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I 摘要 本文主要介紹了液力偶合器外殼體的壓鑄模具設(shè)計 與原來的設(shè)計方法 不同的是本文首次采用了軟件和計算結(jié)合的方法 利用現(xiàn)在模具行業(yè)通用的 軟件 Pro E 中的標(biāo)準(zhǔn)模架庫 EMX 結(jié)合模具設(shè)計手冊共同完成了模具零件的選 擇 標(biāo)準(zhǔn)模架的調(diào)用以及模具零件的材料選擇 模具設(shè)計的軟件化其優(yōu)點(diǎn)很 多 首先 它能夠節(jié)省大量的材料 再者 它能夠縮短一個模具的開發(fā)周期 最重要的是它可以模擬開模并進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析 大大降低了工人和設(shè)計人 員的勞動強(qiáng)度 最終可以大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率 關(guān)鍵字 壓鑄 EMX 壓鑄機(jī) II Abstract This text mainly introduces the liquid dint to match the machine outer shell body to die casting the molding tool design accidentally what different from original design method is the text is for the very first time adopted the software combining with the calculation of method make use of advanced molding tool profession in general using software Pro E and the database of standard mold EMX combine the choice the standard mold that the molding tool design manual completed the molding tool spare parts together adjust to using and the pit and the molding tool spare parts in the school of material choice The software of the molding tool design turns its advantage much First it can save a great deal of material Furthermore it can shorten a development period of molding tool it is most important and can imitate to open the mold and carry on should the dint contingency analyze lowering the worker and designing the personnel s labor strength consumedly finally it can raise the production efficiency of the business enterprise consumedly The key word Die castings EMX Expert Moldbase Extension Die casting machine III 目 錄 摘要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1 1 壓鑄模具的概述 1 1 2 總體方案確定 1 第 2 章 模具的結(jié)構(gòu) 3 2 1 模具的組成及作用 3 第 3 章 壓鑄模具設(shè)計 4 3 1 產(chǎn)品零件分析 4 3 1 1 壓鑄件材料分析 4 3 1 2 壓鑄件結(jié)構(gòu)分析 4 3 1 3 壓鑄件的尺寸精度分析 5 3 2 了解模具制造及設(shè)備情況 5 3 2 1 設(shè)備能力 5 3 2 2 設(shè)備情況 5 3 3 確定模具基本結(jié)構(gòu)方案 7 3 3 1 確定模型型腔數(shù) 7 3 3 2 選用通用模架和通用模座 8 3 3 3 確定分型面 澆鑄系統(tǒng)和排溢系統(tǒng) 8 3 3 4 成型零件的設(shè)計 15 3 3 5 定模套板的設(shè)計 17 3 3 6 支撐板的設(shè)計計算 18 3 3 7 推桿固定板與推板的設(shè)計 19 3 3 8 導(dǎo)向零件的設(shè)計 19 3 3 9 頂桿的設(shè)計計算 22 3 3 10 水線的設(shè)計 23 IV 3 3 11 最終的裝配圖 24 第 4 章 模具材料及熱處理 25 第 5 章 壓鑄件缺陷的分析 26 第 6 章 經(jīng)濟(jì)性分析 28 結(jié) 論 29 致 謝 30 參考文獻(xiàn) 31 專 題 32 附 錄 1 中文 42 附 錄 2 英文 47 一 設(shè)計 論文 題目 液力偶和器殼體模具設(shè)計 二 專題題目 基于 pro e 平臺上的雙圓弧齒輪的參 數(shù)化設(shè)計 三 設(shè)計的目的和意義 模具設(shè)計可以使產(chǎn)品不用進(jìn)行 切削加工或少切削加工而成形的加工方法 利用三維軟件 pro e 進(jìn)行模具設(shè)計不僅可以降低設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度還能 大大減少模具產(chǎn)品的開發(fā)周期 四 設(shè)計 論文 主要內(nèi)容 本文介紹了基于pro e平臺 上的壓鑄模具的設(shè)計 詳細(xì)的介紹了在模具設(shè)計中 導(dǎo)向 成型以及其它零件的計算選用方法 還對模具澆鑄時零件 產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行了分析 五 設(shè)計目標(biāo) 加工成形件的形狀復(fù)雜 尺寸精度高 產(chǎn) 品性能好 還能夠節(jié)省材料 降低成本 提高生產(chǎn)率節(jié)省 設(shè)備的投資 六 進(jìn)度計劃 2006 年 3 月 13 日至 3 月 31 日進(jìn)行為期 3 周的生產(chǎn)實(shí)習(xí) 4 月 1 日至 4 月 10 日完成對設(shè)計題目的 資料收集與查詢 4 月 11 日至 5 月 11 日完成了為期一個 月的專題設(shè)計 5 月 12 日至 5 月 22 日完成畢業(yè)設(shè)計的說 明書草稿的編寫 5 月 22 日至 5 月 27 日進(jìn)行模具的三維 設(shè)計 5 月 28 日至 6 月 20 日進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計說明書的編寫 和圖紙的繪制 6 月 21 日至 6 月 25 日最后的審稿及說明 書和圖紙的打印 七 參考文獻(xiàn)資料 林龍震主編 Pro MOLDESIGN 模具設(shè)計 M 北京 電子工業(yè)出版社 2005 林清安編著 Pro ENGINEER 模具設(shè)計 M 北京 電子工業(yè)出版社 2005 許發(fā)樾主編 模具材料與使用壽命 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 潘寶權(quán)主編 模具制造工藝 