機械設計制造及其自動化畢業(yè)設計--鑄模CAD設計及CAE成型仿真(可編輯)

1、機械設計制造及其自動化畢業(yè)設計-鑄模CAD設計及CAE成型仿真 安徽建筑工業(yè)學院畢 業(yè) 設 計 論 文 專 業(yè)機械設計制造及其自動化 班 級 08機械一班 學生姓名 學 號08210010113 課 題支撐架壓鑄模三維CAD設計 及CAE成型仿真 指導教師 支撐架壓鑄模CAD設計及CAE成型仿真中文摘要 首先,分析支撐架壓鑄件的結構工藝,提出幾種不同的壓鑄工藝方案,計算環(huán)形澆口尺寸、彎銷尺寸、充填速度、溫度、壓實壓力等工藝參數,完成壓鑄模結構設計。然后,確定模具分型面和澆注系統(tǒng),借助PRO/E三維軟件,對支撐架零件三維造型,解決模具的結構設計。在此基礎上,應用CAE軟件PROCAST仿真支撐架

2、充填、凝固過程,優(yōu)化壓鑄模具結構設計。再次,繪制模具裝配圖、零件工程圖,同時校核模具關鍵零件的強度。最終表明該模具結構合理,制造工藝良好,工作穩(wěn)定可靠。關鍵詞:壓鑄模;環(huán)形澆口;彎銷;分型面;Pro/E;CAESupport frame Die-Casting Mould CAD / CAEABSTRACT In this thesis, firstly, the structures of the Support frame die-casting were analyzed. The structure of die casting die was designed through the

3、 analysis of various process planning and the calculations of technological parameters of ring gate, bent pin, speed, temperature, pressure, etc. Secondly, the mold parting surface and gating system must be determined. By using 3D PRO/E software, the die-casting model and the mould structure had bee

4、n drawn. On the basis, the design of die-casting mould structure was optimized through the application of CAE software PROCAST simulating the pressure filling and solidification course. Then, the Mold assembly drawings, parts drawings were drawn and the key parts intensity was checkedFinally, the co

5、nclusions show that the mold structure is reasonable, stable, reliable and the mould has good manufacturing processes.Keywords: Die-casting mould;ring gate;bent pin;mould surface;Pro/E;CAE目錄第一章 前言11.1 課題的提出11.2 國內外壓鑄研究的現(xiàn)狀11.2.1國外壓力鑄造業(yè)的現(xiàn)狀11.2.2國內壓力鑄造業(yè)的現(xiàn)狀11.3設計的內容和目標21.3.2.重點需要研究的問題41.3.3.完成任務可能思路和方案4

6、1.3.4.設計的目標4第二章 支撐架壓鑄件的結構工藝性分析52.2壓鑄合金的化學成分和性能52.2壓鑄件的尺寸精度52.2.1.影響壓鑄件的精度的主要因素52.2.2.壓鑄件的輪廓性尺寸6壓鑄件的輪廓性尺寸62.3 壓鑄件的形位公差72.4 壁厚82.5 鑄造圓角半徑82.6 脫模斜度82.7 壓鑄件的表面質量82.8 加工余量9第三章 金屬壓鑄件壓鑄工藝103.1 壓力參數103.2 速度參數113.3 時間參數123.3.1.填充時間123.3.2.持壓時間123.3.3.留模時間123.4 溫度參數123.4.1.澆注溫度133.4.2模具溫度133.5 成型收縮率133.5.1.壓鑄

7、件的收縮率的影響因素143.5.2.鋁合金的計算收縮率143.6 液態(tài)鋁合金的密度143.7 壓鑄用涂料143.7.1.壓鑄涂料的作用143.7.2.對涂料的要求143.8 壓鑄件的后處理153.8.1.壓鑄件的清理153.8.2.壓鑄件浸滲處理153.8.3.壓鑄件的表面處理153.8.4.壓鑄件的熱處理163.8.5.壓鑄件的整形處理16第四章 鑄件基本參數的計算與壓鑄機的選用174.1 壓鑄機的種類和特點174.1.1.熱室壓鑄機174.1.2.臥式冷壓室壓鑄機174.1.3.立式冷壓室壓鑄機184.1.4.全立式冷壓室壓鑄機184.1.5.本次設計壓鑄機種類選用184.2 確定型腔數目

