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XXXXX學(xué)院
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
題目（電源盒壓鑄模設(shè)計(jì)）
系 別：
XXXX學(xué)院
專業(yè)名稱：
XXXX
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
XXXX
指導(dǎo)教師姓名、職稱：
完成日期 年 月 日
I
摘 要
壓力鑄造是目前成型有色金屬鑄件的重要成型工藝方法。壓鑄的工藝特點(diǎn)是鑄件的強(qiáng)度和硬度較高，形狀較為復(fù)雜且鑄件壁較厚，而且生產(chǎn)率極高。壓鑄模具是壓力鑄造生產(chǎn)的關(guān)鍵，壓鑄模具的質(zhì)量決定著壓鑄件的質(zhì)量和精度，而模具設(shè)計(jì)直接影響著壓鑄模具的質(zhì)量和壽命。因此，模具設(shè)計(jì)是模具技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，也是模具發(fā)展的重要因素。
根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)了完整的模具。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、成型零件設(shè)計(jì)、抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)以及模體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)鑄件的形狀特點(diǎn)、零件尺寸及精度，選定了合適的壓鑄機(jī)，通過(guò)準(zhǔn)確的計(jì)算并查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定了成型零件以及模體的尺寸及精度，在材料的選取及熱處理要求上也作出了詳細(xì)說(shuō)明，并在結(jié)合理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，借助于計(jì)算機(jī)輔助軟件繪制了各部分零件及裝配體的立體圖和工程圖,以保障模具的加工制造。
根據(jù)有關(guān)資料，采用扁平側(cè)面澆注系統(tǒng)，降低了澆注時(shí)金屬液對(duì)型芯的沖擊，確定了鑄造工藝參數(shù)：鑄件加工余量取0.1～0.75mm，收縮率為0.4～0.7﹪，脫模斜度為25′～45′。模具整體尺寸為CI-4060-A150-B110-C120 mm，符合所選壓鑄機(jī)安裝空間。抽芯采用滑塊機(jī)構(gòu)，拼合形式為兩瓣式。推出機(jī)構(gòu)采用6根端面直徑12mm的圓截面推桿，推桿兼復(fù)位桿作用。經(jīng)計(jì)算，推桿受力符合要求。通過(guò)電腦模擬顯示，模具能夠正常工作，開啟靈活。
關(guān)鍵詞：壓力鑄造；壓鑄模具；鋁合金鑄件；電源盒
Abstract
Die-casting molding technology is playing a key role in non-ferrous metal structure forming processes. Die-casting process’s features are the strength and hardness of die casting on high, thin-walled castings with complex shape can be cast, and the production is efficient. The die-casting die is the key for the process of die casting, its quality decides the quality and accuracy of castings, and the design of the die-casting die affects its quality and operating life directly. Therefore, designing the die-casting die is the key to technological progress; it is also an important factor in the development of mold.
Based mainly on parts of the design integrity of the structure and size, it scheme out the required spare parts. Design elements include: design of gating system, forming part design, core-pulling mechanism design, the ejector design and the mold body structure design. According to the shape of features , parts size and accuracy, the author selected the appropriate die casting machine, through the exactly calculate and consult design handbooks, confirm the size and accuracy of the forming part and mold body structure, it also makes particular instruction on the material selection and the requirements of the heat treatment, with theoretical basis, plotting out pictorial drawing and casting drawing of the parts by using computer software to ensure the manufacture of die-casting die.
Based on the datum, use flat side gating system which can reduce pouring molten metal on the impact of cores, it ensure the technological parameter of the mold: the allowance of the casting was 0.1～0.75mm, shrinkage rate was 0.4～0.7﹪, draft angle was 25′～45′. The size of the die-casting mold was 450x550X450H mm, which satisfy the space of the die casting machine which is chosen. The core-pulling mechanism of the mold was optional side slider core-pulling mechanism, Introduced organizations selected two push plate. The diameter of the ejector pin with a cylindrical head was 26mm, and was also used as return pin. The stress of the ejector pin was conformance to the requirement by calculate. The simulation by computer shows that the mold works function normally, and it can dexterous and quickly to open.
Keywords: die casting; die-casting mold; zinc alloy castings; Tower pulley
III
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1課題意義 1
1.1.1 壓力鑄造的特點(diǎn) 1
1.1.2壓鑄模具設(shè)計(jì)的意義 2
1.2壓鑄發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢(shì) 2
1.2.1壓鑄的發(fā)展歷史 2
1.2.2我國(guó)壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 3
