端盖压铸模具说明书

第1章前言

1.1 课题内容

设计一套能够高效率的生产高质量端盖的压铸模具。

图1-1 铸件二维示意图

1.2 课题意义

1.2.1 压力铸造的特点

高压力和高速度是压铸中熔融合金充填成型过程的两大特点。压铸中常用的压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，有时甚至高达500MPa。其充填速度一般在0.5～120m/s范围内，它的充填时间很短，一般为0.01～0.2s，最短的仅为千分之几秒。因此，利用这种方法生产的产品有着其独特的优点。可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件。其压铸出的最小壁厚：锌合金为0.3mm；铝合金为

0.5mm。铸出孔最小直径为0.7mm。铸出螺纹最小螺距0.75mm。对于形状复杂，难以或不能用切削加工制造的零件，即使产量小，通常也采用压铸生产，尤其当采用其他铸造方法或其他金属成型工艺难以制造时，采用压铸生产最为适宜。铸件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。铸件的尺寸精度为IT12～IT11面粗糙度一般为3.2～0.8μm，最低可达0.4μm。因此，个别压铸件可以不经过机械加工或仅是个别部位加工即可使用[1]。

压铸的主要优点是：

(1)铸件的强度和表面硬度较高。由于压铸模的激冷作用，又在压力下结晶，因此，压铸件表面层晶粒极细，组织致密，所以表面层的硬度和强度都比较高。

压铸件的抗拉强度一般比砂型铸件高25%～30%，但收缩率较低。

(2)生产率较高。压力铸造的生产周期短,一次操作的循环时间约5 s～3 min ,这种方法适于大批量生产。

虽然压铸生产的优势十分突出，但是，它也有一些明显的缺点：

(1)压铸件表层常存在气孔。这是由于液态合金的充型速度极快，型腔中的气体很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中。因此，一般压铸件不能进行热处理，也不宜在高温条件下工作。这是由于加热温度高时，气孔内的气体膨胀，导致压铸件表面鼓包，影响质量与外观。同样，也不希望进行机械加工，以免铸件表面显露气孔。

(2)压铸的合金类别和牌号有所限制。目前只适用于锌、铝、镁、铜等合金的压铸。而对于钢铁材料，由于其熔点高，压铸模具使用寿命短，故钢铁材料的压铸很难适用于实际生产。至于某一种合金类别，由于压铸时的激冷产生剧烈收缩，因此也仅限于几种牌号的压铸。

(3)压铸的生产准备费用较高。由于压铸机成本高，压铸模加工周期长、成本高，因此压铸工艺只适用于大批量生产。

1.2.2 压铸模具设计的意义

模具是压铸件生产的主要工具，因此在设计模具时应尽量注意使模具总体结构及模具零件结构合理，安全可靠，便于制造生产，压铸模浇排系统需合理设计。模具的加工、装配要到位，配合需适当，压铸模具的优化也是一个重要方面。压

铸模具的优良程度很大程度上取决浇注系统以及排溢系统的设计。压铸生产中，因为模具浇道形状、浇口与排溢口位置及压铸力等控制参数选择不合理导致压铸件缩孔、冷隔或者气孔等缺陷的情况常有出现。而对浇道和排溢口的形状、大小、位置以及压铸机压射工艺参数经过优化后可以大大减少这些缺陷[3]。综上所述，压铸模具的合理设计对于生产出高质量的铸件具有重要意义。

1.3模具产业的发展

模具,是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60％～80％的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低，因此，模具被称之为“百业之母”。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

压铸是一种精密的铸造方法，经由压铸而铸成的压铸件之尺寸公差甚小,表面精度甚高，在大多数的情况下，压铸件不需再车削加工即可装配应用，而且表面处理有多种方法可供选择例如电着、电镀喷沙等，螺纹的零件亦可直接铸出。从一般的照相机件、打字机件、电子计算机件、卫星零件及装饰品等小零件，以及汽车、机车、等交通工具的复杂零件大多是利用压铸法制造的。