8、及布置形式184.3 確定壓實壓力184.4 壓鑄機鎖模力的確定194.5 計算脹型力204.6 核定投影面積214.7 初步選定壓鑄機21第五章 壓鑄模分型面的設計23第六章 澆注系統(tǒng)和溢流、排氣系統(tǒng)的設計246.1 澆注系統(tǒng)的分類246.2 內澆口的設計266.3 直澆道的設計276.4 橫澆道的設計296.5 溢流槽的設計306.3 排氣槽的設計326.4 預測可能出現(xiàn)的壓鑄缺陷及處理方法32第七章 壓鑄模抽芯機構的設計347.1常用抽芯機構的類型347.2抽芯力和抽芯距的確定347.2.1影響抽芯力的因素357.2.2抽芯力的估算357.3.1彎銷的設計38第八章 模架與成形零件的設計

9、438.1 模架的設計438.2 成形零件的結構設計438.3 加熱與冷卻系統(tǒng)的設計498.4 推出機構的設計518.5 復位機構的設計52第九章 模具的總體結構設計539.1 壓鑄模的技術要求539.2 壓鑄模外形和安裝部位的技術要求53第十章 校核模具與壓鑄機的相關尺寸5710.1 鎖模力的校核5710.2 鑄件最大投影面積校核5710.3 壓室容量校核5710.4 模具尺寸的的校核589.5 壓實壓力的校核5810.6 開模行程的校核58第十一章 壓鑄CAE數值模擬分析5911.1 概述5911.2 模擬分析過程5911.3 結果分析67第十二章 結論72參考文獻74致謝75附錄一 科技

10、文獻翻譯76附錄二 畢業(yè)設計任務書103第一章 前言1.1 課題的提出 壓力鑄造是近代金屬加工工藝中,發(fā)展較快的一種先進的鑄造方法。液態(tài)金屬在高速高壓作用下射入緊鎖的模具型腔內,并保壓、結晶直至凝固,形成半成品或成品2。壓力鑄造作為一種終形和近終形的成形方法,具有生產效率高、經濟指標優(yōu)良、壓鑄件尺寸精度高和互換性好等特點。在制造業(yè)獲得了廣泛的應用和迅速的發(fā)展,壓鑄件已成為許多產品的重要組成部分。隨著轎車、摩托車、內燃機、電子通信、儀器儀表、家用電器和五金等行業(yè)的飛速發(fā)展,壓鑄件的功能和應用領域不斷擴大,從而促進了壓鑄技術不斷發(fā)展,壓鑄合金品質不斷提高。 在壓力鑄造中,一般作用于原料上的壓力在2

11、0200 MPa,充型時澆口處初始速度為1570 m/s,充型時間僅為0.010.20 s。正是由于這種特殊充型方式及凝固方式,導致壓力鑄造具有自身獨特的特點:1可以得到薄壁、形狀復雜但輪廓清晰的鑄件;2鑄件精度高、尺寸穩(wěn)定、加工余量少、表面光潔;3鑄件組織致密、具有較好的力學性能;4生產效率高。壓力鑄造的生產周期短,一次操作的循環(huán)時間約5 s3 min,這種方法適于大批量生產;5壓力鑄造采用鑲鑄法可以省去裝配工序并簡化制造工藝;6材料利用率高;1.2 國內外壓鑄研究的現(xiàn)狀1.2.1國外壓力鑄造業(yè)的現(xiàn)狀 壓鑄技術涉及到機械制造、液壓傳動、材料、冶金、自動化、計算機、化工、電子、傳感器、檢測、電