1.2.3壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 4
1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容 5
第2章 壓鑄模具的整體設(shè)計(jì) 7
2.1 鑄件工藝性分析 7
2.1.1 鑄件立體圖及工程圖 7
2.1.2 鑄件分型面確定 8
2.1.3 澆注位置的確定 9
2.2 壓鑄成型過(guò)程及壓鑄機(jī)選用 9
2.2.1 臥式冷室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu) 9
2.2.2 壓鑄成型過(guò)程 10
2.2.3壓鑄機(jī)型號(hào)的選用及其主要參數(shù) 11
2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
2.3.1 帶澆注系統(tǒng)鑄件立體圖 11
2.3.2 內(nèi)澆口設(shè)計(jì) 12
2.3.3 橫澆道設(shè)計(jì) 13
2.3.4 直澆道設(shè)計(jì) 14
2.3.5 排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14
2.4 壓鑄模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
第3章 成型零件及斜滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
3.1 成型零件設(shè)計(jì)概述 18
3.2澆注系統(tǒng)成型零件設(shè)計(jì) 18
3.3 鑄件成型零件設(shè)計(jì) 20
3.3.1 成型收縮率 20
3.3.2 脫模斜度 21
3.3.3 壓鑄件的加工余量 21
3.3.4鑄件成型尺寸的計(jì)算 21
3.4 成型零件裝配圖 24
第4章 推出機(jī)構(gòu)和模體設(shè)計(jì) 26
4.1 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4.1.1排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4.1.2 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 26
4.13 脫模機(jī)構(gòu)的選用原則 26
4.1.4 脫模機(jī)構(gòu)類型的選擇 26
4.1.5 推桿機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì) 26
4.2 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 27
4.2.1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)鑄件質(zhì)量的影響 27
4．3 模架及標(biāo)準(zhǔn)件的選用 28
4．3．1 模架的選用 28
4．4側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)類型選擇 30
4．5斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 30
4．6 成型零件材料選用 35
4．7 注射模用鋼種 35
第5章 結(jié)論 36
參考文獻(xiàn) 37
致 謝 39
V
XXXX學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒論
1.1課題意義
1.1.1 壓力鑄造的特點(diǎn)
高壓力和高速度是壓鑄中熔融合金充填成型過(guò)程的兩大特點(diǎn)。壓鑄中常用的壓射比壓在幾兆帕至幾十兆帕范圍內(nèi)，有時(shí)甚至高達(dá)500MPa。其充填速度一般在0.5～120m/s范圍內(nèi)，它的充填時(shí)間很短，一般為0.01～0.2s，最短的僅為千分之幾秒。因此，利用這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品有著其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)?？梢缘玫奖”?、形狀復(fù)雜但輪廓清晰的鑄件。其壓鑄出的最小壁厚：鋁合金為0.3mm；鋁合金為0.5mm。鑄出孔最小直徑為0.7mm。鑄出螺紋最小螺距0.75mm。對(duì)于形狀復(fù)雜，難以或不能用切削加工制造的零件，即使產(chǎn)量小，通常也采用壓鑄生產(chǎn)，尤其當(dāng)采用其他鑄造方法或其他金屬成型工藝難以制造時(shí)，采用壓鑄生產(chǎn)最為適宜。鑄件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。鑄件的尺寸精度為IT12～I(xiàn)T11面粗糙度一般為3.2～0.8μm，最低可達(dá)0.4μm。因此，個(gè)別壓鑄件可以不經(jīng)過(guò)機(jī)械加工或僅是個(gè)別部位加工即可使用[1]。
壓鑄的主要優(yōu)點(diǎn)是：
(1)鑄件的強(qiáng)度和表面硬度較高。由于壓鑄模的激冷作用，又在壓力下結(jié)晶，因此，壓鑄件表面層晶粒極細(xì)，組織致密，所以表面層的硬度和強(qiáng)度都比較高。
壓鑄件的抗拉強(qiáng)度一般比砂型鑄件高25%～30%，但收縮率較低。
(2)生產(chǎn)率較高。壓力鑄造的生產(chǎn)周期短,一次操作的循環(huán)時(shí)間約5 s～3 min ,這種方法適于大批量生產(chǎn)。
雖然壓鑄生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)十分突出，但是，它也有一些明顯的缺點(diǎn)：
(1)壓鑄件表層常存在氣孔。這是由于液態(tài)合金的充型速度極快，型腔中的氣體很難完全排除，常以氣孔形式存留在鑄件中。因此，一般壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，也不宜在高溫條件下工作。這是由于加熱溫度高時(shí)，氣孔內(nèi)的氣體膨脹，導(dǎo)致壓鑄件表面鼓包，影響質(zhì)量與外觀。同樣，也不希望進(jìn)行機(jī)械加工，以免鑄件表面顯露氣孔。
(2)壓鑄的合金類別和牌號(hào)有所限制。目前只適用于鋅、鋁、鎂、銅等合金的壓鑄。而對(duì)于鋼鐵材料，由于其熔點(diǎn)高，壓鑄模具使用壽命短，故鋼鐵材料的壓鑄很難適用于實(shí)際生產(chǎn)。至于某一種合金類別，由于壓鑄時(shí)的激冷產(chǎn)生劇烈收縮，因此也僅限于幾種牌號(hào)的壓鑄。
(3)壓鑄的生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)用較高。由于壓鑄機(jī)成本高，壓鑄模加工周期長(zhǎng)、成本高，因此壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn)[2]。
1.1.2壓鑄模具設(shè)計(jì)的意義
模具是壓鑄件生產(chǎn)的主要工具，因此在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)盡量注意使模具總體結(jié)構(gòu)及模具零件結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，便于制造生產(chǎn)，壓鑄模澆排系統(tǒng)需合理設(shè)計(jì)。模具的加工、裝配要到位，配合需適當(dāng)，壓鑄模具的優(yōu)化也是一個(gè)重要方面。壓鑄模具的優(yōu)良程度很大程度上取決澆注系統(tǒng)以及排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。壓鑄生產(chǎn)中，因?yàn)槟＞邼驳佬螤?、澆口與排溢口位置及壓鑄力等控制參數(shù)選擇不合理導(dǎo)致壓鑄件縮孔、冷隔或者氣孔等缺陷的情況常有出現(xiàn)。而對(duì)澆道和排溢口的形狀、大小、位置以及壓鑄機(jī)壓射工藝參數(shù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化后可以大大減少這些缺陷[3]。綜上所述，壓鑄模具的合理設(shè)計(jì)對(duì)于生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄件具有重要意義。
1.2壓鑄發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢(shì)
1.2.1壓鑄的發(fā)展歷史
