压铸模设计说明书(湘潭大学课程设计)

湘潭大学

课程设计说明书题目：压铸件模具设计

学院：机械工程学院

专业：材料成型及控制工程

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期： 2015.3.16

目录

一.设计前准备工作 (1)

1.压铸工艺分析： (1)

2.零件初步分析 (1)

3.初步确定设计方案： (1)

二.压铸件工艺分析 (2)

1.压铸合金工艺分析： (2)

2.压铸件工艺分析： (2)

3.分型面的选择： (2)

三.浇注系统和排溢系统的设计 (3)

1.浇注系统的设计： (3)

2.溢流排气系统的设计： (3)

四.压铸机的选择 (4)

1.压铸机的种类和特点 (4)

2.选定压射比压 (5)

3.确定型腔数目及布置形式 (5)

4.确定模具分型面上铸件的总投影面积 (6)

5.计算锁模力： (6)

五.压铸模的结构设计 (7)

1. 成型零件设计 (7)

2. 结构零件设计 (10)

3、各零件采用材料要求 (15)

4、螺钉选用 (16)

六、压铸模的整体结构 (16)

1、压铸模的技术要求 (16)

2、压铸模外形和安装部位的技术要求 (17)

七、校核模具与压铸机的有关尺寸 (18)

1、锁模力的校核 (18)

2、铸件最大投影面积校核 (18)

3、压室容量校核 (18)

4、模具厚度的校核 (18)

5、开模行程的校核 (18)

八、参考文献： (19)

一.设计前准备工作

1.压铸工艺分析：

压力铸造是将液态或半液态的金属，在高压作用下，以高的速度填充压铸模的型腔，并在压力作用下快速凝固而获得铸件的一种方法。高压力和高速度是压铸时熔融合金充填成型过程的两大特点，也是压铸与其它铸造方法最根本的区别所在。压铸件尺寸精度和表面粗糙度较好，铸件轮廓清晰，有致密的表层，比内层有更好的机械性能，内部存在气孔和缩孔缺陷。

2.零件初步分析

零件为对称圆筒型零件，截面为工字形，中心开有一小孔。壁厚为5mm，属于薄壁零件。型腔深度约为97.5mm，属于深腔。

零件图如下所示：

图1-1 零件图

3.初步确定设计方案：

1)压铸合金

此铸件的材料为YZCuZn40Pb：此材料属于铅黄铜合金，具有加工性能较好，成本较低等优点，多用于化工、造船的零件和耐磨的零件。

2)铸件的精度设计为CT8级，采用压力铸造的方法能达到此精度。

3)确定压铸工艺及模具制造能力。

4)确定压铸模结构（包括分型面，型腔数目，浇注系统，成型零件的尺寸设计，

结构零件的尺寸设计，以及采用型芯、型腔镶块节约贵重金属）。

二.压铸件工艺分析

1.压铸合金工艺分析：

1)力学性能高；

2)良好的耐蚀、耐磨性能，疲劳极限和导热性高，线膨胀系数小；

3)导电性能好，且具有抗磁性能；

4)熔点高，模具使用寿命短。

2.压铸件工艺分析：

为了从根本上防止压铸件产生缺陷，并以低成本，连续不断地生产高质量的压铸件，必须使压铸件的结构适合于压铸。

主要对铸件的壁厚、圆角、筋、出型斜度，孔，螺纹、加工余量、文字、标志、图案等进行分析。

本次铸件壁厚均匀适合压铸。铸件的平均壁厚约为5mm,为薄壁压铸件，表面不加工，故无加工余量。铸件本身有斜度且能减少出型时与型壁的摩擦。铸件上无侧孔，不需设计侧抽芯结构。该铸件内部有一个台阶，在模具设计时，拟在定模和动模各设计一个型芯。拟采用推管推出机构。