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 何滿才編著 模具設(shè)計 Pro E 實(shí)例詳解 M 北京 人民郵電出版社 2005 1 第 1 章 緒論 1 1 壓鑄模具的概述 模具 CAD CAM 作為一門多學(xué)科綜合性應(yīng)用型新技術(shù) 是改造傳統(tǒng)模具生 產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù) 是一項(xiàng)高科技高效益的系統(tǒng)工程 現(xiàn)在已經(jīng)成為模具現(xiàn)代技術(shù) 的核心和重要發(fā)展方向 目前 模具 CAD CAM 軟件有許多種 例如 美國 PTC 公司的 Pro E 以及 其外掛軟件 EMX 華中科技大學(xué)和 UGS 聯(lián)合開發(fā)的 PDW 等等 論文應(yīng)用的是 Pro E 以及其外掛軟件 EMX 進(jìn)行模具設(shè)計 其優(yōu)點(diǎn)是 EMX 中含括了國際上許多 知名的模具廠商的標(biāo)準(zhǔn)模架數(shù)據(jù)庫 如香港的龍記 KLM 日本的 FUTABA 等等 種類眾多直觀性強(qiáng) 可直接調(diào)用 還可以進(jìn)行開模模擬以及模具檢測 是一個 綜合性很強(qiáng)的 CAE 軟件 近年來 我國模具技術(shù)有了很大發(fā)展 模具設(shè)計與制造水平有了很大的 提高 大型 復(fù)雜 高效和長壽命模具的需求量大幅度增加 模具質(zhì)量明顯提 高 模具交貨期縮短 模具 CAD CAM 相當(dāng)廣泛地得到應(yīng)用 機(jī)械零部件中 60 的粗加工 80 的精加工要由模具來完成 可以說 模具是工業(yè)之母 模具的分類種類很多 按模具的安裝方式分類有移動式 固定式 半固 定式 按成型方法分有壓縮模 壓鑄模 注射模等等 按加料室的形式分類有 敞開式 半封閉式和封閉式 按模具分型面的特征分類有垂直分型面和水平分 型面 按凹模數(shù)目分類有單凹模和多凹模等等 模具在現(xiàn)代化生產(chǎn)中的作用主要表現(xiàn)在以下 3 個方面 1 在塑料 陶瓷 粉末冶金 鍛造和壓鑄等行業(yè)應(yīng)用的非常廣泛 2 模具采用壓力加工產(chǎn)品 因此廣泛應(yīng)用于要求無切削的領(lǐng)域 3 模具制造業(yè)同時也反映了一個國家的制造水平 在模具行業(yè)中塑料模具和壓鑄模具占據(jù)了重要地位 而壓鑄模具中主要 是以鋁合金 鋅合金 銅合金 錫合金為主要原料進(jìn)行壓鑄 1 2 總體方案確定 壓鑄模具的作用是盡量一次成型零件 減少加工或完全去掉加工工藝而 采用的一種成型設(shè)備 一個完善的壓鑄模應(yīng)具備如下特點(diǎn) 1 有自動化的澆鑄系統(tǒng)和分模系統(tǒng) 2 能夠承受相應(yīng)壓鑄合金零件的應(yīng)力 2 3 能承受較高的熱應(yīng)力 即紅硬性要高 4 載荷均勻分布 機(jī)械效率高 5 結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 拆裝維修方便 液力偶合器 N500A 型的工作場所是礦山井下傳遞扭矩的一種安全裝置 其內(nèi)部除了傳動部分外還有一種液體 乳化液 這樣液力偶合器的殼體要求 就需要密封性良好 殼體的其它地方由于外觀需要光滑即可 根據(jù)液力偶合器 的型號可知其最大直徑是 575mm 和高為 165mm 所對應(yīng)的模具應(yīng)屬于大型壓 鑄模 根據(jù)相關(guān)模具手冊查詢壓鑄模的基本結(jié)構(gòu)如下圖 1 所示 接下來的任務(wù) 就是計算確定模具各成形零件以及導(dǎo)向零件 支撐零件等的結(jié)構(gòu)尺寸 圖 1 模具基本結(jié)構(gòu) 第 2 章 模具的結(jié)構(gòu) 3 2 1 模具的組成及作用 壓鑄模具的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 主要由以下幾種零件組成 1 成型零件 2 導(dǎo)向零件 3 定位零件 4 支撐零件 5 其它零件 1 成型零件 主要指的是凸模和凹模 根據(jù)它在模具中所處的位置可以確定 它的作用是澆鑄合金液進(jìn)入腔內(nèi)凝固成所要求的形狀 2 導(dǎo)向零件 主要指的是導(dǎo)柱和導(dǎo)套 是起到導(dǎo)向的作用的零件 3 定位零件 主要指的是銷釘 螺栓等等 主要作用是鎖緊并固定零件間的 位置關(guān)系 使其在模具中有固定不變的位置 4 支撐零件 在模具中指的是支撐板和墊塊 除了起支撐作用外 支撐板還 起到了增強(qiáng)凸模強(qiáng)度的作用 而墊塊在模具分模時的作用很大 其它零件 只要指在模具中起到輔助作用的零部件 第 3 章 壓鑄模具設(shè)計 4 3 1 產(chǎn)品零件分析 3 1 1 壓鑄件材料分析 根據(jù)已知條件可得知壓鑄件的牌號是 ZL102 ZAlSi12 其綜合性能及其 他參數(shù)如下表 1 所示 表 1 ZL102 ZAlSi12 的綜合性能及鑄造方法 鑄造方法 合金狀態(tài) bsHB SB JB RB F 143MPa 4 MPa 50 MPa J F 153MPa 2 MPa 50 MPa SB JB RB T2 133MPa 4 MPa 50 MPa J T2 143MPa 3 MPa 50 MPa 注 表中 S 砂型鑄造 J 金屬型鑄造 R 熔模鑄造 B 變質(zhì)處理 F 鑄態(tài) T2 退火 鋁合金 ZL102 ZAlSi12 的主要性能 鑄造性能好 密度小 耐蝕性能 好 可承受大氣 海水 二氧化碳 氯 硫 過氧化氫的腐蝕作用 隨壁厚的 增加強(qiáng)度降低程度低 不可熱處理強(qiáng)化 焊接性能好 切削性能好 加工性能 耐熱性能差成品應(yīng)在變質(zhì)處理下使用 應(yīng)用范圍 適于鑄造形狀復(fù)雜 低載荷 的薄壁零件及耐腐蝕和氣密性高 工作溫度低于 200 的零件 如船舶零件 C 儀表殼體 機(jī)器蓋等 其工藝性能見下表 2 選 9 表 11 92 表 2 鋁合金 ZL102 ZAlSi12 的工藝性能 節(jié)選 收縮率 合金 材料 適于 鑄造 方法 融化溫 度范圍 C 線性 體積 抗熱 裂性 氣密 性 流動 性 凝固 疏松 傾向 切削 性能 拋光 性 ZL102 Y 527 60 0 0 9 1 3 3 5 優(yōu) 良 優(yōu) 優(yōu) 較差 差 3 1 2 壓鑄件結(jié)構(gòu)分析 根據(jù)鑄件的零件圖可以看出 零件是一型號為 N500A 型的液力偶合器殼體 5 殼體外表面上除了有 16 個 13mm 的螺紋孔外還有 6 根加強(qiáng)筋等等 內(nèi)孔處鑲 嵌了一塊鑄鐵 HT250 其作用是安裝軸承 3 1 3 壓鑄件的尺寸精度分析 根據(jù)零件圖的部分尺寸精度 形狀和位置精度分析 將分型面確定在 I I 處比較合理圖 2 圖 2 零件分型面選擇 這樣分型的優(yōu)點(diǎn)是凸模和凹模的加工方便 查 10 表 29 1 103 得到凸模和凹 模的表面粗糙度 0 4 Ram 3 2 了解模具制造及設(shè)備情況 3 2 1 設(shè)備能力 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件以提高模具的制造效率和更換性 3 2 2 設(shè)備情況 壓鑄設(shè)備采用 EMX 中的 FUABA 系列模具 壓鑄機(jī)的選用原則 1 壓鑄模與壓鑄機(jī)的對應(yīng)關(guān)系 1 壓鑄機(jī)應(yīng)具有保證鑄件成型和達(dá)到致密性要求的壓射比壓 2 壓鑄機(jī)應(yīng)具有確保正常生產(chǎn)所需的鎖模力 