12、氣等諸多學科并正在向邊緣學科滲透。隨著以上諸多學科的發(fā)展和工業(yè)技術的進步,壓鑄技術也取得了突飛猛進的發(fā)展,具體表現(xiàn)為: 1壓鑄機及外圍設備整體性能和控制系統(tǒng)水平的大幅度提高。2計算機模擬技術在壓鑄中的廣泛應用,加深了對壓鑄充型、凝固過程規(guī)律的認識。 3壓鑄型材質和制造技術的發(fā)展,提高了壓鑄型使用壽命和壓鑄件質量。 4薄壁壓鑄件成形技術的開發(fā)與應用,為實現(xiàn)輕量化的目標創(chuàng)造了條件。 5壓鑄型涂料的開發(fā),改善了鑄型潤滑特性,提高了壓鑄件表面質量。1.2.2國內壓力鑄造業(yè)的現(xiàn)狀 壓鑄模在我國約起始于20世紀40年代,但在工業(yè)上大量應用壓鑄件是始于20世紀50年代,即1958年以后。至20世紀90年代,

13、我國的壓鑄技術達到相當水平,已自行設計和制造出成系列的、性能優(yōu)良的壓鑄機。國產壓鑄機從一般小型到5000kN、6300kN、8000kN、10000kN、12500kN、及16000kN的大型壓鑄機均有生產。但與國外相比,我國壓力鑄造業(yè)仍然存在很多不足,主要表現(xiàn)在以下方面。1國外壓射系統(tǒng)始終在不斷地改進,平均58年就有一次重大改進。而我國壓射部分的所有壓射參數的調節(jié)均為人工手動,無參數顯示系統(tǒng)配套,給壓鑄工藝規(guī)范的實施造成困難,因而壓鑄件的質量無法保證,也難以實現(xiàn)自動化。2液壓系統(tǒng)無法實現(xiàn)壓鑄機的自動控制。而國外有名的壓鑄機公司在這方面早已普遍應用。3國產壓鑄機大都存在漏油的現(xiàn)象,主要原因是密

14、封件質量差和加工質量問題。4剛性是影響壓鑄機精度的重要因素,以前我國壓鑄機壓射性能較差,人們集中精力研究壓射系統(tǒng)的性能,而忽視了強度、精度的提高。 5壓鑄模使用壽命短。 6模具可靠性較差。7生產率低由于國產模具使用可靠性不穩(wěn)定,生產中故障多,返修量大,班產量不如進口模具高。8我國在壓鑄模的設計和制造方面,進展較為緩慢。在壓鑄模設計中,目前仍主要依靠設計人員的經驗。9外觀質量不理想。國產壓鑄件往往線條不清晰,水流紋不理想,表面粗糙度差。與進口壓鑄件對比,差距明顯。1.3設計的內容和目標 本課題的主要內容、重點解決的問題,完成任務可能思路和方案。1.3.1.畢業(yè)設計論文主要內容 1 英文資料翻譯一

15、份不少于5000漢字。 2 壓鑄件三維建模、CAE成型仿真及模具設計。按照充填理論以及經驗公式對壓鑄件零件的成形工藝性進行分析,校核其尺寸的合理性。支撐架零件的二維、三維結構圖如圖1-1,圖1-2所示。圖1-1 支撐架壓鑄零件二維結構圖1-2 支撐架壓鑄零件三維圖 3 對澆注系統(tǒng)的選擇與計算,壓鑄機型號的選擇。根據壓鑄件的形狀及精度要求,設計澆注系統(tǒng)的尺寸,尤其是內澆道尺寸的選擇。 4 對加熱以及冷卻系統(tǒng)的設計根據壓鑄件及澆道系統(tǒng)的數量、布置形式,計算加熱功率以及冷卻水道的尺寸、數量。 5 進行初步數值模擬仿真成型,優(yōu)化模具結構。 6 選擇合理的模具結構,繪制裝配圖。根據模具結構的選擇和繪制,