3.分型面的选择：

1)考虑到模具起模时，铸件留在动模上；

2)尽量使模具整体结构简单；

3)考虑铸件有一定同轴度的要求；

4)同时注意使模具不至于过高。

所以铸件设计及分型面选择如下：

图2-1 铸件图

如图所示，选择1为分型面。

三.浇注系统和排溢系统的设计

1.浇注系统的设计：

经过对铸件的结构分析，铸件是对称件，对浇注系统的选择可选择侧浇口，在浇注时金属液沿分型面从型腔边缘导入，然后自下而上推向进型腔，有利于金属液的充填和排气。

采用切线浇口，避免金属液正面冲击型芯，提高模具使用寿命。

对浇注系统尺寸的设计：

表3-1 浇注系统尺寸

压铸件及溢流槽体积：V=206677

内浇口横截面积：=473

取内浇口厚度：T=3mm

则内浇口宽度：L==158mm

2.溢流排气系统的设计：

铸件采用侧浇口切线形式，故采用分型面排气方式，无需另开设排气槽；溢流槽需在试模后确定是否开设，若需要，则开设于金属液充填最后封闭位置，以储存前端冷污金属。

溢流槽尺寸的设计如图所示：

图3-1 溢流槽

浇注系统及溢流排气系统的结构如下图所示：

图3-2 浇注系统及溢流排气系统设计图

四.压铸机的选择

压铸机是压铸生产最基本的要素之一。金属压铸模是通过压铸机的运行而实现压铸成型的。

1.压铸机的种类和特点

压铸机的种类和型号很多。一般说来，根据压铸机压室的温度状态，可分为热压室压铸机和冷压室压铸机。冷压室压铸机又根据其结构形式分为立式压铸机，全立式压铸机和卧式压铸机。

目前，热压室压铸机通常仅适用于压铸铅、锌等低熔点合金，国外正在研究铝、镁等较高熔点合金的压铸技术。

1)立式冷压室压铸机的特点：

a)适宜于压射可设置或必须设置中心浇口的压铸件。

b)金属液注入直立的压室中，操作比较方便，占地面积少。

c)在操作时，只有在浇注余量切断后，方可开模，生产效率较低。

d)金属液进入型腔时，经过90°角的转折，压力损失较大。

2)全立式冷压室压铸机的特点：

a)压射冲头与直浇道方向相同，金属液进入型腔的流程短，压力损失和热

量损失较小。

b)压射冲头垂直方向运行，运动平稳。

c)模具水平放置，活动型芯和嵌件安放方便、稳定、可靠。

d)占地面积少。

e)压铸件推出后需用手工取出，生产效率较低，不容易实现自动化操作。

3)卧式冷压室压铸机的特点：

a)压室与压射冲头均为水平放置，金属液注入型腔时，浇道转折少，其压

力损失小，有利于发挥增压机构的作用。

b)模具安装方便，卧式压铸机一般设有中心和偏心多个浇注位置，或在偏

心和中心间设置可任意调节位置的扁孔。

c)便于操作，便于调整，压铸效率较高，是目前广泛应用的压铸设备。

d)压室内表面容易氧化。

e)金属液在压室内暴露在大气的表面积较大，压射时容易将空气、氧化物

质及其它杂质带入型腔，引起压铸缺陷。

综合考虑铸件的形状及特点，选用卧式冷压室压铸机。

2.选定压射比压

表4-1 压射比压(增压)推荐值(MPa)

压铸件种类锌合金铝合金镁合金铜合金一般件13~20 30~50 30~50 40~50

承载件20~30 50~80 50~80 50~80 耐气密性件或大平面薄壁件25~40 80~120 80~100 60~100 电镀件20~30

选定压射比压p=70Mpa。

3.确定型腔数目及布置形式

根据铸件图样及产量等要求，确定该模具的型腔数为一模一腔。

4.确定模具分型面上铸件的总投影面积

ΣA =A 铸+A 浇+A 余+A 溢=6850mm 2 (式4.1)

A 铸——铸件在分型面上的投影面积； A 浇——浇道内浇口在分型面上的投影面积； A 余——余料在分型面上的投影面积；

A 溢——溢流槽在分型面上的投影面积；因试模前暂时不开设溢流槽，故在计算时忽略。

5.计算锁模力：

锁模力是表示压铸机最基本参数，其作用是克服压铸充填时的胀型力，使模具分型面不致张开，故设计压铸模时，首先确定胀型力的大小来选择压铸机，当压铸机的锁模力大于胀行力，则可认为该压铸机可以使用。

）＋(＝分主胀锁F F K KF F (式4.2)

－压铸机应有的锁模力(N) －胀型力(N)

－安全系数(一般取1.25)

－主胀型力，与分型面上金属的投影面积有关的胀型力(N)

－由侧面胀型力引起的沿锁模力方向上的分力(N)，本模具不含侧型芯，故

=0

F 主=Ap (式4.3)

P －比压(MPa)

A －压铸件、浇口和溢流槽三部分金属在分型面上的总投影面积(mm 2) 计算可得，F 胀=479.5kN ，F 锁≥599.375kN;

故初步选定压铸机为J116型卧式冷室压铸机，压铸机主要参数见下表

表4-2 J116型卧式冷室压铸机主要参数

名称 数值 名称

数值 锁模力(吨) 63 压室最大容量(铝)(公斤) 0.6 开模力(吨)

7

铸件最大投影面积(厘米2)