開模力和推出力的能力 3 壓鑄模的大小 厚度 開模距離等應(yīng)與壓鑄機(jī)相適應(yīng) 以確保模具的 安裝和開模后取出制品零件 4 壓鑄模的定位孔 澆道直徑 推出孔位置等均應(yīng)與壓鑄機(jī)模板安裝孔 相適應(yīng) 5 冷室壓鑄機(jī)壓室應(yīng)能容納每次壓鑄所需的金屬容液 6 根據(jù)鋁合金的綜合性能可確定應(yīng)采用臥室冷室壓鑄機(jī) 模具在壓鑄生產(chǎn)前 應(yīng)進(jìn)行充分的預(yù)熱 并在壓鑄過程中保持一定的溫度范圍 壓鑄生產(chǎn)中模具的 溫度由加熱與冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié) 其作用如下 1 使模具達(dá)到較好的熱平衡和改善鑄件順序凝固條件 使鑄件凝固速度 均勻并有利于壓力傳遞 提高鑄件內(nèi)部質(zhì)量 2 保證壓鑄合金填充時的流動性 具有良好的成型性和提高表面質(zhì)量 3 穩(wěn)定鑄件尺寸精度 改善力學(xué)性能 4 提高壓鑄生產(chǎn)率 5 降低模具熱交變應(yīng)力 提高模具使用壽命 2 鎖模力的確定 鎖模力的作用是為了克服壓鑄過程中的反壓力 以鎖緊模具的分型面 防 止合金液體飛濺 保證鑄件尺寸精度 查 10 式 29 1 4 知如下關(guān)系式 K F鎖 主 分 式中 壓鑄機(jī)有效的鎖模力 KN 鎖 K 安全系數(shù) 一般 K 取 1 25 主脹型力 作用在分型面上的投影面積 包括澆鑄系統(tǒng) 溢流排主 氣系統(tǒng)的面積的力 KN 按式 10 29 1 5 算 分脹型力 作用在滑塊斜楔上的法向分力所引起的脹型力之和F分 KN 按式 10 29 1 6 計算 3 確定比壓 根據(jù) 10 表 29 1 3 選擇 液力偶合器殼體根據(jù)工作需要應(yīng)當(dāng)屬于耐氣 密性件 故應(yīng)選則 p 80 120MPa 4 計算脹型力 主 10Ap 式中 同上 F主 A 鑄件在分型面上的投影面積 多腔則為各投影面積之和 一般另 7 加 30 作為澆鑄系統(tǒng)與溢流排氣系統(tǒng)的面積 2cm P 比壓 MPa 取 p 100MPa 則 1 3 3375 74KNF主 1042 D tan 0分 Ap A 3 14 0 264 2 572m2 根據(jù) 0 34 和壓射比壓 p 100MPa 查 8 圖 4 6 2 知 取A 3 01 2 橫坐標(biāo) 0 34 向上引垂線交縱坐標(biāo) 100MPa 的水平線于一點(diǎn) 該點(diǎn)位置介于m2 J1125 和 J1140 兩種型號的壓鑄機(jī)之間 壓室直徑可取 和 125 60J mm 140 65J 按公式計算鎖型力 當(dāng) K 1 及法向反壓力 0 時PS PFSZp 100 0 34 3375 74KN 查 J1125 型壓鑄機(jī)鎖型力為 2500KN PS FZp 遠(yuǎn)小于 故舍去 查 J1140 型壓鑄機(jī)鎖型力為 4000KN 大于 查 3 S 表 4 21 知 J1140 型壓鑄機(jī)的模具最大尺寸 長 寬 760mm 660mm 而零件的尺 寸是 575mm J1140 型壓鑄機(jī)根本無法滿足零件的要求需要重選之 根據(jù) 15 中 查到外國的 FUTABA 的標(biāo)準(zhǔn)模架庫中有長 寬 1000mm 1000mm 的 能滿足零件 的需求 用之 所對應(yīng)的壓鑄機(jī)型號為 BN T 4000 1600 3200 型 3 3 確定模具基本結(jié)構(gòu)方案 3 3 1 確定模型凹模數(shù) 8 根據(jù)壓鑄件的產(chǎn)量大小以及輪廓尺寸形狀及投影面積 壓鑄機(jī)的壓室容量 澆鑄系統(tǒng)設(shè)置和模具綜合成本等方面 可確定應(yīng)為一模一腔 3 3 2 選用通用模架和通用模座 殼體的厚度為 165mm 根據(jù) 3 表 4 46 查得初步確定應(yīng)用 I 型標(biāo)準(zhǔn)模架 其標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)見圖 3 圖 3 FUTABA 的標(biāo)準(zhǔn)模架 1000mm 1000mm 3 3 3 確定分型面 澆鑄系統(tǒng)和排溢系統(tǒng) 1 確定分型面 凸凹模接觸的面就是分型面 如何確定分型面 需要考慮的因素比較復(fù) 雜 由于分型面受到塑件在模具中的成型位置 澆鑄系統(tǒng)設(shè)計 塑件的結(jié)構(gòu)工 藝性及精度 嵌件位置形狀以及推出方法 模具的制造 排氣 操作工藝等多 種因素的影響 因此在選擇分型面時應(yīng)綜合分析比較 從幾種方案中優(yōu)選出較 為合理的方案 選擇分型面時一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則 1 分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處 2 便于塑件順利脫模 盡量使塑件開模時留在動模一邊 3 保證塑件的精度要求 9 4 滿足塑件的外觀質(zhì)量要求 5 便于模具加工制造 6 對成型面積的影響 7 對排氣效果的影響 8 對側(cè)向抽芯的影響 其中最重要的是第 5 和第 2 第 8 點(diǎn) 為了便于模具加工制造 應(yīng)盡 是選擇平直分型面工易于加工的分型面 如圖 2 所示 采用 I I 這樣一個平 直的分型面 凹模做成平的就行了 膠位全部做在凸模 大大簡化了模具的加 工 見圖 2 查 3 表 4 22 中的眾多分型面的種類中選擇 平直分型 2 確定澆鑄系統(tǒng) 在壓鑄過程中 熔融合金在壓鑄機(jī)壓力作用下充填模具凹模的通道稱為澆 鑄系統(tǒng) 澆鑄系統(tǒng)設(shè)置在定模一側(cè) 是由直澆道 橫澆道和內(nèi)澆口三個部分組 成 有如下幾點(diǎn)作用 1 澆鑄系統(tǒng)主要是引導(dǎo)熔融合金以一定的方式充填滿模具型腔 并對熔 融合金的流態(tài) 流向 排氣條件 模具熱分布 壓力傳遞 填充時間與熔融合 金通過內(nèi)澆口的速度起著主要的控制作用 2 澆鑄系統(tǒng)是影響模具型腔填充狀態(tài)和鑄件內(nèi)部及表面質(zhì)量的主要因素 3 澆鑄系統(tǒng)的合理與否 直接影響模具的壽命及生產(chǎn)效率 澆鑄系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)如下 1 設(shè)計前首先要掌握熔融合金的流態(tài)規(guī)律 了解熔融合金充填特性 2 合理地選擇澆道結(jié)構(gòu)尺寸和形狀 必要時對內(nèi)澆口及橫澆道其尺寸要 留有設(shè)計余地 待試模時修整定型 3 澆口的進(jìn)口處不應(yīng)使金屬有正面沖擊和發(fā)生逆流現(xiàn)象 4 澆口應(yīng)使金屬均勻地流入型腔 內(nèi)外澆口連接處截面變化應(yīng)均勻過渡 5 外澆口截面積應(yīng)大于或等于內(nèi)澆口截面積 6 對于薄壁及形狀復(fù)雜的零件 應(yīng)使內(nèi)澆口厚度及寬度先選最小值 厚 度寬度越小 射入速度越大 效果越好 但對于厚壁零件可使?jié)部诤穸燃皩挾?