由于整个压铸过程都是在压铸机上完成，因此，随着对压铸件的质量、产量和扩大应用的需求，开始对压铸设备提出新的更高的要求，传统压铸机已经不能满足这些要求，因此，新型压铸机以及新工艺、新技术应运而生。例如，为了消除压铸件内部的气孔、缩孔、缩松，改善铸件的质量，出现了双冲头（或称精、速、密）压铸；为了压铸带有镶嵌件的铸件及实现真空压铸，出现了水平分型的全立式压铸机；为了提高压射速度和实现瞬时增加压射力以便对熔融合金进行有效地增压，以提高铸件的致密度，而发展了三级压射系统的压铸机。又如，在压铸生产过程中，除装备自动浇注、自动取件及自动润滑机构外，还安装成套测试仪器，对压铸过程中各工艺参数进行检测和控制。它们是压射力、压射速度的显示监控装置和合型力自动控制装置以及电子计算机的应用等

根据国内和国际模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势：一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道模具在塑料模具中

的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。

1.4课题的要求

A．模具应能满足加工要求，保证制件精度；

B．模具应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；

C．模具尽量用通用件以便降低制造成本；

第2章压铸模具的整体设计

考虑到生产批量和经济效益，还有铸件的精度等级本模具采用一模一腔。下面选择压铸机，主要从压室容量、锁模力等方面进行考虑。要确保铸件及浇注系统所需的压铸量不超过压铸机最大容量的80％。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为直浇道、横流道、内浇口、余料等。直浇道的中心线与压铸机压室的中心线应在同一条直线上。另外由于直浇道与高温高压的熔融铝合金接触所以外面要加个浇口套。浇口套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。横浇道的截面积采用扁梯形。直浇道与横浇道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。横浇道表面不必很光，可以使金属液的冷却皮层固定，有利于保温。横浇道与内浇口采用圆弧过渡，有利于金属液的流动及填充。内浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。余料主要是避免冷料进入型腔影响铸件的质量和堵塞浇口。本模具排气系统采用间隙排气。利用分型面的配合间隙自然排气。下面是推出机构的设计。推动的动力来源有手动推出、机动推出和液压推出机构。本模具设计采用压铸机的开模动作驱动模具上的推出机构，实现铸件的自动脱模。接着是推出机构的设计。本模具设计采用铸件留在动模，要保证铸件不应推出变形或损坏，还要保证铸件的良好外观和结构可靠。

2.1铸件的造型

该铸件外形尺寸为85.8mm×85.8mmX33.75mm，制品俯视投影面积约为7342mm2,体积约为7.95×104mm3

铸件的三维造型如图2-1所示：

（a）

（b）

图2-1 铸件的三维造型

2.2 铸件的材料分析及尺寸精度

该铸件件选择ZL102材料，铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在10％～25％。有时添加0.2％～0.6％镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。

铸件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑铝合金的性能及成型工艺的特点。由于该铸件要求其外表面光滑，既不会在使用过程中对人造成伤害，还要必须考虑其外形的美观。因此该铸件取精度等级为3级。

2.3脱模斜度

脱模斜度主要是为了便于脱模。脱模斜度的大小与铸件的形状，脱模方向的长度，铸件表面质量有密切关系。一般规律为：

a．铸件的壁厚大时，成形收缩大，脱模斜度要大；

c．形状复杂的部分要比形状简单的部分有较大的脱模斜度；

d．型腔的深沟槽部分——如加强筋、突脐，需要较大脱模斜度。一般选取3°～5°。

为了使铸件易于从模具内脱出，在设计时必须保证铸件的内外壁具有足够的脱模斜度。由于目前还没有比较精确的脱模斜度计算公式，在选择脱模斜度时，主要还是参照经验数据，根据ZL102的性质在设计中选用3°的拔模斜度。

2.4型腔数目的确定

型腔数越多时，精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的参差，也由于金属液在模具内的流动不匀所致。所以精密铸件尽量不用多腔模形式。按照SJ/T 10628—95标准中规定，端盖铸件采用一模一腔。

2.5分型面的确定

压铸模的定模与动模表面通常称为分型面，分型面是由压铸件的分型线所决定的。而模具上的垂直于锁模力方向上的接合面，即为分型基面。

合理地确定分型面，不但能够简化压铸模的结构，而且能保证铸件的质量。确定分型面时，主要依据以下原则：

1）开模时，能保持铸件随动模移动方向脱出定模，使铸件保留在动模内。为便于从动模中取出铸件，分型面应取在铸件的最大截面上。

2）有利于浇注系统和排溢系统的合理布置。

3）为保证铸件的尺寸精度，应使加工尺寸精度要求高的部分尽可能位于同一半压铸模内；

4）使压铸模的结构简化并有利于加工；

5）其他：如考虑铸造合金的性能、避免压铸机承受临界负荷（或避免接近投影面积）。

图2-2 分型面位置Ⅰ示意图

综合上述原则，选择Ⅰ—Ⅰ面保证了铸件的同轴度，有利于气体的排除，而且Ⅰ—Ⅰ是铸件的最大端面；选择Ⅱ—Ⅱ，不利于浇注系统的防止。所以本模具设计分型面选择铸件的最大端面Ⅰ，如上图所示