16、應該以生產批量的大小、零件的復雜程度、精度以及使用要求等方面綜合考慮,繪制壓鑄模三維裝配圖。 7 繪制壓鑄模二維裝配圖以及型腔、型芯等工程圖的繪制。 8 對主要模具工作零件型腔、型芯進行制造工藝編制包括數控加工程序;1.3.2.重點需要研究的問題:1 依據液態(tài)金屬充填理論,通過研究支撐架壓鑄件的充填、凝固順序,設計合理的壓鑄工藝; 2 CAD設計該件的壓鑄模具,優(yōu)化設計模具結構; 3 對主要的零件型腔、型芯等強度校核,完成繪制裝配圖和零件工程圖; 4 對主要模具工作零件型腔、型芯等進行制造工藝編制包括數控加工程序; 5 進行初步數值模擬成型; 6 對大學階段的知識進行總結和應用,培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

17、1.3.3.完成任務可能思路和方案: 由于支撐架壓鑄件結構較復雜,尺寸精度要求較高,支撐架零件材料為YL112,表面質量和內部質量要求嚴格等特點,成型時要保證壓鑄件的質量,克服成型缺陷,因此對壓鑄件的成型工藝選擇要求科學、合理,壓鑄模結構具有良好的工藝性。 為提高生產效率且保證零件質量,預采用一模兩腔,對稱分布在澆注系統(tǒng)兩側成型。 根據零件的結構,零件上兩處處都需要抽芯,側抽芯可以通過多種方法來實現(xiàn),譬如:采用斜導柱抽芯機構、彎銷抽芯機構、斜滑塊抽芯機構、齒輪齒條抽芯機構、液壓抽芯機構等。 分型面的選擇也有多種方案:1.3.4.設計的目標: 由于支撐架壓鑄件結構較復雜,尺寸精度要求較高,支撐架

18、的零件材料為YL112,表面質量和內部質量要求嚴格等特點,成型時要保證壓鑄件的質量,克服成型缺陷,因此對壓鑄件的成型工藝選擇要求科學、合理,壓鑄模結構具有良好的工藝性。 利用三維設計軟件設計模具的裝配結構,通過液態(tài)金屬充填理論和數值仿真模擬合理設計澆注系統(tǒng)和優(yōu)化設計參量。 通過本畢業(yè)設計,掌握壓鑄原理及模具結構,掌握壓鑄模設計的步驟,模具制造工藝的編制能力,具有較強的從事壓鑄工藝及模具技術工作的能力,組織模具生產管理的能力。 第二章 支撐架壓鑄件的結構工藝性分析 壓鑄件的結構工藝性分析是壓鑄生產技術中的重要部分,主要涉及壓鑄合金性能分析、壓鑄工藝對鑄件要求、壓鑄件的技術要求、壓鑄件的工藝性能等

19、。壓鑄件的結構工藝性是否合理,對模具的結構、壓鑄件的質量、生產成本有著直接的影響。如果壓鑄件的結構不合理,不僅模具結構復雜,且質量無法得到保證,甚至造成生產困難2.2壓鑄合金的化學成分和性能 壓鑄合金是壓鑄生產的要素之一,要生產優(yōu)良的壓鑄件,除了要有合理的結構設計和成型設計、設計完善的壓鑄模和工藝性能優(yōu)越的壓鑄機外,還需要有性能優(yōu)良的合金。 本次設計要求的材料為壓鑄鋁合金YL112,壓鑄鋁合金是目前應用最廣泛的壓鑄材料,而大多使用高硅鋁合金。因為它們允許有相當數量的雜質,可以用舊鋁作回收利用,提高原材料的利用率。壓鑄鋁合金的主要特點有: 密度較小,比強度高; 在高溫和常溫下都具有良好的力學性能

20、,尤其時沖擊韌性好; 有較好的導電性和導熱性。機械切削性能也很好; 耐腐蝕性能好; 具有良好的壓鑄性能,較好的表面粗糙度以及較小的熱裂性。 但是,鋁合金的體積收縮率較大,在壓鑄件冷卻凝固時易在最后凝固處形成較大的集中縮孔。同時鋁合金對模具具有較強的黏附性,在脫出壓鑄件時,會產生黏附現(xiàn)象。壓鑄鋁合金YL112的化學成分和力學性能見表2-1表 2-1壓鑄鋁合金的化學成分和力學性能(摘自GB/T15115-1994)合金牌號合金代號 化學成分質量分數(%)力學性能(不低于)SiCuMnMgFeNiTiZnPbSnAl%硬度HBSYZALSi9Cu2YL1127.59.53.04.0-1.2-1.20