95

锁F 主F 分

F K

胀

F 分

F

压射力(吨) 5~9 工作循环次数(次/小时) 150~180

压射回程力(吨) 2~5 管路工作压力(公斤/厘米2) 100

模板最大间距(毫米) 570 电动机功率(千瓦) 11

合模行程(毫米) 320 贮压罐容积(升) 100

模具尺寸(毫米) 360*450 贮压罐高度(毫米) 2430

压射偏心距(毫米) 60 压铸机外形尺寸(毫米) 3430*1200*1360 压室直径Ф(毫米) 30 40 45 压铸机重量(吨) 3

压射比压(公斤/厘米2) 565~1270

五.压铸模的结构设计

1. 成型零件设计

1)成型零件结构设计

采用镶拼式结构，优点在于：

a)采用整体镶块简化加工工艺，提高模具制造质量，易满足成型部位的精

度要求；

b)合理使用热作模具钢，降低成本；

c)易损件有利于更换和修理；

d)压铸件的局部结构改变时，不致使整套模具报废；

e)可按铸件的几何形状在镶块上构成复杂的分型面，而在套板上仍为平直

分型面；

2)成型零件尺寸设计

a)确定收缩率

表5-1 计算收缩率

由表5-1确定铸件收缩率为：

受阻收缩率：0.6%；混合收缩率：0.8%；自由收缩率：1.0%。

b) 计算模具成型尺寸 型腔尺寸计算公式：(式5.1)

型芯尺寸计算公式：

D ′、H ′—型腔尺寸或型腔深度尺寸（mm ）； D 、H —压铸件外形的最大极限尺寸（mm ）； d ′、h ′ —型芯尺寸或型芯高度尺寸（mm ）； d 、h

—压铸件内形的最小极限尺寸（mm ）；

φ —压铸件计算收缩率（％）； △ —压铸件公称尺寸的偏差（mm)；

△′ —成型部分公称尺寸的制造偏差（mm ），因为CT8级精度与IT14级精度相似，故取△’＝△/4； 0.7△

—尺寸补偿和磨损系数计算值（mm ）；

''0

'0

)7.0(?+??-+?D D D

＝＋''0

'0)

7.0(?+??-+?H H H

＝＋00''

')7.0(?-?-?++?d d d ＝00''

')7.0(?-?-?++?h h h ＝(式5.2)

(式5.3) (式5.4)

取受分型面影响的误差补偿值为0.05，受影响时应减去此补偿值。

表5-2 GB/T6414公差CT8级标准表：

基本尺寸（mm）公差带(mm) 公差(mm)

> ≤

—10 1 ±0.5

10 16 1.1 ±0.55

16 25 1.2 ±0.6

25 40 1.3 ±0.65

40 63 1.4 ±0.70

63 100 1.6 ±0.80

100 160 1.8 ±0.90

160 250 2 ±1.0

250 400 2.2 ±1.1

400 630 2.6 ±1.3

型芯及型腔尺寸的计算结果如下表所示

表5-3 型芯尺寸

单位(mm) 零件的原始尺寸收缩率计算尺寸及偏差制造尺寸及偏差备注Ф90 0.6% ФФ

Ф60 0.6% ФФ

97.5 1.0% 受分型面影响

5 1.0% 受分型面影响

97.5 1.0%

表5-4 型腔的尺寸

单位(mm)

零件的原始尺寸

收缩率 型腔的尺寸

制造尺寸 备注 Ф100 0.6% Ф

Ф

97.5 1.0% 受分型面影响 102.5

0.8%

受分型面影响

2. 结构零件设计

1) 动、定模套板的设计

采用圆形结构，因为是通孔型腔，采用公式

计算，其中：

h ——套板边框厚度（cm ） D ——镶块外径（cm ） p ——压射比压（105Pa ）

〔σ〕—— 套板材料抗拉强度，材料采用45号钢，〔σ〕取900*105Pa 具体尺寸如下图所示：

图5-1定模套板

(式5.5)

图5-2 动模套板

2) 动模支承板的设计 厚度计算公式：

其中： h —动模支撑板厚度（cm ）； L —垫块间距（cm ）； B

—动模支撑板长度（cm ）；

〔σ弯〕 — 材料抗拉强度（105Pa ），材料采用45号钢，〔σ弯〕=1000*105Pa ； F

—动模支撑板所受总压力（10N ）。

具体尺寸如下图所示

图5-3 动模支承板

3) 导向零件设计

a) 导柱设计

导柱直径d ：模具设计为四根导柱时，有经验计算公式

其中：

(式5.6)

(式5.7)

图5-4 导柱结构图

d—导柱导滑段直径（mm）；

A—模具分型面上的表面积（mm3）;

K—比例系数，0.07～0.09;