2.6压铸成型过程及压铸机选用

2.6.1卧式冷室压铸机结构

卧式冷室压铸机基本组成如图2-3所示。

图2-3卧式冷室压铸机

1—增压器；2—蓄能器；3—压射缸；4—压射冲头；5—压室；6—定座板；7—拉杆；8—动座板；9—顶出缸；10—曲肘机构；11—支承座板；12—模具高度；13—合模缸；14—机体；15—控制柜；16—电机及泵

此类压铸机的基本结构分为5部分：

(1)压射机构主要作用是在高压力下将熔融的金属液压入型腔的压射机构。压射压力、压射速度等主要工艺参数都是通过它来控制的，其中包括压室、压射冲头、压射缸、增压器和蓄能器。

(2)合模机构其作用是实现压铸模的开启和闭合动作，并在压射成型过程中具有足够而可靠的锁模力，以防止在高压压射时，模具被推开或发生偏移。

(3)顶出机构在压铸件冷却固化成型并开启模具后，顶出缸驱动压铸模的推出机构，将成型压铸件及浇注余料从模具中顶出，并脱出模体，其中包括顶出缸和顶杆。

(4)传动系统通过液压传动或机械传动完成压铸过程中所需要的各种动作。包括电机、各种液压泵及机械传动装置。

(5)控制系统控制系统控制柜指令液压系统和机械系统的传动元件，按压铸机压射过程预定的工艺路线和运行程序动作，将液压动作和机械动作有机的结合起来，完成准确可靠、协调安全的运行规则。

2.6.2压铸成型过程

卧式冷室压铸机的压住成型过程主要分为4个步骤，如图2-4所示。

(a)合模过程 (b)压射过程

(c)开模过程(d)铸件推出过程

图2-4 压铸成型过程

(a)合模过程压铸模闭合后，压射冲头1复位至压室2的端口处，将足量的液态金属3注入压室2内。

(b)压射过程压射冲头1在压射缸中压射活塞高压作用下，推动液态金属3通过压铸模4的横浇道6、内浇口5进入压铸模的型腔。金属液充满型腔后，压射冲头1仍然作用在浇注系统，使液态金属在高压状态下冷却、结晶、固化成型。

(c)开模过程压铸成型后，开启模具，使压铸件脱离型腔，同时压射冲头1将浇注余料顶出压室。

(d)推出铸件过程在压铸机顶出机构作用下，将压铸件及其浇注余料顶出，并脱离模体，压射冲头同时复位。

2.6.3压铸机型号的选用及其主要参数

采用J1113G压铸机，参数如下：

锁模力 1250kN

压射力 85-150kN

压室直径 40/50/60mm

压射比压 30-120MP

压室内最大合金容量铝合金 7.36kg

铸件最大投影面积 416cm2

压射冲头回程力 100kN

压射冲头最大行程 80mm

压射冲头伸出定模距离 210mm

模具最大尺寸 420x420mm

模板最大间距 500mm

模板最小间距 200mm

合模行程 350mm

压室偏心距离 100mm

第3章压铸模具的总体结构设计说明

3.1浇注系统的设计

将金属液引入到型腔的通道称为浇注系统。它是从压室开始到内浇口为止的进料通道的总称，一般由直浇道、横浇道、内浇口、余料组成。在设计浇注系统时应考虑以下设计原则：

a. 浇口要设在不影响铸件外观质量的地方及部位；

b．浇注系统应适应成型特性，以保证成型周期及铸件质量；

c. 浇注系统根据型腔数的多少和布局确定；

d. 浇注系统根据成型铸件的形状及尺寸确定；

e. 浇注系统尽量采用短流程，以减少热量和压力的损耗及节约原材料；

f. 浇注系统应有利于良好的排气，并防止型芯的变形及嵌件的位移。

图示3-1浇注系统示意图

3.1.1 直浇道的设计

直浇道是传递金属液压力的首要浇道，其尺寸大小可以影响金属液的流动速度，充型时间，气体的储存空间和压力损失的大小，起着能否使金属液平稳引入横浇道和控制金属液充型条件的作用。本模具设计采用卧式冷式压铸机，它由压