21、.10.1其余2401852.2壓鑄件的尺寸精度2.2.1.影響壓鑄件的精度的主要因素7: 壓鑄件的空間輪廓尺寸; 基本尺寸; 模具結構對該尺寸的影響,主要取決于分型面或活動成形的鎖緊狀況及脫模斜度; 合金種類; 設計模具選用收縮率與該尺寸實際表現(xiàn)收縮率的差值; 壓鑄工藝參數的變動,主要是模溫和脫模時的鑄件溫度; 模具直至達到工作壽命,制造維修對其精度的保證; 壓鑄機合模系統(tǒng)的結構精度和剛性。 2.2.2.壓鑄件的輪廓性尺寸 壓鑄件的輪廓性尺寸大小以空間對角線來表示?？臻g對角線取自外切鑄件最大輪廓的四方體,其值按式2-12求得,一律取整數: 2-1 式中?空間對角線mm; a?長度mm; b?

22、寬度mm; c?高度mm。 = =81 mm根據空間對角線的尺寸,精密壓鑄件高精度尺寸推薦公差見表2-2表 2-2 高精度尺寸推薦公差相近公差等級空間對角線L/mm合金種類基本尺寸/mmGB/T1800.3-19981818303050508080120120180IT1050鋁合金0.070.080.10501800.110.130.160.190.220.25根據空間對角線的尺寸,精密壓鑄件嚴格尺寸推薦公差見表2-3表2- 3 嚴格尺寸推薦公差相近公差等級空間對角線L/mm合金種類基本尺寸/mmGB/T1800.3-19981818303050508080120120180IT1150鋁合

23、金0.110.130.16IT12501800.180.210.250.300.350.40根據空間對角線的尺寸,精密壓鑄件一般尺寸推薦公差見表2-4表2- 4 一般尺寸推薦公差相近公差等級空間對角線L/mm合金種類尺寸類別基本尺寸/mmGB/T1800.4-19991818303050508080120120180(JS12+JS13)/250鋁合金A0.110.140.16B0.210.240.26JS1350180A0.140.170.200.230.270.32B0.240.270.300.330.370.42 注:A類尺寸表示不受分型面和活動型芯影響的尺寸; B類尺寸表示受分型面和活

24、動型芯影響的尺寸。高精度尺表示寸有:、。 嚴格尺寸有:、64、40余下的全為一般尺寸,其中A類尺寸:28、15、40B類尺寸:、120、160、于是得:、 2.3 壓鑄件的形位公差1 壓鑄件的平行度公差:見表2-5。表2- 5 壓鑄件的平行度公差 單位:mm 名義尺寸兩個半型內的公差<250.15>25630.2>631600.32 壓鑄件的同軸度公差:見表2-6。表2- 6 壓鑄件的同軸度公差 單位:mm名義尺寸同一半型內的公差>18500.15>501200.252.4 壁厚 壓鑄件的合理壁厚取決于鑄件的具體結構,合金性能和壓鑄工藝等許多因素,為了滿足各方面的

25、要求,以正常、均勻壁厚為佳。大面積的薄壁成型比較困難;壁厚過大或嚴重不均勻則易產生縮陷及裂紋。隨著壁厚的增加,壓鑄件材料力學性能明顯下降。2.5 鑄造圓角半徑 鑄造圓角可以使金屬液流暢,氣體容易排出,并可避免因銳角而產生裂紋,內圓角取值為取1mm。2.6 脫模斜度 脫模斜度大小與鑄件幾何形狀如高大或深度、壁厚機型腔或型芯表面形狀如粗糙度、加工紋路方向有關。取支撐架內表面脫模斜度1°。2.7 壓鑄件的表面質量 用新模具壓鑄可以獲得Ra0.8m表面粗糙度的壓鑄件。在模具正常使用壽命內,鋁合金壓鑄件大致在Ra3.2Ra6.3m范圍。支撐架內表面為Ra1.6Ra3.2m;外表面為Ra3.2R