壓鑄始于19世紀(jì)，其最初被用于壓鑄鉛字。早在1822年，威廉姆·喬奇（Willam Church）博士曾制造一臺(tái)日產(chǎn)1.2～2萬(wàn)鉛字的鑄造機(jī)，已顯示出這種工藝方法的生產(chǎn)潛力。1849年斯圖吉斯（J. J. Sturgiss）設(shè)計(jì)并制造成第一臺(tái)手動(dòng)活塞式熱室壓鑄機(jī)，并在美國(guó)獲得了專利權(quán)。1885年默根瑟（Mersen-thaler）研究了以前的專利，發(fā)明了印字壓鑄機(jī)，開始只用于生產(chǎn)低熔點(diǎn)的鉛、錫合金鑄字，到19世紀(jì)60年代用于鋁合金壓鑄零件生產(chǎn)。壓鑄廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)還只是上世紀(jì)初，用于現(xiàn)金出納機(jī)、留聲機(jī)和自行車的產(chǎn)品生產(chǎn)。1904年英國(guó)的法蘭克林（H. H. Franklin）公司開始用壓鑄方法生產(chǎn)汽車的連桿軸承，開創(chuàng)了壓鑄零件在汽車工業(yè)中應(yīng)用的先例。1905年多勒（H. H. Doehler）研制成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機(jī)、壓鑄鋅、錫、銅合金鑄件。隨后瓦格納（Wagner）設(shè)計(jì)了鵝頸式氣壓壓鑄機(jī)，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件。這種壓鑄機(jī)是利用壓縮空氣推送鋁合金經(jīng)過(guò)一個(gè)鵝頸式通道壓入模具內(nèi)，但由于密封、鵝頸通道的粘咬等問(wèn)題, 這種機(jī)器沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。但這種設(shè)計(jì)是生產(chǎn)鋁合金鑄件的第一次嘗試。20世紀(jì)20年代美國(guó)的Kipp公司制造出機(jī)械化的熱室壓鑄機(jī)，但鋁合金液有浸蝕壓鑄機(jī)上鋼鐵零部件的傾向，鋁合金在熱室壓鑄機(jī)上生產(chǎn)受到限制。1927年捷克工程師約瑟夫·波拉克（Jesef Pfolak）設(shè)計(jì)了冷壓室壓鑄機(jī)，由于貯存熔融合金的坩鍋與壓射室分離，可顯著地提高壓射力，使之更適合工業(yè)生產(chǎn)的要求，克服了氣壓熱壓室壓鑄機(jī)的不足之處，從而使壓鑄技術(shù)向前邁出重要一步[3]。20世紀(jì)50年代大型壓鑄機(jī)誕生，為壓鑄業(yè)開拓了許多新的領(lǐng)域。隨著壓鑄機(jī)、壓鑄工藝、壓鑄型及潤(rùn)滑劑的發(fā)展，壓鑄合金也從鉛合金發(fā)展到鋅、鋁、鎂和銅合金，最后發(fā)展到鐵合金，隨著壓鑄合金熔點(diǎn)的不斷增高而使壓鑄件應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。
1.2.2我國(guó)壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
我國(guó)壓鑄工業(yè)在近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展中有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，其每年都以8%～12%的良好勢(shì)頭快速發(fā)展。目前，我國(guó)擁有壓鑄廠點(diǎn)及相關(guān)企業(yè)2600余家，壓鑄機(jī)近萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)壓鑄件50余萬(wàn)噸。其中鋁壓鑄件占67.0%、鋅壓鑄件31.2%、銅壓鑄件1.0%、鎂壓鑄件0.8%。我國(guó)的壓鑄廠點(diǎn)及相關(guān)企業(yè)中，壓鑄廠點(diǎn)2000余家，占企業(yè)總數(shù)的80%以上，壓鑄機(jī)及輔助設(shè)備企業(yè)、模具企業(yè)、原輔材料企業(yè)近398家，占13.7%，科研、大專院校、學(xué)會(huì)等其他單位合計(jì)112個(gè)，占總數(shù)的3.8%[5]。壓鑄機(jī)生產(chǎn)方面，我國(guó)約有壓鑄機(jī)生產(chǎn)企業(yè)20多個(gè)，年生產(chǎn)能力超過(guò)1000臺(tái)，壓鑄機(jī)的供應(yīng)能力很強(qiáng)。其中的中小型壓鑄機(jī)的質(zhì)量較好，大型壓鑄機(jī)、實(shí)時(shí)控制的高性能的壓鑄機(jī)仍需進(jìn)口，2000噸以上的壓鑄機(jī)正在研制中[5]。種種情況表明，中國(guó)的壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)相當(dāng)龐大。
但是，與壓鑄強(qiáng)國(guó)相比，中國(guó)的壓鑄業(yè)還有著較大的差距。中國(guó)壓鑄企業(yè)的規(guī)模較小，企業(yè)素質(zhì)不高，技術(shù)水平落后，生產(chǎn)效率較低。雖然與美國(guó)、日本等壓鑄先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)壓鑄件的生產(chǎn)占有一定的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，但我國(guó)壓鑄企業(yè)以小型工廠為主，因此在管理水平和工作效率上，較之有很大的差距。另外，雖然我國(guó)生產(chǎn)的中小型壓鑄機(jī)質(zhì)量較好，但大型壓鑄機(jī)、實(shí)時(shí)控制的高性能的壓鑄機(jī)仍需進(jìn)口，每年進(jìn)口壓鑄機(jī)100臺(tái)以上[6]。由此可見，我國(guó)不能算作壓鑄強(qiáng)國(guó)，只能是壓鑄大國(guó)。
近年來(lái)，由于中國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸向很多市場(chǎng)邁進(jìn)。以中國(guó)的轎車工業(yè)壓鑄市場(chǎng)為支柱，中國(guó)的壓鑄業(yè)已經(jīng)向摩托車行業(yè)、農(nóng)用車行業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)市場(chǎng)、玩具市場(chǎng)、家電產(chǎn)業(yè)等多個(gè)方向快速拓展，其勢(shì)頭方興未艾[7]。
1.2.3壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)
由于整個(gè)壓鑄過(guò)程都是在壓鑄機(jī)上完成，因此，隨著對(duì)壓鑄件的質(zhì)量、產(chǎn)量和擴(kuò)大應(yīng)用的需求，開始對(duì)壓鑄設(shè)備提出新的更高的要求，傳統(tǒng)壓鑄機(jī)已經(jīng)不能滿足這些要求，因此，新型壓鑄機(jī)以及新工藝、新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。例如，為了消除壓鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔、縮松，改善鑄件的質(zhì)量，出現(xiàn)了雙沖頭（或稱精、速、密）壓鑄；為了壓鑄帶有鑲嵌件的鑄件及實(shí)現(xiàn)真空壓鑄，出現(xiàn)了水平分型的全立式壓鑄機(jī)；為了提高壓射速度和實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)增加壓射力以便對(duì)熔融合金進(jìn)行有效地增壓，以提高鑄件的致密度，而發(fā)展了三級(jí)壓射系統(tǒng)的壓鑄機(jī)。又如，在壓鑄生產(chǎn)過(guò)程中，除裝備自動(dòng)澆注、自動(dòng)取件及自動(dòng)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)外，還安裝成套測(cè)試儀器，對(duì)壓鑄過(guò)程中各工藝參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。它們是壓射力、壓射速度的顯示監(jiān)控裝置和合型力自動(dòng)控制裝置以及電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用等[8]。以下介紹的便是壓鑄行業(yè)中出現(xiàn)的新工藝技術(shù)。
(1)真空壓鑄
