脱模时 模具产生的局部应力 二 提高压铸模使用寿命的措施为了提高压铸模的使用寿命 从以下几方面加以考虑 1 压铸件
19、的设计 2 压铸模的设计 3 模具的加工质量 第九节压铸件的缺陷分析与排除措施 一 影响压铸件质量的因素影响压铸件质量的因素是多方面的 主要有压铸机性能的稳定性 压铸工艺参数的选用 合金的成分及熔炼工艺 涂料的使用 模具结构的合理和制造质量 与模具有关的影响铸件质量的因素如下 1 成型零件的精度 表面质量和强度 刚度 2 横浇道的形式和截面面积 3 内浇口的截面面积和内浇口的开设 位置设计 4 排溢系统 5 浇注温度和模具温度 二 压铸件的缺陷分析及排除措施1 流痕流痕是首先进入模腔的熔融合金 形成一个极薄而不均匀的金属层 被后来的熔融合金所弥补留下的痕迹 2 冷隔冷隔是温度较低的金属流相互对
20、接但未融合而出现的缝隙 它呈规则的线形 有穿透和不穿透的两种 在外力作用下有发展趋势 3 凹陷凹陷是铸件平滑表面上出现凹瘪的部分 其表面呈自然冷却状态 4 气泡气泡是在铸件表皮下 聚集气体故障所形成的鼓泡 5 气孔气孔是卷入压铸件内部的气体所形成的较为规则 表面较为光滑 显暗灰色表面的孔洞 多为圆形 椭圆 气孔产生的原因主要是包卷气体产生的 6 缩孔 缩松缩孔 缩松是压铸件在冷凝过程中 由于内部补偿不足所造成的形状不规则 表面较粗糙的孔洞 缩孔表面呈暗色 下面集中的缩孔小而分散的为缩松 合金凝固温度范围小易形成缩孔 凝固温度范围大易形成缩松 7 花纹花纹是铸件表面上呈现的光滑条纹 肉眼可见 但
21、用手感觉不出 颜色不同与金属基体的纹络 用0 纱布稍擦几下即可除去 8 裂纹裂纹是铸件上合金基体被破坏或断开形成细丝状的缝隙 有穿透和不穿透的两种 并有发展趋势 裂纹可分为冷裂纹和热裂纹两种 它们的主要区别在于铸件开裂处金属是否被氧化 9 欠铸欠铸是熔融合金未充满型腔 铸件上出现充填不完整的部位 10 飞边飞边是铸件金属边缘上出现的金属薄片 11 分层 夹皮 分层 夹皮 是铸件上局部存在有明显的金属层次 12 错边错边是铸件的一部分与另一部分在分型面上错开 发生相对位移 13 变形变形铸件几何形状与设计要求不符的整体变形 总结 本章主要讲述压铸模分型面的选择 成型零件的设计计算 浇注系统和排溢系统的设计 抽芯和推出机构设计 加热冷却系统的设计原理和方法 模具失效的缺陷分析 压铸模的总体设计 重点掌握压铸模的基本结构组成 压注模的设计要点 能正确合理设计压铸模