放大 但應(yīng)留余量 待試模修整后定 根據(jù)上述設(shè)計要求及零件的形狀查 8 表 5 3 1 確定選擇中心澆口 1 直澆道的設(shè)計 10 直澆道的設(shè)計要點(diǎn) 1 直澆道直徑即澆口套直徑根據(jù)鑄件所需比壓來確定 2 直澆道厚度及余料厚度一般取直徑的 312 3 壓室與澆口套宜制成一體 如分開制造時 應(yīng)選擇合理的配合精度和 配合間隙 同時壓室內(nèi)徑與澆口套內(nèi)徑應(yīng)有一定同軸度要求 4 為了便于直澆道余料的脫模 可在澆口套靠近分型面的一端內(nèi)孔處 15 25mm 范圍內(nèi)做出 1 30 2 的出模斜度 5 與直澆道相接的橫澆道一般設(shè)置在澆口套上方 防止金屬液在壓射前 留進(jìn)型腔 6 壓室和澆口套內(nèi)孔表面粗糙度 不大于 0 4 m Ra 7 澆口套結(jié)構(gòu)形式查 8 表 5 3 8 見圖 5 直流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸 屬易損件 對材料要求較嚴(yán) 因而模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式 俗稱澆口套 或 稱唧咀 以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理 唧咀都是標(biāo)準(zhǔn)件 只需去買就行了 常用唧咀分為有托唧咀和無托唧咀兩種下圖為前者 有托唧 咀用于配裝定位圈 唧咀的規(guī)格有 15 20 等幾種 由于注射機(jī)的噴嘴半 徑為 15 所以唧咀的為 R15 圖 5 澆口套結(jié)構(gòu)形式 主流道襯套的固定 因?yàn)椴捎玫挠型羞缶?所以用定位圈配合固定在模具 的面板上 采用止轉(zhuǎn)螺釘定位 11 2 橫澆道和內(nèi)澆口的設(shè)計 1 橫澆道是金屬液從直澆道留入內(nèi)澆口的通道 其作用是是從直澆道流 來的金屬液能以一定的溫度 t 壓力 p 速度 v 平穩(wěn)地過渡到內(nèi)澆口 使金屬 液成理想流向充填凹模 橫澆道的截面形狀和鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān) 一般以扁 梯形為主 橫澆道的設(shè)計原則如下 橫澆道截面積應(yīng)相等 不宜突然收縮和擴(kuò)張 以減少金屬流動阻力 達(dá) 到均衡流速 應(yīng)選擇梯形截面 盡量不選用圓形截面 以改善填充及排氣條件 橫澆道應(yīng)保持一定的長度 并且要有一定的厚度 不要過薄及過厚 臥室冷壓室壓鑄機(jī)用模具其橫澆道必須設(shè)計在直澆道上方 以防止壓射 前金屬液自動留入型腔 橫澆道順著熔融合金流動方向研磨 不大于 0 4 m Ra 查 3 表 4 29 確定橫澆道的尺寸參數(shù) 2 內(nèi)澆口是指金屬液進(jìn)入型腔前橫澆道后端至鑄件之間的通道入口 他 的作用是調(diào)整橫澆道輸送的合金液的流速 使之成為理想的流態(tài)而充滿型腔 內(nèi)澆口的位置設(shè)計在壓鑄模設(shè)計中占有非常重要的地位 其設(shè)計原則 熔融合金流入型腔后 不宜立即封閉分型面 以防止排氣不良而使鑄件 未能填滿而產(chǎn)生氣孔 從內(nèi)澆口導(dǎo)入的合金 應(yīng)先填充型腔遠(yuǎn)端難以排氣的部位 再流向分型 面以利于排氣 內(nèi)澆口的位置應(yīng)選擇在充滿型腔各部位都具有最短流程的位置處 避免 直接沖擊凸模 鑄件精度及表面質(zhì)量要求較高的部位 不宜設(shè)置內(nèi)澆口 鑄件的螺紋位 置也不宜設(shè)置外澆口 薄壁復(fù)雜件易采用較薄的內(nèi)澆口 根據(jù)以上要求和零件的復(fù)雜程度 選擇 3 表 4 30 中第一種 再查 8 表 5 3 19 及表 5 3 20 查內(nèi)澆口壁厚經(jīng)驗(yàn)數(shù)值 如下圖 6 所示 12 圖 6 內(nèi)澆口及橫澆道連接圖 3 溢流槽的設(shè)計 溢流槽的作用 1 存儲帶有雜質(zhì)和冷污的金屬 也起過渡排氣的作用 2 可容納充填中形成的渦流和冷隔的金屬液體 3 布置在模型溫度低的部位時可起到調(diào)節(jié)模型凹模溫度場分布的作用 4 對于真空壓鑄和定向抽氣壓鑄時 溢流槽處常作為引出氣體的起始點(diǎn) 5 作為鑄件存放 運(yùn)輸及加工時的支承 吊掛 裝卡或定位的附加部分 溢流槽的設(shè)計要點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面 1 金屬液在橫澆道內(nèi)或進(jìn)入凹模后最先沖擊部位 2 受金屬液沖擊的凸模背面 3 兩股或多股金屬液相匯合 容易產(chǎn)生渦流裹氣或氧化夾雜的區(qū)域 4 由于型腔形狀所形成的渦流部位 5 金屬液最后填充的部位 6 需要改善金屬液流態(tài)抑制渦流 紊流的部位 7 內(nèi)澆口兩側(cè)或其他金屬液不能直接充填的死角區(qū)域 8 大平面上容易產(chǎn)生缺陷集中的部位 9 型腔溫度較低的部位 10 鑄件壁厚過薄難以充填的部位 11 鑄件壁厚過厚易產(chǎn)生縮孔 疏松的部位 13 12 其他排氣條件不良的部位 溢流槽的尺寸 溢流槽的容積和單個溢流槽的尺寸參見書 3 表 4 31 1 見圖 7 圖 7 鋁合金所用溢流槽尺寸 4 排氣槽的設(shè)計 在壓鑄過程中 為了使空氣便于排除 確保鑄件成型 必須設(shè)計排氣槽 排氣槽的位置選擇原則上與溢流槽相同 在分型面上設(shè)置的排氣槽的形狀和尺 寸參考書 12 圖 3 97 進(jìn)行設(shè)計 查得鋁合金的排氣槽的參數(shù)如下表 3 所示 表 3 排氣槽的尺寸 節(jié)選 合金種類 排氣槽深度 mm 排氣槽寬度 mm 說明 鋁合金 ZL102 0 10 0 15 8 25 排氣槽在離開凹 模 20 30mm 處 可將其深度增加 至 0 3 0 4mm 以提高排氣效果 當(dāng)排氣槽離開型腔 20 30mm 的距離后 寬度和深度可適當(dāng)增加 另外 推桿 和復(fù)位桿與凸模之間的間隙也可作為排氣系統(tǒng) 3 抽心機(jī)構(gòu)的確定 由于零件外表面不存在側(cè)凸 側(cè)凹或側(cè)孔等特征 故不需要抽心機(jī)構(gòu) 4 模架與成型零件的分析 14 模架設(shè)計的要點(diǎn) 1 磨架應(yīng)有足夠的剛性 在承受壓鑄機(jī)鎖模力的情況下不發(fā)生變形 2 模架不宜過于笨重 以便裝卸 修理和搬運(yùn) 并減輕壓鑄機(jī)負(fù)荷 3 凹模的反壓力中心應(yīng)盡可能接近壓鑄機(jī)合模力的中心 以防壓鑄機(jī)受 力不均造成鎖模不嚴(yán) 4 模架在壓鑄機(jī)上的安裝位置應(yīng)與壓鑄機(jī)規(guī)格或通用模座規(guī)格一致 5 為了便于模架的調(diào)運(yùn)和安裝 在動定模上應(yīng)有吊環(huán)螺釘 6 鑲塊到模架邊緣的模面上需留有足夠的部位 以便設(shè)置導(dǎo)柱 導(dǎo)套 銷釘 緊固螺釘?shù)奈恢?7 連接模板的緊固螺釘和定位銷釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量 應(yīng)根據(jù)受力大小取 位置分布均勻 8 模具的總厚度必須大于所選用壓鑄機(jī)的最小合模間距 9 根據(jù)前面的設(shè)計和計算 已經(jīng)確定應(yīng)用 EMX 中的 FUTABA 標(biāo)準(zhǔn)模架 其結(jié)構(gòu)見圖 3 1 加熱與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 1 加熱系統(tǒng)的設(shè)計 加熱模具的熱源有煤氣 電熱 感應(yīng)及紅外線等 用煤氣加熱的結(jié)構(gòu)簡單 查 10 表 29 4 6 可以確定鋁合金模具的預(yù)熱溫度為 180 300 C 2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 模具的冷卻 要想提高壓鑄模生產(chǎn)效率以及壓鑄件的質(zhì)量和致密性 在很 大程度上取決于模溫的調(diào)節(jié) 