26、a6.3m。2.8 加工余量 當壓鑄件的尺寸精度與形位公差達不到設計要求而需要機械加工時,應優(yōu)先考慮精整加工,以便保留其強度較高的致密層。 加工余量,見表2-7。表2- 7 機械加工余量 單位:mm尺寸30>3050>5080>80120>120180>180260>260360>360500每面余量0.30.40.50.60.70.81.01.2第三章 金屬壓鑄件壓鑄工藝 壓鑄工藝是將模具、壓鑄機和鑄件結構與合金特點等三大要素有機地結合并加以運用的過程。 壓鑄生產中最重要 過程就是液態(tài)金屬充填的過程,是許多因素共同作用的過程。影響充型的主要因素是壓力

27、、速度、溫度和時間。各工藝因素是相互影響和制約的,調整某一工藝因素時,必然引起與之相應的工藝因素發(fā)生變化,并可能反過來影響已經調整的工藝因素。因此,要對這些工藝參數進行調整、控制和選擇,是個工藝參數協(xié)調在最佳狀態(tài),滿足壓鑄生產的需要,才能生產出合格的鑄件。3.1 壓力參數 壓力是使壓鑄件獲得組織致密和輪廓清晰的重要因素,是由壓鑄機提供的,其大小取決于壓鑄機的結構及功率。壓力的表示形式有壓射力和壓射比壓兩種。 為了提高鑄件的致密度,提高壓射比壓無疑是必要的,但是壓射比壓過高,會使型腔受金屬液的沖刷和粘模的傾向嚴重,降低模具的使用壽命;壓射比壓過低會導致逐漸組織不致密和輪廓不清晰。因此,應根據鑄件

28、的特點和合金的不同來選擇合適的壓射比壓。選擇壓射比壓時考慮的主要因素見表3-1表3-1壓射比壓選擇的主要考慮因素因素選擇條件說明鑄件結構特性壁厚薄壁件壓射比壓選高些,厚壁件增壓比壓選高些形狀復雜程度復雜件壓射比壓選高些工藝合理性工藝合理性好,壓射比壓選低些合金材料特性凝固溫度范圍凝固溫度范圍大,增壓比壓選高些流動性流動性好,壓射比壓選低些合金材料特性密度密度大,壓射比壓、增壓比壓均選高些比強度比強度,增壓比壓選高些澆注系統(tǒng)澆道阻力澆道阻力大,壓射比壓、增壓比壓均選高些澆道散熱條件澆道散熱條件好,壓射比壓選高些排溢系統(tǒng)排氣道布局排氣道布局合理,壓射比壓選高些排氣道截面積排氣道截面積足夠大,壓射比

29、壓、增壓比壓均選低些內澆口速度要求內澆口速度要求內澆口速度大,壓射比壓選高些溫度合金與模具溫差溫差大,壓射比壓選高些 壓射比壓是壓射過程中金屬液在壓室中單位面積所受到的壓力。它是壓鑄機的壓射力與壓射沖頭截面積之比。鋁合金常用壓射比壓的推薦值范圍見表3-2。表3-2 常用壓射比壓的推薦值范圍單位:MPa壓鑄合金鑄件壁厚3mm鑄件壁厚3mm簡單件復雜件簡單件復雜件鋁合金25353545456060703.2 速度參數 壓射中速度的表示形式有壓射速度和充型速度兩種。壓射速度是指壓射沖頭的移動速度,充型速度是指金屬液流經模具內澆道的線速度。充型速度與壓射比壓的內在關系由流體力學原理表示如下: (3-1