铸机上的压室和压铸模上的浇口套组成。

图3-2直浇道示意图

其设计要点如下：

a.根据所需压射比压和压室充满度选定压室和浇口套的的内径D

b.浇口套的的长度一般应小于压铸机的压射冲头的跟踪距离，便于余料从压室中脱出。

c.道入口应开设在压室上部内径三分之二以上部位，避免金属液在重力作用下进入横浇道，提前开始凝固。

d.压室和浇口套的内孔，应在热处理和精磨后，再沿轴线方向进行研磨，其表面粗糙度不大于Ra0.2um。

本模具设计采用的压铸机是J1113G，取压室直径为40mm，浇口套半径为30mm。，为使浇口套中的金属液容易脱离直浇道，应设有脱模斜度，这个斜度一般最小不小于1°，最大不超过4°。直浇道的脱模斜度不能过大，否则在压铸时会产生涡流和流速过慢等现象。主流道应保持光滑的表面，避免留有影响金属液流动和脱模的尖角毛刺等。

3．1.2横浇道的设计

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缺觉于内浇口的结构、位置、方向和流入口的宽度，而这些音速的根据压铸件的形状、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-流量特性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，转弯处应采取圆弧过渡。

（3）金属液通过横浇道的热损失应尽可能的小，保证横浇道比压铸件和内浇口后凝固。

（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。这点卧式压铸件较立式压铸机易于做到。如果在浇道中出现节流现象，金属液流过时会产生负压，必然会吸入分型面上的空气，从而增加了金属液流动过程中的涡流，降低了内浇口前的压射压力，致使金属液供应不充分，充填结束时增压上升缓慢。但实际上，横浇道的设计在许多情况下并没有遵循这一原则，尤其在那些大而扁平的压铸件上进行横浇道截面积和内浇口截面积协调是比较困难的。但是，在一般情况下应尽可能不违背这一原则。

图3-3横浇道示意图

横浇道长度一般是1/2压室加上25mm到30mm。

3.1.3内浇口的设计

设计内浇口时，主要是确定内浇口的地位置和方向，并预计合金充填过程的流态，可能出现的死角区和裹气部位，以便设置适当的溢流槽和排气槽。

内浇口的主要形式如图3-3所示。其中图a因除去内浇口时易损伤铸件，因此较少采用。图b、c适用于平板类铸件。图ｄ适用于厚壁铸件，图b、c、d在去除浇口时都不会损伤铸件。图e、f、g、h适用于深腔铸件（其中图ｆ制造比较困难），因为它们具有合理的金属液引入方向，有利于型腔排气及避免金属液进入型腔时冲击型芯。

内浇口截面积的计算：

An = G / (ρVg t ) （3-1）式中An ——内浇口的截面积，m2

G ——通过浇口的金属液总质量，g

ρ——液态金属的密度，g/cm3

错误！未找到引用源。—－内浇口流速，/

cm s

图3-4选用的内浇口形式

3.2冷却装置设计

压铸生产时压铸模的温度由冷却系统来控制和调节，其作用主要有: 使压铸模达到较好的热平衡和改善顺序凝固条件，使铸件凝固速度均匀并有利于压力的传递，提高铸件的内部质量；保持压铸合金充填时的流动性，具有良好的成形性和提高铸件的表面质量；稳定铸件尺寸精度，提高生产率；降低压铸模热交应变力，提高压铸模使用寿命。

冷却系统的设计原则：

a.尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；

b. 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好；

c.尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表明，冷却水管中心距B大约为2.5~3.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0.8~1.5B。最小不要小于10。

()

431T T K a

W W -?

=d =d.浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳；

e.应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过5℃

f.冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开

设水孔。

g.合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机

构发生干涉。

图3-5

图示水嘴和水道为冷却系统 冷却计算：单位时间内进入模具应除去的总热量Q ，可以用下式计算：

Q=W 1 × a

（3-2） 式中 W 1—单位时间内进入模具的合金重量g

a —克合金的热容量(J/g) 一般取130J/g

经计算：Q=2.6×79.5×130≈26871J

则带走上述热量，所需的冷却水量按下式计算： （3-3） 式中 W —通过模具冷却水的重量(g/h)