對于大中型或厚壁鑄件和大批量生產(chǎn)中 在連續(xù) 操作時 為了保證鑄件優(yōu)質(zhì)高產(chǎn) 可在模具內(nèi)設(shè)置水冷卻裝置 使熱量隨著冷 卻水循環(huán)流動而迅速排出 模具的冷卻方法有風(fēng)冷和水冷兩種 其特點(diǎn)如下 1 風(fēng)冷的特點(diǎn) 風(fēng)冷法的風(fēng)力來自鼓風(fēng)機(jī)和壓縮空氣 模具內(nèi)部不需設(shè)置冷卻裝置 能將模具余料吹勻 并加速驅(qū)散涂料所揮發(fā)的氣體 減少鑄件氣孔 冷卻速度慢 生產(chǎn)效率低 用于要求散熱量較小的模具 2 水冷的特點(diǎn) 在模具內(nèi)增設(shè)冷卻水道 使循環(huán)水通入成型鑲塊或凸模內(nèi) 因此 增加 了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度 冷卻速度比風(fēng)冷要快 生產(chǎn)效率高 控制比較方便 15 要求控制冷卻水的溫度和防止在水道內(nèi)沉淀物的沉積 用于要求散熱量大的模具 由于液力偶合器的殼體模具是屬于大型模具 所以冷卻方法應(yīng)采用水冷比 較合理 由于水冷使模具結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜 現(xiàn)將水冷的設(shè)計方法簡述如下 冷卻水道要求布置在型腔內(nèi)溫度最高 熱量比較集中的區(qū)域 流路要暢 通 無堵塞現(xiàn)象 模具鑲拼結(jié)構(gòu)上有冷卻水通過時 要求采取密封措施 防止泄露 對于 組合式薄片鑲塊的冷卻通道 可采用銅管或鋼管 裝配在鑲塊中 鋼管可兼作 鑲塊的定位銷 水管內(nèi)徑一般取 10 18 冷卻水道直徑 推薦為 8 16 其孔壁距離澆口或凹模的壁面一般 取 10 15mm 水管接頭盡可能設(shè)置在模具下面或操作者的對面一側(cè) 其外徑尺寸應(yīng)統(tǒng) 一 以便接裝水路膠管 冷卻水道的布置形式有以下幾種 成排凸模冷卻通道的布置形式參 21 圖 4 5 10 每個凸模的冷卻通道的 進(jìn)出口采用多通道結(jié)構(gòu) 以縮短水道的連接距離 便于控制每個凸模的溫度 單個凸模冷卻通道的布置形式見 21 圖 4 5 11 分流器冷卻通道的布置形式見 21 圖 4 5 12a b 澆口套螺旋式冷卻通道的布置形式見 21 圖 4 5 13 組合薄片鑲塊冷卻通道的布置形式見 21 圖 4 5 14 內(nèi)澆口下部的冷卻通道的布置形式見 21 圖 4 5 15a b c 此外 冷卻水道不應(yīng)布置在正對內(nèi)澆口的下方 否則加速內(nèi)澆口處的金屬 液的凝固參見 21 圖 4 5 15a 其位置應(yīng)加以修整參見 21 圖 4 5 15b 3 3 4 成型零件的設(shè)計 壓鑄模的成型零件主要是指凸模和凹模 成型零件的形式分為整體式和鑲 拼式 當(dāng)零件的尺寸較小時一般用整體式 而大中型零件大都采用鑲拼式結(jié)構(gòu) 鑲拼式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是互換性好 鑲拼結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點(diǎn)如下 1 便于機(jī)械加工 以達(dá)到成型部位的尺寸精度和組合部位的配合精度 2 保證鑲塊及凸模強(qiáng)度和提高相對位置的穩(wěn)定性 3 不應(yīng)產(chǎn)生銳邊和薄壁 4 鑲拼間隙方向與出模方向應(yīng)該一致 5 有利于熱處理 16 6 便于維修和調(diào)換 7 不妨礙鑄件外觀 有利于飛邊去除 根據(jù)以上原則參考零件的結(jié)構(gòu)形式最終采用圖 8 所示的形式 1 ZL102 2 凹模嵌件 3 定模板 4 定模套板 圖 8 凹模與定模套板的固定形式 如上圖所示的定位形式 現(xiàn)在計算凹模嵌件的凹模尺寸 查 10 表 29 4 22 鑲塊尺寸推薦值表中查零件的 575mm 在 500 600 之間 零件的高 度 H 165mm 查 3 表 4 33 得到凸模與凹模尺寸計算式 0 0 78 LLK HH 式中 K 合金收縮率 查 3 表 4 33 1 知鋁合金的收縮率為 0 4 0 6 一般取 K 0 6 L H 凹模寬度及深度尺寸 mm L H 制品寬度及高度尺寸 mm 制品標(biāo)注公差 mm 凹模標(biāo)注公差 mm 17 上式中的 的確定查 10 知 模具的制造公差是成形鑄件公差值的 1 54 即 經(jīng)過計算得出 L 577 6 H 165 6 而凹模嵌1 540 1 0 7 件的的壁厚根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)為 45mm 查 3 表 4 34 知 零件外出模斜度 內(nèi)出模斜度 0 3 3 5 定模套板的設(shè)計 定模套板的作用是固定凹模的模板 查 3 表 4 38 知下列設(shè)計公式 1 套板高度 H hc 式中 h 鑄件的高度 mm c 系數(shù) 一般取 0 5 0 7 H 275mm1650 2 內(nèi)框尺寸 12le 式中 鑄件外輪廓尺寸 1 e 常數(shù) 一般取 20 50mm mm572465l 3 套板外形尺寸 t 按下式計算 218 PtHL 式中 套板模框厚度 cm t H 套板高度 cm 材料的許用強(qiáng)度 410Pa 18 套板側(cè)面受到的總壓力 N 1P1PhpL P 壓射比壓 410Pa 鑄件在 L 面的投影長度 cm 1 h 鑄件高度 cm 套板 B 側(cè)面承受的總壓力 N 2 2184 PtHL 2 2461065 1065 051071 99 743mm 取 t 100mm 單側(cè)加 100 mm 則定模套板的總寬度為 575 200 775 mm 動模套板的設(shè)計方法同上 查 21 表 4 5 6 確定之 3 3 6 支撐板的設(shè)計計算 支撐板是動模套板下面的板料 其作用是固定和加強(qiáng) 選擇支撐板厚度的 原則是 1 鑄件分型面投影面積大 支撐板厚度取較大 反之取小 2 在投影面相同的情況下 壓射比壓大 支撐板厚度較大 反之取小 3 當(dāng)座板上的墊塊設(shè)置在支撐板長邊兩端時 則支撐板厚度取大值 反之取 小 4 當(dāng)采用不通套板時 套板底部厚度應(yīng)為支撐板的 0 8 倍 支撐板的加強(qiáng)形式 當(dāng)墊塊間距大或支撐板厚度小時 可借助推板導(dǎo)柱或采用 支柱 以增強(qiáng)對支撐板的支撐作用 支撐板的厚度按下式計算 2pAStL 19 式中 t 支撐板厚度 cm S 墊塊距離 cm L 支撐板長度 cm P 壓射比壓 MPa A 鑄件及溢流槽的分型面上的投影 cm 2 材料許用彎曲強(qiáng)度 MPa 一般取 160 MPa 支撐板材料一般用 45 回火狀態(tài) 則有 410 380216t 146 35mm 316 0 按圖 3 所示 取 t 160 mm 3 3 7 推桿固定板與推板的設(shè)計 查 21 表 4 5 41 確定 推板固定板的寬度是 540mm 高度是 20mm 再查 21 表 4 5 42 確定 推板的寬度是 540mm 高度是 40mm 推板的導(dǎo)柱直徑 是 40mm 推板螺釘是 8 M16 3 3 8 導(dǎo)向零件的設(shè)計 導(dǎo)向零件的作用是引導(dǎo)動模按一定的方向移動 保證動 定模在安裝和合 模時的準(zhǔn)確對合 防止凹模 凸模錯位 最常用的導(dǎo)向零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的設(shè)計要點(diǎn) 1 導(dǎo)柱和導(dǎo)套應(yīng)具有足夠的剛度 