真空壓鑄是利用輔助設(shè)備將壓鑄型腔內(nèi)的空氣抽除且形成真空狀態(tài)，并在真空狀態(tài)下將金屬液壓鑄成形的方法。其真空度通常在380～600毫米汞柱的范圍內(nèi)，可以通過(guò)機(jī)械泵獲得。而對(duì)于薄壁與復(fù)雜的鑄件，真空度應(yīng)該更高。由于型腔抽氣技術(shù)的圓滿解決，真空壓鑄在20世紀(jì)50年代曾盛行一時(shí)，但后來(lái)應(yīng)用不多。目前，真空壓鑄只用于生產(chǎn)要求耐壓、機(jī)械強(qiáng)度高或要求熱處理的高質(zhì)量零件，其今后的發(fā)展趨向是解決厚壁鑄件和消除熱節(jié)部位的縮孔，從而更有效地應(yīng)用于可熱處理和可焊接的零件。
真空壓鑄的特點(diǎn)是：顯著減少了鑄件中的氣孔，增大了鑄件的致密度，提高了鑄件的力學(xué)性能，并使其可以進(jìn)行熱處理。消除了氣孔造成的表面缺陷，改善了鑄件的表面質(zhì)量?？蓽p小澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)尺寸。由于現(xiàn)代壓鑄機(jī)可以在幾分之一秒內(nèi)抽成需要的真空度，并且隨著鑄型中反壓力的減小，增大了鑄件的結(jié)晶速度，縮短了鑄件在鑄型中的停留時(shí)間。因此，采用真空壓鑄法可提高生產(chǎn)率10%～20%.采用真空壓鑄時(shí)，鎂合金減少了形成裂紋的可能性（裂紋時(shí)鎂合金壓鑄時(shí)很難克服的缺陷之一，經(jīng)常發(fā)生在型腔通氣困難的部位），提高了它的力學(xué)性能，特別是可塑性。
（2）充氧壓鑄
國(guó)外在分析鋁合金壓鑄件的氣泡時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中氣體體積分?jǐn)?shù)的90%為氮?dú)?，而空氣中的氮?dú)怏w積分?jǐn)?shù)應(yīng)為80%，氧氣的體積分?jǐn)?shù)為20%。這說(shuō)明氣泡中部分氧氣與鋁液發(fā)生了氧化反應(yīng)。因此出現(xiàn)了充氧壓鑄的新工藝[9]。
充氧壓鑄是消除鋁合金壓鑄件氣孔，提高鑄件質(zhì)量的一個(gè)有效途徑。所謂充氧壓鑄是在鋁液充填型腔，用氧氣充填壓室和型腔，以置換其中的空氣和其他氣體，當(dāng)鋁金屬液充填時(shí)，一方面通過(guò)排氣槽排出氧氣，另一方面噴散的鋁液與沒(méi)有排除的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生三氧化二鋁質(zhì)點(diǎn)，分散在壓鑄件內(nèi)部，從而消除不加氧時(shí)鑄件內(nèi)部形成的氣孔。這種三氧化二鋁質(zhì)點(diǎn)顆粒細(xì)小，約在1μm以下，其重量占鑄件總重量的0.1%～0.2%,不影響力學(xué)性能，并可使鑄件進(jìn)行熱處理[10]。
（3）精速密壓鑄
精速密壓鑄是一種精確地、快速的和密實(shí)的壓鑄方法，又稱套筒雙沖頭壓鑄法。國(guó)外在20世紀(jì)60年代中期開始在壓鑄生產(chǎn)中應(yīng)用這一方法。精密速壓鑄法在很大程度上消除了氣孔和縮松這兩種壓鑄件的基本缺陷，從而提高了壓鑄件的使用性能，擴(kuò)大了壓鑄件的應(yīng)用范圍。
（4）半固態(tài)壓鑄
半固態(tài)壓鑄是當(dāng)金屬液在凝固時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌，并在一定的冷卻速率下獲得50%左右甚至更高的固體組分漿料，并將這種漿料進(jìn)行壓鑄的方法。
半固態(tài)壓鑄的出現(xiàn)，為解決鋼鐵材料壓鑄模壽命低的問(wèn)題提供了一個(gè)方法，而且對(duì)提高鑄件質(zhì)量、改善壓鑄機(jī)鴨舌系統(tǒng)的工作條件，都有一定的作用，所以是用途的一種新工藝[11]。
1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容
本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容是鋁合金電源盒鑄件壓鑄模具設(shè)計(jì)，主要包括澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)，成形零件，抽芯機(jī)構(gòu)，推出機(jī)構(gòu)以及模體結(jié)構(gòu)等，其設(shè)計(jì)步驟如下：
（1）設(shè)計(jì)壓鑄模具總體結(jié)構(gòu)；
（2）設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)；
（3）設(shè)計(jì)成型零件系統(tǒng)；
（4）設(shè)計(jì)抽芯系統(tǒng)機(jī)構(gòu)；
（5）設(shè)計(jì)模體、頂出及復(fù)位機(jī)構(gòu)。
主要設(shè)計(jì)方法為：運(yùn)用UG繪制整個(gè)模具的裝配圖、立體圖和具體的零件圖、立體圖。然后對(duì)整個(gè)模具的工作過(guò)程進(jìn)行模擬以保證其動(dòng)作過(guò)程靈活。
第2章 壓鑄模具的整體設(shè)計(jì)
2.1 鑄件工藝性分析
2.1.1 鑄件立體圖及工程圖
所用零件為鋁合金電源盒，材料ADC12，鑄造精度CT5，最大尺寸123.00X262.00X74鑄件中心是一個(gè)較深的型腔，側(cè)壁有凸臺(tái)，凸臺(tái)上有直徑為14mm的通孔。殼體的底端有6個(gè)直徑為10mm的小孔，鑄件平均壁厚5.5mm，其立體圖如圖2-1，工程圖如圖2-2。
圖2-1 鑄件立體圖
圖2-2 鑄件工程圖
2.1.2 鑄件分型面確定
壓鑄模的定模與動(dòng)模表面通常稱為分型面，分型面是由壓鑄件的分型線決定的。而模具上垂直于鎖模力方向上的接合面，即為基本分型面。此殼體鑄件的分型面選擇現(xiàn)有三種方案如圖2-3所示。
選擇Ｉ面，使鑄件整體放在定模中，保證了鑄件的同軸度，有利于氣體的排出，同時(shí)I-I面也是鑄件的最大投影面。
選擇Ⅱ面，鑄件的同軸度不易保證。
選擇Ⅲ面，由于合模不嚴(yán)會(huì)使分型面處產(chǎn)生飛邊，不易清除痕跡，也不利于澆注系統(tǒng)的放置。
綜上分析決定選取I-I面為該鑄件的分型面。
圖2-3 鑄件分型面選擇
2.1.3 澆注位置的確定
鑄件中心有型芯，所以不宜采用中心澆注，因此采用底端澆注，澆注位置選在平臺(tái)的端面。
2.2 壓鑄成型過(guò)程及壓鑄機(jī)選用
2.2.1 臥式冷室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu)
臥式冷室壓鑄機(jī)基本組成如圖2-4所示。
圖2-4 臥式冷室壓鑄機(jī)
1—增壓器；2—蓄能器；3—壓射缸；4—壓射沖頭；5—壓室；6—定座板；7—拉桿；8—?jiǎng)幼澹?—頂出缸；10—曲肘機(jī)構(gòu)；11—支承座板；12—模具高度；13—合模缸；14—機(jī)體；15—控制柜；16—電機(jī)及泵
此類壓鑄機(jī)的基本結(jié)構(gòu)分為5部分：
(1)壓射機(jī)構(gòu) 主要作用是在高壓力下將熔融的金屬液壓入型腔的壓射機(jī)構(gòu)。壓射壓力、壓射速度等主要工藝參數(shù)都是通過(guò)它來(lái)控制的，其中包括壓室、壓射沖頭、壓射缸、增壓器和蓄能器。
(2)合模機(jī)構(gòu) 其作用是實(shí)現(xiàn)壓鑄模的開啟和閉合動(dòng)作，并在壓射成型過(guò)程中具有足夠而可靠的鎖模力，以防止在高壓壓射時(shí)，模具被推開或發(fā)生偏移。
(3)頂出機(jī)構(gòu) 在壓鑄件冷卻固化成型并開啟模具后，頂出缸驅(qū)動(dòng)壓鑄模的推出機(jī)構(gòu)，將成型壓鑄件及澆注余料從模具中頂出，并脫出模體，其中包括頂出缸和頂桿。
(4)傳動(dòng)系統(tǒng) 通過(guò)液壓傳動(dòng)或機(jī)械傳動(dòng)完成壓鑄過(guò)程中所需要的各種動(dòng)作。包括電機(jī)、各種液壓泵及機(jī)械傳動(dòng)裝置。
(5)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制柜指令液壓系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)元件，按壓鑄機(jī)壓射過(guò)程預(yù)定的工藝路線和運(yùn)行程序動(dòng)作，將液壓動(dòng)作和機(jī)械動(dòng)作有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，完成準(zhǔn)確可靠、協(xié)調(diào)安全的運(yùn)行規(guī)則[12]。
2.2.2 壓鑄成型過(guò)程
臥式冷室壓鑄機(jī)的壓住成型過(guò)程主要分為4個(gè)步驟，如圖2-4所示。
(a)合模過(guò)程 (b)壓射過(guò)程
(c)開模過(guò)程 (d)鑄件推出過(guò)程
圖2-5 壓鑄成型過(guò)程
(a)合模過(guò)程 壓鑄模閉合后，壓射沖頭1復(fù)位至壓室2的端口處，將足量的液態(tài)金屬3注入壓室2內(nèi)。