T 3—出水温度℃ 查表得 ZL102模具温度40～60℃

T 4—入水温度℃ 取常温24℃

K —热传导系数；凹模板或凸模板钻孔的冷却水道K=0.64

经计算： W ≈1166g/h

由下式可以计算出冷却水道的直径：

（

3-4）

式中 p —冷却液容重g/cm 3 ;

L —冷却水道长度cm ;

d—冷却水道直径cm。

经计算：d≈1.17cm 取4条6mm。

3.3推出机构设计

推出机构的作用是铸件成型后，顺利地把铸件及浇道凝料推出模外。推出机构一般由推杆、推管、推板、推杆固定板等零件组成。在设置推出机构时，首先需要确定当模具开启后，推出机构必须是建立在制品所滞留的模具部分中。通常，由于压铸机的推出机构设置在动模板一侧，因此大多数模具的推出机构是安装在动模中的。

A．推出机构的设计原则：

a. 模具的推出机构必须有足够的强度及刚度，使铸件出模后不致于变形；

b．推力要均匀。推力面尽可能要大，其推力应设计在铸件承受力较大的地方如筋部、凸缘及壳体壁部等部位；

c．推件不应设计在零件外表面，以免影响铸件外观质量；

d．推出系统要动作灵敏可靠、动作平稳并便于更换与维修。

B．推出机构的类型：

a. 推杆推出机构的结构特点：铸件成型后，能一次被推出。设计要点：推杆的直径不要过细，应有足够的强度承受推力；推杆的端面应距离型腔或镶件的平面0.08-0.1mm；推杆应作淬硬处理。

b. 推管推出机构适用于环形、桶形铸件或铸件上中心带孔部分的顶出，过薄的铸件尽量不要用这种机构，因为过薄的推管加工困难，且易损坏。

c.推板推出机构其主要特点是在制件表面不留下顶出痕迹，同时铸件受力均匀，顶出平稳，适用于各种容器、桶形制品及中心带孔铸件。

d.气压推出机构它是推出薄壁深腔壳型铸件最简单有效的方法，特别是成型车间设有压缩空气管路，采用此法更加经济合理。

根据以上原则及推出机构的类型，以及制品的结构特征，选用推杆推出机构。

3-5推出机构示意图

3.3.1推杆

推杆多为圆形结构，细长杆可将后部加粗成台阶形，配合间隙要求小的推杆，其推杆端部应设计成锥形。推杆应尽量短，推出时，一般将铸件推到高于型腔（或型芯）10mm左右即可。推杆的端面应高出所在型腔的底面或型芯顶面0.05-0.1mm。推杆与其配合孔采用H6/f6配合，保持一定同轴度。推杆数量在保证推出前提下，越少越好。在推杆推出机构中一定要设计复位机构。

图3-6推杆三维、二维示意图

图3-7推杆的分布图

推杆需要进行淬火处理，使其具有足够的强度和耐磨性，推杆选用T10A钢。本设计采用φ4mm和φ8mm的圆形推杆。

3..3.2 复位杆

顶杆在将制品顶出后，其顶端位置会高于型芯（型腔）表面很多，在下一次合模（模具合紧之前）时，必须使其退回到顶出前的初始位置，以免碰坏型腔（或型芯），因此在顶出机构中必须设有复位杆帮助顶杆回位。

图3-8复位杆三维、二维示意图

图3-9复位杆分布图

复位杆要求表面耐磨性好，并具有足够的机械强度，本设计中复位杆选用T10A，本设计中选用直径20mm的圆形复位杆。

3.3.3导向装置

导向装置的作用是：当动模与定模合模时，导向装置先进行导向，型腔与型芯再合模，这样可避免型芯与型腔发生碰撞而损坏。同时，保证了型芯及型腔的相对位置，兼起定位作用及承受一定的侧压力作用。导向装置包括两个部件，即导柱和导套，导柱一般安装在动模上，导套安装在定模上。有时，也可将导柱安装定模上，导套安装在动模上，或在动模上设计导套孔，用导柱直接导向。在本设计中，导套安装在定模上，导柱安装在动模上，在合模时进行导向定位。

导向零件的材料选择包括导套和导柱，由于在开、合模时有相对运动，成型过程中要承受一定的压力，或偏载负荷，因此要求表面耐磨性好，心部具有一定的韧性，本设计中的导向零件选用T8A，经过渗碳淬火后表面硬度应达到50-55HRC

根据铸件尺寸以及成型尺寸，选用下图所示尺寸的导柱、导套：