保證動 定模在安裝合模時的準(zhǔn)確位置 2 導(dǎo)柱要高出凸模的高度 以避免凸模在模具合模 搬運(yùn)時受損 3 為了便于取出壓鑄件 導(dǎo)柱一般設(shè)置在定模上 4 模具采用卸料板卸料時 導(dǎo)柱設(shè)置在動模上 以便于卸料板在導(dǎo)柱上滑動 進(jìn)行卸料 20 5 臥室壓鑄機(jī)采用中心澆口的模具 導(dǎo)柱設(shè)置在動模上 導(dǎo)柱的尺寸按下式計算 導(dǎo)柱的直徑 d kA 式中 d 導(dǎo)柱導(dǎo)滑段直徑 mm k 比例系數(shù) 一般取 0 7 0 9 當(dāng) A 2 5 10 mm 時 52 k 0 07 當(dāng) A 3對深腔小曲率的可用高速銑削加工作為粗加工和半精加工 電加工只 作為精加工 總之 高速切削技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用大大縮短了模具的制造 周期 為模具工業(yè)開辟了嶄新的天地 3 結(jié)語 由于市場全球化以及競爭的加劇 模具市場對每一種模具技術(shù)最重要的 帶有先決性的要求是其快速性 即從設(shè)計到進(jìn)入市場的時間盡可能的短 這是RT 技術(shù)和高速切削技術(shù)產(chǎn)生的根本原因 基于離散 堆積成型原理的RT 技術(shù)與 基于凈去除材料成型的高速切削技術(shù)兩者是相輔相成的 都得到了CNC 技術(shù)的 47 支持 RT 技術(shù)可以說是真正意義的數(shù)字化制造 因?yàn)镽T技術(shù)不但支持工具軌跡 運(yùn)動的控制 而且可以直接涉及到材料本身 因而可以完成更復(fù)雜形狀加工 也 可以制造具有功能梯度 材料梯度的模具 但也正是其成型原理 限制了它當(dāng)前 精度和表面粗糙度 相比而言 雖然高速數(shù)控切削技術(shù)只是數(shù)字化模擬加工 只 能是對同種材料的切削加工 但在精度與表面粗糙度控制方面有著RT 技術(shù)無法 比擬的優(yōu)勢 許多模具公司利用各自優(yōu)勢 同時采用兩種技術(shù) 可以預(yù)見 未來 的模具制造體系必然綜合材料增長制造和去除加工兩種原理 實(shí)現(xiàn)模具的快速 制造 參考文獻(xiàn) 1 李發(fā)致 模具先進(jìn)制造技術(shù) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 2 王運(yùn)贛 快速成形技術(shù) M 武漢 華中理工大學(xué)出版社 1999 3 張永強(qiáng) 高速切削及其關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 J 航空精密制造技術(shù) 2001 4 楊洪旗 等 汽車模具高速加工技術(shù) J 模具工程 2004 3 25 28 附錄 2 Developing Trend of Quick Mold making Technology Abstract It analyzed the applications of rapid prototyping manufacture RPM and high speed manufacture HSM to Mold making and pointed out the developing trend of quick mold making technology Key words Quick mold making technology Rapid prototyping 48 manufacture High speed manufacture The common saying say have no rules not to become the square circle this rules is the molding tool in plastics process In modern industry produce 60 industry product with 90 needs to use the molding tool to process the molding tool industry has already become a foundation industry within manufacturing industry is the foundation of the technique result conversion is the important realm of the high new technique industry again at the same time the flourishing nation of industry of etc is become in the Europe and America the magnetic force industry of order the iron gold Turn worse continuously along with the market globalization and competitions the product renewal changes the speed of the generation to speed continuously have another the small batch quantity of species and will become the important mode of production of the manufacturing industry in this kind of case manufacturing industry to product prototype of the fast manufacturing techenology of the fast manufacturing and molding tool put forward the strong request Therefore make the mold technique to present the animate development trend quickly The conduct and actions makes the two greatest representatives of technical molds quickly make the mold method RT the adoption high speed to slice to pare to process the inevitable meeting of molding tool HSM technically according to the fast prototype to get the faster development in very long period of time of future 1 Fast prototype of molding tool manufacturing technique 1 1 The fast prototype makes the technique to thought of put forward The fast prototype manufacturing technique the Rapid 49 Prototyping Manufacture RPM expects to come from the United States after 80 s in 20 centuries is 20 a gravenesses of the manufacturing technique realm of the near in the last years worlds break it