(b)壓射過(guò)程 壓射沖頭1在壓射缸中壓射活塞高壓作用下，推動(dòng)液態(tài)金屬3通過(guò)壓鑄模4的橫澆道6、內(nèi)澆口5進(jìn)入壓鑄模的型腔。金屬液充滿型腔后，壓射沖頭1仍然作用在澆注系統(tǒng)，使液態(tài)金屬在高壓狀態(tài)下冷卻、結(jié)晶、固化成型。
(c)開模過(guò)程 壓鑄成型后，開啟模具，使壓鑄件脫離型腔，同時(shí)壓射沖頭1將澆注余料頂出壓室。
(d)推出鑄件過(guò)程 在壓鑄機(jī)頂出機(jī)構(gòu)作用下，將壓鑄件及其澆注余料頂出，并脫離模體，壓射沖頭同時(shí)復(fù)位[13]。
2.2.3壓鑄機(jī)型號(hào)的選用及其主要參數(shù)
本課題設(shè)計(jì)的壓鑄件在分型面的投影面積為854cm2,壓鑄件的重量為0.722.5kg,鋁合金一般件的推薦壓射比壓為13～20MPa，動(dòng)模板最小行程為108mm,采用常用的臥式冷室壓鑄機(jī)，其型號(hào)為J1163E。
壓鑄機(jī)主要參數(shù)如下：壓射力為368～600kN；壓室直徑為70～100mm；最大澆注量（鋁）為9kg；澆注投影面積為403～1649；動(dòng)模板行程為600mm；拉缸內(nèi)空間水平垂直為750mm750mm。
2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
壓鑄模澆注系統(tǒng)是將壓鑄機(jī)壓室內(nèi)熔融的金屬液在高溫高壓高速狀態(tài)下填充入壓鑄模型腔的通道。它包括直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口、以及溢流排氣系統(tǒng)等。它能調(diào)節(jié)充填速度、充填時(shí)間、型腔溫度，因此它決定著壓鑄件表面質(zhì)量以及內(nèi)部顯微組織狀態(tài)，同時(shí)也影響壓鑄生產(chǎn)的效率和模具的壽命[14]。
2.3.1 帶澆注系統(tǒng)鑄件立體圖
鑄件立體圖如圖2-6所示，溢流槽設(shè)于分型面四個(gè)對(duì)角處，用于有序的排除型腔中的氣體和排除并容納冷污的金屬液以及其他氧化物。
圖2-6 帶澆注系統(tǒng)鑄件
2.3.2 內(nèi)澆口設(shè)計(jì)
（1）內(nèi)澆口速度
由參考文獻(xiàn)[15]查得，鋁合金鑄件內(nèi)澆口充填速度Vn的推薦值為30～50m/s，選取為40m/s。
（2）充填時(shí)間
經(jīng)計(jì)算，壓鑄件的平均壁厚約為5mm，利用參考文獻(xiàn)[16]中的經(jīng)驗(yàn)公式。
t=35(b-1) （2-1）
式中t-充填時(shí)間，ms；b-壓鑄件平均壁厚，mm
可求出t=35(3.8-1)=98ms≈0.1s。
（3）內(nèi)澆口截面積的確定
內(nèi)澆口截面積的確定可由公式（2-2）得出：
Ag=Gρνgt=vvnt
(2-2)
式中：Ag—內(nèi)澆口橫截面積，； —通過(guò)內(nèi)澆口金屬液的總質(zhì)量，；—液態(tài)金屬的密度，； νg—內(nèi)澆口流速，； t—型腔的填充時(shí)間，；V—通過(guò)內(nèi)澆口金屬液的體積，cm3；Vn—型腔的充填速度，。
計(jì)算得出數(shù)值如下：
Ag=1014.74000×0.1≈2.5cm2
(4)內(nèi)澆口厚度、長(zhǎng)度、寬度的確定
由內(nèi)澆口厚度、寬度和長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表，適當(dāng)選取此鋁合金鑄件內(nèi)澆口厚度為10mm，長(zhǎng)度為22.5mm，寬度為100mm。
2.3.3 橫澆道設(shè)計(jì)
（1）橫澆道的形式及尺寸
根據(jù)鑄件及內(nèi)澆口特點(diǎn)，選用T形澆道，截面為矩形，澆道形狀及尺寸如圖2-7。
（2）橫澆道與內(nèi)澆口的連接方式
為了防止金屬液對(duì)型芯的正面沖擊，橫澆道與內(nèi)澆口采用了端面聯(lián)接的方式，見圖2-8。
圖2-8 端面聯(lián)接方式
圖2-8中具體尺寸為：h1=2.5mm；r2=3.5mm；h2=7mm；α=45°。
2.3.4 直澆道設(shè)計(jì)
直澆道尺寸由澆口套尺寸決定。澆口套內(nèi)徑與壓室內(nèi)徑相同，由于壓鑄機(jī)選擇型號(hào)為J1163E，其壓室直徑為70，80，100。選取100為澆口套內(nèi)徑，其他尺寸根據(jù)情況自行設(shè)計(jì)，具體尺寸見附錄。
2.3.5 排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)
排溢系統(tǒng)由排氣道、溢流槽、溢流口組成。
如圖2-9所示，選用半圓形結(jié)構(gòu)的排溢系統(tǒng)。
圖2-9 排溢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
（1)溢流槽尺寸設(shè)計(jì)
溢流槽尺寸選?。阂缌骺诤穸萮=0.5mm；溢流口長(zhǎng)度l=4mm；溢流口寬度s=72mm；溢流槽半徑r=15mm。
（2）排氣道設(shè)計(jì)
排氣道相關(guān)尺寸選取為：排氣槽深度為0.12mm；寬度為15mm。
2.4 壓鑄模具的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
壓鑄模由定模和動(dòng)模兩個(gè)主要部分組成。定模固定在壓鑄機(jī)壓室一方的定模座板上，是金屬液開始進(jìn)入壓鑄模型腔的部分，也是壓鑄模型腔的所在部分之一。定模上有直澆道直接與壓鑄機(jī)的噴嘴或壓室連接。動(dòng)模固定在壓鑄機(jī)的動(dòng)模座板上，隨動(dòng)模座板向左、向右移動(dòng)與定模分開和合攏，一般抽芯和鑄件頂出機(jī)構(gòu)設(shè)于其內(nèi)。
壓鑄模具的基本結(jié)構(gòu)及零件明細(xì)表如圖2-10所示，它通常包括以下六個(gè)部分。
（1）成型零件部分。在合模后，由動(dòng)模鑲塊和型腔鑲塊形成一個(gè)構(gòu)成壓鑄件形狀的空腔，通常稱為成型鑲塊。構(gòu)成成型部分的零件即為成型零件。成型零件包括固定的和活動(dòng)的鑲塊與型芯，如圖中的鑲塊、主型芯、小型芯以及側(cè)型芯等。有時(shí)成型零件還構(gòu)成澆注系統(tǒng)的一部分，如內(nèi)澆口、橫澆道、溢流口和排氣道等。
（2）澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是熔融金屬由壓鑄機(jī)壓室進(jìn)入壓鑄模成型空腔的通道，如圖中澆口套、澆道鑲塊以及橫澆道、內(nèi)澆口、排溢系統(tǒng)等。
由于成型零件和澆注系統(tǒng)的零件均與高溫的金屬液直接接觸，所以它們應(yīng)選用經(jīng)過(guò)熱處理的耐熱鋼制造。
（3）模體結(jié)構(gòu)。各種模板、座架等構(gòu)架零件按一定程序和位置加以組合和固定，將模具的各個(gè)結(jié)構(gòu)件組成一個(gè)模具整體，并能夠安裝到壓鑄機(jī)上，如圖中的墊塊、支撐板、動(dòng)模壓板、定模套板、定模座板和動(dòng)模座板等。
導(dǎo)柱和導(dǎo)套是導(dǎo)向零件，又被稱為導(dǎo)準(zhǔn)零件。它們的作用是引導(dǎo)動(dòng)模板與定模板在開模和合模時(shí)能沿導(dǎo)滑方向移動(dòng)，并準(zhǔn)確定位。
（4）頂出和復(fù)位機(jī)構(gòu)。將壓鑄件或澆注余料從模具上脫出的機(jī)構(gòu)，包括推出零件和復(fù)位零件，如圖中的推桿、推桿固定板和推板。同時(shí)，為使頂出機(jī)構(gòu)在移動(dòng)時(shí)平穩(wěn)可靠，往往還設(shè)置自身的導(dǎo)向零件推板導(dǎo)柱和推板導(dǎo)套。為便于清理雜物或防止雜物影響推板的正確復(fù)位，還在推板底部設(shè)置限位釘。
（5）側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。當(dāng)壓鑄件側(cè)面有側(cè)凹或側(cè)凸結(jié)構(gòu)時(shí)，則需要設(shè)置側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，如圖中斜滑塊、側(cè)型芯、斜滑塊限位釘、彈頂銷、彈簧等。
（6）其它。除以上各結(jié)構(gòu)單元外，模具內(nèi)還有其它用于固定各相關(guān)零件的內(nèi)六角螺栓以及銷釘?shù)萚17]。
圖2-10 模具總裝圖
第3章 成型零件及斜滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 成型零件設(shè)計(jì)概述