算得d 3.825mm，考虑本模具长度较长，且为三根导柱形式，取d=20mm。其他尺寸如图所示：

图5-5 导柱

b)导套设计

导套设计要求：导套内孔直径D 与选用的导柱直径d相同。

图5-6 导套结构图

表5-5 导套设计要求

导套内扩孔直径D1D1=D+0.5mm

导套外径d1d1＝D+（6～10）mm

导套台阶外径d2d2＝d1+（6～8）mm

导滑段长度l2l2＝kd

比例系数k 1.3～1.7

导套总长度l1l1＝模板厚度-3～5cm 具体尺寸如下图所示：

图5-7 导套

c)推板导柱和导套的设计

具体尺寸如图所示：

图5-8 推板导柱

图5-9 推板导套

4) 推出机构设计

由于铸件为圆筒形薄壁零件，且推出力较大，所以采用推管推件。 推管的推出力集中在圆筒的底端，使推出有力、均匀，压铸件不易变形，也没有明显的推出痕迹。 推出距离确定：

由式5.9，计算并取s 推=90mm 。

a) 推板设计

按推荐尺寸，取推板厚度H =20mm 。 具体尺寸如下图所示：

图5-10 推板

b) 推管推出机构设计

(式5.10)

(式5.9) (式5.8)

组成及形式：

图5-11 推管推出机构

推管与镶块、型芯的配合按H8/F7选用；

推管具体尺寸如下图所示：

图5-12 推管

(5)复位机构设计

采用如图复位机构及限位钉形式：

图5-13 复位机构及限位钉

3、各零件采用材料要求

表5-6 各零件材料要求

模具零件名称模具材料热处理硬度

HRC

牌号标准号

成型型芯、定动模镶块3C2W8V GB1299-85 40

零件推管、浇口套4Cr5MoSiV1 GB1299-85 -

非成型零件推板、复位杆等推出与复

位零件

T8A 50

导柱、导套等导向零件和

导滑零件

T10A

定模套板、动模套板、支

承板等支承与固定零件

Q235-A 28~32

定模座板、动模座板、垫

块等模架零件

45 回火推出与复位机构用板Q235-A

4、螺钉选用

表5-7 螺钉选用型号表

螺钉类型型号

定模套板螺钉4*M16*60 GB/T 70.1

动模支承板螺钉3*M10*65 GB/T 70.1

动模套板螺钉4*M20*240 GB/T 70.1 动模型芯固定板螺钉2*M5*16 GB/T 70.1

六、压铸模的整体结构

压铸模由定模和动模两大部分组成。定模固定在压铸机的定模安装板上，随动模固定板移动而与定模合模、开模。合模时，动模与定模闭合形成型腔，金属液通过浇注系统在高压作用下高速充填型腔；开模时，动模与定模分开，推出机构将压铸件从型腔中推出。

1、压铸模的技术要求

1)模具的外形尺寸350x350x515；

2)选用的机器型号J116型卧式冷室压铸机；

3)选用的压室直径为30mm.

4)压铸机的顶出形式为液压中心顶出；

5)要求各个活动部位灵活可靠，无卡死现象；

6)浇注系统试模后修至填充良好，视情况开设溢流槽；

7)在动、定模的侧面打钢印：产品名称、模具图号、产品图号等。

2、压铸模外形和安装部位的技术要求

1)各模板的边缘均应倒角2 45°，安装面应光滑平整，不应有突出的螺钉头、

销钉、毛刺和击伤等痕迹；

2)在模具非工作面上的醒目的地方打上明显的标记，包括以下内容：产品代号、

模具编号、制造日期及模具制造厂家名称或代号；

3)在动模支撑板上分别设有装用四个螺钉孔，并确定起吊时模具平衡；质量较

大的零件也应设起吊螺钉以便装拆；

4)模具安装部位的有关尺寸应符合选用的压铸机对应的尺寸，且装拆方便，压

室安装孔径和深度须严格检查；

5)分型面上除导套孔、斜销孔外，所用模具制造过程中的工艺孔，螺钉孔都应

堵塞。

模具结构CAD图如下所示：

图6-1 模具装配简图

七、校核模具与压铸机的有关尺寸

1、锁模力的校核

由式4.2可得：

F锁600kN

查表4-2得，J116型卧式冷室压铸机的合模力为630kN，符合设计要求。

2、铸件最大投影面积校核

由式4.1可得：

ΣA=6850mm2=68.5cm2

查表4-2得，压铸机允许的铸件最大投影面积为95cm2，符合设计要求。

3、压室容量校核

型腔和浇注系统、溢流槽的总体积：

(式7.1)

V总=V件+V浇+V余=206677mm3

查表4-2得，压铸机的一次铝金属注入质量M为0.6kg。则压室容量为：

V机=M/ ≈222222 mm3，符合设计要求。

4、模具厚度的校核

模具厚度H=515mm。

查表4-2得，J116型卧式冷室压铸机的模具厚度最大为570mm，符合设计要求。5、开模行程的校核

模具的开模行程应该大于将铸件和浇注系统全部顶出距离的总和5～15mm以上。将铸件和浇注系统顶出所需的距离约为90+20=110mm。

查表4-2得，压铸机的动模座板行程即开模行程为320mm，符合设计要求。