is to accompany with the technical development of calculator technique the laser technique and new materials but output is a kind of all new manufacturing technique the design that its ability will has already had several models of mathematics is quick of oneself the thing changes in to have the certain structure and the prototype or the spare parts of the function The technique of RPM acquires the path of the spare parts to differ from the traditional material to do away with or the material transform the method but control in the calculator under according to long lost pile up the principle adopt the different method to pile up the material according to the spare parts CAD model most Complete the spare parts to take shape eventually with the manufacturing technique it has the height gentle and technical gather highly design manufacturing the integral whole turn fast free shape manufacturing characteristics of extensive of material drive generally accepted is after technique of NC of a technique revolution 1 2 RPM general craft step Because the technique of RPM can shorten the product development period clearly the success rate of the exaltation product development lower the development cost and invest the risk so got the quick expansion application in the process of product develop the technique of RPM got the further development Since the 3 DSYSTEM company of the United States release the first Taiwanese business people the article SLA took shape the machine quickly there has been more than ten different take shape the system quickly Among them more mature have the methods such as SGC LOM SLS 3 Ds P printings FDM and IJ Petc some experts think that the ink jet technique is a future 50 The trend of the development Although exist the fast prototype technique of various each kind its basic thoughts all make use of the calculator to order complicated 3D object conversions are 2D Layer then from the line constitutes to face layer pursue the layer takes shape to get end of 3D spare parts models Its craft step is 1 Slice 3D CAD model conversions for fast data format that the original shape system can accept such as the document of STL usage slice the software cut into model the thin slice that a series specify the thickness 2 Scan to pass the number to control to equip to control laser or other home works device at current job class up scan a slice to cut to face the shape carry on taking shape the work In take shape process the most basic operation is to scan solid turn the spare parts to cut the noodles the layering get of cut and face the information is the outline data to carry on the internal to fill must be is born by the outline data to fill the path 3 Enter to the work pedestal that the ambulation puts the semi processed goods along the Z stalk direction descends the certain distance repeat is suddenly up the one step and this step until the spare parts takes shape completely 4 Handle behind according to the demand of the different and applied situation distinguish to the spare parts after carry on solidly turn apply paint burn the knot the copper etc processing 1 3 The technique of RPM is in molding tool make of usage The prototype of the RPM technique creation under the condition of many because of usage there strict of the material can t still act for the end and true product In order to acquire the product of the true material creation and the fast formation production ability