成型零件是與高溫金屬液接觸的零件，用于形成澆注系統(tǒng)和鑄件。成型零件由澆注系統(tǒng)成型零件和鑄件成型零件兩部分組成。
（1）澆注系統(tǒng)成型零件：澆道鑲塊、澆口套，用于形成澆注系統(tǒng)。
（2）鑄件成型零件：型芯、鑲塊、斜滑塊塊，用于形成鑄件。
成型零件的結(jié)構(gòu)形式主要可以分為整體式和組合式兩類。
1）整體式結(jié)構(gòu) 型腔和型芯都由整塊材料加工而成，，即型腔或型芯直接在模板上加工成型。
2）整體組合式結(jié)構(gòu) 型腔和型芯由整塊材料制成，裝入模板的模套內(nèi)，再用臺(tái)肩或螺栓固定。
3）局部組合式結(jié)構(gòu) 型腔和型芯由整塊材料制成，局部鑲有成型鑲塊的組合形式。
4）完全組合式結(jié)構(gòu) 由多個(gè)鑲拼件組合而成的成型空腔。
成型零件直接接觸高溫、高壓、高速的液態(tài)金屬，受機(jī)械沖擊、磨損、熱疲勞和化學(xué)侵蝕的反復(fù)作用，熱應(yīng)力和熱疲勞導(dǎo)致的熱裂紋則是破壞失效的主要原因，所以對(duì)成形零件的尺寸精度的要求尺寸精度高3-4級(jí)，對(duì)粗糙度的要求比鑄件粗糙度高2級(jí)。
由于本文中采用斜滑塊抽芯系統(tǒng)，其也與液態(tài)金屬直接接觸，故放入本章介紹[18]。
3.2澆注系統(tǒng)成型零件設(shè)計(jì)
（1）澆口套的結(jié)構(gòu)
在澆口套中形成直澆道，常用澆口套的結(jié)構(gòu)形式如圖3-1所示。
圖（a）由于制造和裝卸比較方便，在中小型模具中應(yīng)用比較廣泛。
圖（b）是利用臺(tái)肩將澆口套固定在兩模板之間，裝配牢固，但拆裝均不方便。
圖（c）是將壓鑄模的安裝定位孔直接設(shè)置在澆口套上。
圖（d）、（e）型式用于中心進(jìn)料圖 （f）是導(dǎo)入式直澆道的結(jié)構(gòu)型式。
本課題選用圖（a）的形式。
圖3-1 澆口套結(jié)構(gòu)形式
（2）澆口套與壓室的連接方式
連接方式如圖3-2所示。
圖3-2（a）為平面對(duì)接：為了保證同軸度應(yīng)提高加工精度和裝配精度。
圖3-2（b）保證了它們的同軸度要求。
圖3-2 澆口套與壓室連方式接
本課題采用（a）類連接，即平面對(duì)接的方式，此類連接便于裝卸。
（3）澆口套的尺寸與配合精度
澆口套尺寸根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)，具體尺寸參見附錄。
配合精度：取、取、取 、取、取。
（4）澆注系統(tǒng)成型零件的材料和硬度的要求
壓鑄模具的澆注系統(tǒng)成型零件直接與高溫、高壓、高速填充的液態(tài)金屬液接觸，在短時(shí)間內(nèi)溫度變化很大，壓鑄模的工作環(huán)境十分惡劣，因此對(duì)澆注系統(tǒng)成型零件材料的選擇應(yīng)慎重。底座鑄件模具設(shè)計(jì)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取的材料為4Cr5MoSiV1,熱處理要求為44～48HRC。
3.3 鑄件成型零件設(shè)計(jì)
3.3.1 成型收縮率
成型收縮率是指鑄件收縮量與成型狀態(tài)鑄件尺寸之比，收縮分三種情況（見圖3-3）：
（1）自由收縮 在型腔內(nèi)的壓鑄件沒(méi)有成型零件的阻礙作用，圖中。
（2）阻礙收縮 如圖中，有固定型芯的阻礙作用。
（3）混合收縮 如圖中，這種情況較多。
圖3-3 壓鑄件收縮率的分類
由參考文獻(xiàn)[16]中查得鋁合金的自由收縮率為0.6%～0.8%，阻礙收縮率為0.3%~0.4%，混合收縮率為0.4%～0.6%。取YX041鋁合金的自由收縮=0.7%，阻礙收縮為，混合收縮為φ3=0.5%。
3.3.2 脫模斜度
（1）脫模斜度的選取標(biāo)準(zhǔn)
1）不留加工余量的壓鑄件。為了保證鑄件組裝時(shí)不受阻礙，型腔尺寸以大端為基準(zhǔn)，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少；型芯尺寸以小端為基準(zhǔn)，另一端按脫模斜度相應(yīng)增大。
2）兩面均留有加工余量的鑄件。為保證有足夠的加工余量，型腔尺寸以小端為基準(zhǔn)，加上加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)增大；型芯尺寸以大端 為基準(zhǔn)，減去加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少。
3）單面留有加工余量的鑄件。型腔尺寸以非加工面的大端為基準(zhǔn)，加上斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)減少。型芯尺寸以非加工面的小端為基準(zhǔn)，減去斜度尺寸差及加工余量，另一端按脫模斜度相應(yīng)放大。
（2）脫模斜度的尺寸
配合面外表面最小脫模斜度α取，內(nèi)表面最小脫模斜度β取。非配合面外表面最小脫模斜度α取， 內(nèi)表面最小脫模斜度β取1°。由于底座內(nèi)腔深度>50mm，則脫模斜度可取小。
3.3.3 壓鑄件的加工余量
由于鑄件具有較為精確的尺寸和良好的鑄造表面，所以一般情況下，可以不進(jìn)行機(jī)械加工。同時(shí)，由于壓鑄件內(nèi)部可能有氣孔，所以應(yīng)盡量避免再進(jìn)行機(jī)械加工。但是，某些部位還是應(yīng)該進(jìn)機(jī)械加工。如裝配表面、裝配孔、成型困難沒(méi)有鑄出的一些形狀，去除內(nèi)澆口、溢流口后的多余部分等。
底座鑄件的加工余量選取根據(jù)參考文獻(xiàn)[15]中推薦的加工余量選擇，平面按最大邊長(zhǎng)確定，孔按直徑確定。
3.3.4鑄件成型尺寸的計(jì)算
成型零件表面受高溫、高壓、高速金屬液的摩擦和腐蝕而產(chǎn)生損耗，因修型引起尺寸變化。把尺寸變大的尺寸稱為趨于增大尺寸，變小的尺寸稱為趨于變小尺寸。在確定成型零件尺寸時(shí)，趨于增大的尺寸應(yīng)向偏小的方向取值；趨于變小的尺寸應(yīng)向偏大的方向取值；穩(wěn)定尺寸取平均值。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]，成型零件尺寸的計(jì)算公式如下：
式中：—成型件尺寸；—成型零件制造偏差；—壓鑄件尺寸（含脫模斜度、加工余量）；—收縮率；n—補(bǔ)償系數(shù)；—壓鑄件尺寸偏差。
n為損耗補(bǔ)償系數(shù)，由兩部分構(gòu)成，其一是壓鑄件尺寸偏差的，其二是磨損值，一般為壓鑄件尺寸偏差的，因此。成型零件尺寸制造偏差=。
已知鑄件尺寸公差等級(jí)為CT5，根據(jù)參考文獻(xiàn)查表可得鑄件基本尺寸的相應(yīng)尺寸公差。由鑄件圖可知型腔尺寸有：Φ100，h270，4R25，Φ190，h224，h6。型芯尺寸有：Φ182.5，Φ80，4Φ30.2，h210,4R50，h2。中心尺寸有：L121，L220。
3.4 成型零件裝配圖
定模與動(dòng)模合攏后形成的空腔通常稱為型腔，而構(gòu)成型腔的零件即為成型零件。成型零件包括固定和活動(dòng)的鑲塊與型芯。模具成型零件立體圖如圖3-4所示，裝配圖如圖3-5所示。
圖3-4 鑄件成型零件立體圖
圖3-5 鑄件成型零件裝配圖
1—澆口套；2—定模鑲塊；3—?jiǎng)幽Ｐ被瑝K：4—鑲塊：5—彈簧頂銷
6—小型芯；7—主型芯
5．4 注射模成型零部件的設(shè)計(jì)[7]
模具閉合時(shí)用來(lái)填充鋁合金成型制品的空間稱為型腔。構(gòu)成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與鋁合金接觸，成型鑄件的某些部分，承受著鋁合金熔體壓力，決定著鑄件形狀與精度，因此成型零部件的設(shè)計(jì)是注射模具的重要部分。
成型零部件在注射成型過(guò)程中需要經(jīng)常承受溫度壓力及鋁合金熔體對(duì)它們的沖擊和摩擦作用，長(zhǎng)期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)形式，準(zhǔn)確計(jì)算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的表面質(zhì)量。
5．4．1 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要應(yīng)在保證鑄件質(zhì)量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。
1）、凹模的設(shè)計(jì)
凹模也稱為型腔，是用來(lái)成型制品外形輪廓的模具零件，其結(jié)構(gòu)與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產(chǎn)批量及模具的加工方法等有關(guān)，常用的結(jié)構(gòu)形式有整體式、嵌入式、
鑲拼組合式和瓣合式四種類型。
本設(shè)計(jì)中采用鑲嵌式凹模，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢固可靠，不容易變形，成型出來(lái)的制品表面不會(huì)有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個(gè)模具的外形結(jié)構(gòu)尺寸。不過(guò)模具加工起來(lái)比較困難，要用到數(shù)控加工或電火花加工。
型腔3D圖
2）、凸模的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中零件結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，深度不大，但經(jīng)過(guò)對(duì)鑄件實(shí)體的仔細(xì)觀察研究發(fā)現(xiàn)，鑄件采用的是整體式型芯。這樣的型芯加工方便，便于模具的維護(hù)，型芯與動(dòng)模板的配合可采用。
型芯3D圖
5．4．2 成型零部件工作尺寸的計(jì)算
成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定鑄件形狀的有關(guān)尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸，以及中心距尺寸等。
在模具設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)鑄件的尺寸及精度等級(jí)確定成型零部件的工作尺寸及精度等級(jí)。影響鑄件尺寸精度的主要因素有鑄件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據(jù)。
由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計(jì)算型芯型腔的尺寸有一定的誤差（因?yàn)槟＞咧圃旃詈湍＞叱尚土悴考谑褂弥械淖畲竽p量大多憑經(jīng)驗(yàn)決定），這里就只考慮鋁合金的收縮率計(jì)算模具盛開零部件的工作尺寸。
鑄件經(jīng)成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會(huì)引起尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種鋁合金都具有的固有特性之一，選定ABS材料的平均收縮率為0.5%，剛計(jì)算模具成型零部件工作尺寸的公式為：
式中 A — 模具成型零部件在常溫下的尺寸
B — 鑄件在常溫下實(shí)際尺寸
成型零部件工作尺寸的公差值可取鑄件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級(jí)作為模具制造公差。在此取IT8級(jí)，型芯工作尺寸公差取IT7級(jí)。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負(fù)值，中心距偏差為雙向?qū)ΨQ分布。各成型零部件工作尺寸的具體數(shù)值見圖紙。
第4章 推出機(jī)構(gòu)和模體設(shè)計(jì)
4.1 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1.1排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
排氣是注射模設(shè)計(jì)中不可忽視的一個(gè)問(wèn)題。在注射成型中，若模具排氣不良，型腔內(nèi)的氣體受壓縮將產(chǎn)生很大的背壓，阻止鑄件熔體正?？焖俪淠?，同時(shí)氣體壓縮所產(chǎn)生的熱使鑄件燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和鑄件過(guò)厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會(huì)滲入鑄件制件內(nèi)部，造成氣孔、組織疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對(duì)注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴(yán)格。
在鑄件熔體充模過(guò)程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有鑄件含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、鑄件局部過(guò)熱分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)性氣體，鑄件中某些添加劑揮發(fā)或化學(xué)反應(yīng)所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型面上開設(shè)排氣槽排氣，利用推桿運(yùn)動(dòng)間隙排氣等。
由于本次設(shè)計(jì)中模具尺寸不大，本設(shè)計(jì)中采用間隙排氣的方式，而不另設(shè)排氣槽，利用間隙排氣，以不產(chǎn)生溢料為宜，其值與鑄件熔體的粘度有關(guān)。
4.1.2 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
鑄件從模具上取下以前還有一個(gè)從模具的成型零部件上脫出的過(guò)程，使鑄件從成型零部件上脫出的機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向和復(fù)位部件等組成。
4.13 脫模機(jī)構(gòu)的選用原則
（1） 使鑄件脫模時(shí)不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能形成永久變形）；
（2） 推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排；
（3） 推桿的受力不可太大，以免造成鑄件的被推局部產(chǎn)生隙裂；
（4） 推桿的強(qiáng)度及剛性應(yīng)足夠，在推出動(dòng)作時(shí)不產(chǎn)生彈性變形；
（5） 推桿位置痕跡須不影響鑄件外觀；
4.1.4 脫模機(jī)構(gòu)類型的選擇
推出機(jī)構(gòu)按其推出動(dòng)作的動(dòng)力來(lái)源分為手動(dòng)推出機(jī)構(gòu)，機(jī)動(dòng)推出機(jī)構(gòu)，液壓和氣動(dòng)推出機(jī)構(gòu)。根據(jù)推出零件的類別還可分為推桿推出機(jī)構(gòu)、套管推出機(jī)構(gòu)、推板推出機(jī)構(gòu)、推塊推出機(jī)構(gòu)、利用成型零部件推出和多元件綜合推出機(jī)構(gòu)等。
本設(shè)計(jì)中采用推板加推桿推出機(jī)構(gòu)使鑄件制件順利脫模。
4.1.5 推桿機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)
（1）、推桿布置
該鑄件采用了6根12mm的直推桿，其分布情況如圖（10）所示，這些推桿均勻的分布在產(chǎn)品邊緣處，使制品所受的推出力均衡。
圖（10）推桿布置
（2）、推桿的設(shè)計(jì)[7]
本設(shè)計(jì)中采用臺(tái)肩形式的圓形截面推桿，設(shè)計(jì)時(shí)推桿的直徑根據(jù)不同的設(shè)置部位選用不同的直徑，。見圖（１0）。推桿端平面不應(yīng)有軸向竄動(dòng)。推桿與推桿孔配合一般為，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產(chǎn)生飛邊，PP鑄件的溢料間隙為。
4.2 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
在注射模中，模具的溫度直接影響到鑄件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種鑄件的性能和成型工藝要求不同，對(duì)模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內(nèi)的鑄件粉體的溫度為左右，熔體固化成為鑄件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內(nèi)通入冷卻水，將熱量帶走。對(duì)于要求較低模溫（一般小于）的鑄件，如本設(shè)計(jì)中的聚丙烯PP，僅需要設(shè)置冷系統(tǒng)即可，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。