of the certain batch quantity produced then according to the RPM technical and fast molding tool RT the Rapid Tooling technique The RT adoption RP technique is direct or the indirectly 51 manufacture the molding tool making the manufacturing time and cost of the molding tool shortenned consumedly 1 Use to model the direct manufacture molding tool of machine quickly because of some take shape the work piece that mechanism make to compare quickly good of machine strength and stability so can used to some molding tools directly Currently can make the fast prototype craft of the metals molding tool to include SLS 3 D2Ps SDM and 3 D Welding etc directly The most typical craft method is an American company of DTM to produce to note the mold of the RT patent technique 2 Use model the machine indirectly manufacture molding tool quickly because of fast prototype direct manufacturing the molding tool controls the aspect in the molding tool accuracy and function more difficult the special empress handles the equipments and crafts to make cost exaltation compare greatly the molding tool size also is subjected to limit greatly more Compare under the indirect fast molding tool manufacturing turns over to make the technique to combine together to make the molding tool through fast prototype technique and traditional molding tools regardless in the molding tool accuracy surface quantity the machine function and service life still can get the good control in economic aspects Therefore make the mold quickly according to the RP currently much for the indirectly system mold method 3 Use to model a manufacture female die quickly make duplicate the soft molding tool to use to model the piece to make the female die quickly can sprinkle to note the soft materials such as wax rubber of Si and the wreath oxygen resin etc to constitute the soft molding tool or sprinkle to note the rubber of Si the wreath oxygen resin mold first then sprinkle to note the wax mold Among them the wax mold used for the mold s cast The Si rubber mold can make to manufacture use to note the mold or low to order the metal alloy foundry mold on a trial basis to 4 Use to model the piece to make the female die quickly make 52 duplicate the hard molding tool to use to model the piece to make the female die quickly or according to soft molding tool that it make duplicate can sprinkle to note the porcelain and ceramics the metals to synthesize the material metals constitute the hard molding tool thus the batch quantity born plastics piece or metals piece This kind of molding tool has the good machine to process the function can carry on slice of part s pare to process in order to acquire the higher accuracy or join the piece cooling system and sprinkle to note system etc 2 The molding tool high speed slices to pare the technique 2 1 The high speed slices to pare the concept to put forward The high speed slices to pare the theories is the German physicist Carl of April of 1931 J The Salomon put forward of He point out that within the scope of the normal regulations slices to pare the speed slice to pare the temperature along with slice the exaltation of pare the speed but go up but slice to pare the speed to raise the certain value after slicing to pare the temperature not only does not go up and will lower on the contrary but also should slice the category of pare the speed value and a material of work relevant exist a speed scope to a mater