模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。
4.2.1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)鑄件質(zhì)量的影響
注射模的溫度對(duì)于鑄件熔體的充模流動(dòng)、固化成型、生產(chǎn)效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對(duì)于任一個(gè)鑄件制品，模具溫度波動(dòng)過(guò)大都是不利的。過(guò)高的模溫會(huì)使鑄件在脫模后發(fā)生變形，若延長(zhǎng)冷卻時(shí)間又會(huì)使生產(chǎn)率下降。過(guò)低的模溫會(huì)降低鑄件的流動(dòng)性，使其難于充模，增加制品的內(nèi)應(yīng)力和明顯的熔接痕等缺陷。
模具冷卻水路圖
4．2．2 冷卻系統(tǒng)之設(shè)計(jì)規(guī)則
設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當(dāng)而有效率的冷卻。冷卻孔道應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，以方便加工與組裝。設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，模具設(shè)計(jì)者必須根據(jù)鑄件的壁厚與體積決定下列設(shè)計(jì)參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長(zhǎng)度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動(dòng)速率與熱傳性質(zhì)。
(1) 冷卻管路的位置與尺寸
鑄件壁厚應(yīng)該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設(shè)置是在凸模塊與凹模塊內(nèi)，設(shè)在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。
通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應(yīng)維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應(yīng)維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此取8mm。
4．3 模架及標(biāo)準(zhǔn)件的選用
4．3．1 模架的選用
1、確定模具的基本類型
注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結(jié)構(gòu)分類所分的典型結(jié)構(gòu)如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動(dòng)成型零件的模、側(cè)向分型抽芯注射模、定模帶有推出機(jī)構(gòu)的注射模、自動(dòng)卸螺紋的注射模、熱流道注射模。
2、 模架的選擇
根據(jù)對(duì)鑄件的綜合分析，確定該模具是單分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990《鑄件注射模中小型模架》可選擇CI型的模架，其基本結(jié)構(gòu)如下：
CI型模具定模采用兩塊模板，動(dòng)模采用一塊模板，又叫兩板模，大水口模架，適合側(cè)澆口，采用斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯的注射成形模具。
由分型面分型面的選擇而選擇模具的導(dǎo)柱導(dǎo)套的安裝方式，經(jīng)過(guò)考慮分析，導(dǎo)柱導(dǎo)套選擇選正裝。
根據(jù)所選擇的模架的基本型可以選出對(duì)應(yīng)的模板的厚度以及模具的外輪廓尺寸，
經(jīng)過(guò)計(jì)算可以知道該模具是一模二腔的模具，而型腔之間的距離在30-50mm之間
把型腔排列成一模二腔可側(cè)得長(zhǎng)為440mm，寬為200mm，
模架的長(zhǎng)L=440+復(fù)位桿的直徑+螺釘?shù)闹睆?型腔壁厚600mm
模架的寬W=200+復(fù)位桿的直徑+型腔壁厚400mm
根據(jù)內(nèi)模仁的尺寸，在計(jì)算完模架的長(zhǎng)寬以后，還需要考慮其他螺絲導(dǎo)柱等零件對(duì)模架尺寸的影響，在設(shè)計(jì)中避免干涉。
在此設(shè)計(jì)中，由于有斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，還需要考慮側(cè)抽芯對(duì)模具設(shè)計(jì)中模架外形尺寸的影響。
所以就取BL=400X600的模架，鑄件的厚度為61mm，鑄件的全部膠位都留在定模部分，該模具型腔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，型芯、型腔的固定是固定總高度的加30-50mm，B板的厚度取110mm，滿足強(qiáng)度要求，A板為150mm，C板為120mm（C的選擇應(yīng)考慮推出機(jī)構(gòu)的推出距離是否滿足推出的高度）
在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)椴捎肁2DCI4055標(biāo)準(zhǔn)模架，其標(biāo)準(zhǔn)模腳的高度為100mm，因?yàn)椴粷M足頂出要求。所以模腳加高至120mm
綜上所述所選擇的模架的型號(hào)為：A2 CI-4060-A150-B110-C120 mm
4．4側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)類型選擇
一般指的模具的行位機(jī)構(gòu)，即凡是能夠獲得側(cè)向抽芯或側(cè)向分型以及復(fù)位動(dòng)作來(lái)拖出產(chǎn)品倒扣，低陷等位置的機(jī)構(gòu)。
下圖列出模具的常用行位結(jié)構(gòu)。
1.從作用位置分為下模行位、上模行位、斜行位（斜頂）
2.從動(dòng)力來(lái)分，為機(jī)動(dòng)側(cè)向行位機(jī)構(gòu)和液壓（氣壓）側(cè)向行位機(jī)構(gòu)
斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
是利用成型的開模動(dòng)作用，使斜撐梢與滑塊產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，使滑塊沿開模方向及水平方向的兩種運(yùn)動(dòng)形式，使之脫離倒勾。如圖所示：
1、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的類型
（1）手動(dòng)抽芯
（2）液壓或氣動(dòng)抽芯
（3）機(jī)動(dòng)抽芯
2、抽心距：S=H+(3-5)
其中,S為抽芯機(jī)構(gòu)需要行走的總距離，
H為通過(guò)測(cè)量出來(lái)的產(chǎn)品抽芯距離（可以通過(guò)3D或2D進(jìn)行實(shí)際測(cè)量）
3-5MM為產(chǎn)品抽芯后的安全距離
本設(shè)計(jì)中，抽芯距離較大，需抽芯1015mm。
3、抽芯力：
將鑄件制品從包緊的側(cè)型芯上脫出時(shí)所需克服的阻力稱為抽芯力。
抽芯力F=PA(f *cosα+sinα)
p---鑄件制品收縮對(duì)型芯單位面積的正壓力，通常取8~12Mpa;
A---鑄件制品包緊型芯的側(cè)面積，
f---磨擦系數(shù)，取0.1~0.2 α---脫模斜度，一般就是幾度而已。
F---單位為N
斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)
（1）斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)
1）斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
① 斜導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
A、斜導(dǎo)柱的形狀，在此套模具中，我們采用標(biāo)準(zhǔn)的斜導(dǎo)柱形式，含有胚頭示。
可以直接購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)件。
B、斜導(dǎo)柱的材料：45鋼、T8、T10或者20鋼經(jīng)滲碳處理，淬火硬度在55HRC以上，表面粗糙度為Ra0.8μm～Ra1.6μm。
C、斜導(dǎo)柱與其固定的模板之間采用過(guò)