30、a) 由于液能量態(tài)合金的粘性以及在流經模具澆注系統(tǒng)時會因摩擦而引起損失,上式應改寫為: (3-1b)式中 ?金屬液流經內澆道的充型速度(m/s); ?施加給金屬液的壓射比壓(Pa); ?金屬液密度(); ?澆口系數。 充型速度對壓鑄件的表面粗糙度和內部組織的致密度有很大影響。鋁合金充型速度見表3-3和表3-4。表3- 3不同合金充型速度速度的推薦值2 (單位:m/s)壓鑄合金簡單壁厚單件一般件復雜壁厚件鋁合金253535454560表3- 4不同壁厚鑄件充型速度的推薦值2 (單位:m/s)鑄件平均壁厚11.522.5充型速度(m/s)4655445342504048 在本次設計中取金屬液的填充

31、速度為30m/s3.3 時間參數 壓鑄時間包含充型、持壓及壓鑄件在壓住模具中停留的時間。它是壓力、速度、溫度、金屬液特性,以及逐漸結構和模具結構等各方面的綜合作用結果。3.3.1.填充時間 填充時間是金屬液最初從內澆口壓入型腔開始到型腔充滿的時間。填充時間主要取決于壓鑄件的壁厚和金屬液的流動長度。在一般情況下填充時間的推薦值見表3-5。表3- 5填充時間推薦值2鑄件平均壁厚/mm充型時間/s1.50.0140.02020.0180.0262.50.0220.0323.3.2.持壓時間 從液態(tài)金屬充滿型腔到內澆口完全凝固時繼續(xù)在壓射沖頭作用下的持續(xù)時間,稱為持壓時間。持壓時間的作用是使壓射沖頭有

32、足夠的時間將壓力傳遞給未凝固的金屬,保證鑄件在壓力作用下結晶,加強補縮,以獲得致密的組織。不同壁厚鑄件所需持壓時間的推薦值見表3-6。表3- 6不同壁厚鑄件所需持壓時間的推薦值/S合金鑄件壁厚/mm2.5mm2.56鋁合金12383.3.3.留模時間 留模時間是指持壓結束到開模取件這段時間其作用是使凝固成型后的鑄件在模具內進一步冷卻,以獲得足夠的強度和剛度,從而在開模頂出鑄件時不會發(fā)生變形、開裂等問題,并保證應有的尺寸精度。常用的留模時間見表3-7。表3- 7常用的留模時間合金留模時間/s鑄件壁厚3mm鋁合金7123.4 溫度參數 溫度是壓鑄工藝的又一重要參數,其對壓鑄件質量和壓鑄模的壽命有著

33、重要的意義。壓鑄溫度包括澆注溫度、模具溫度、壓鑄過程中鑄件與模具的溫度場分布及熱循環(huán)等。3.4.1.澆注溫度 澆注溫度,從廣義上說,金屬液的澆注溫度包括金屬液注入壓室前的溫度,在壓室內停留時的溫度,通過內澆口時的溫度以及在填充型腔時的溫度。通常以金屬液注入壓室前的溫度來表示金屬液的澆注溫度。 在壓鑄成型過程中,金屬液的澆注溫度對填充狀態(tài)、成型效果、壓鑄件的強度、成型的尺寸精度、模具的熱平衡狀態(tài)以及壓鑄效果等方面都起著重要的作用。合適的澆注溫度應當是:在保持良好的填充流動性并保證充滿型腔的前提下,采用較低的溫度。鋁合金的澆注溫度見表3-8。表3- 8鋁合金的澆注溫度(單位/) 合金鑄件壁厚3mm

34、鑄件壁厚>3mm結構簡單結構復雜結構簡單結構復雜鋁合金含硅的610630640680590630610630含銅的620650640700600640620650含鎂的6406606607006206606406703.4.2模具溫度模具溫度分預熱溫度和工作溫度。模具預熱溫度 在開始壓鑄前,為了有利于金屬液的填充,成型,提高壓鑄效率,需要將壓鑄模加熱到某一溫度,這一溫度即為模具的預熱溫度;模具工作溫度 在正常的壓鑄過程中,模具應達到熱平衡狀態(tài),使模具各部分的溫度均保持在一個適當的溫度范圍內。 模具工作溫度較高時,可提高壓鑄件的表面質量,但是過高的模具溫度,會因金屬液冷卻緩慢,使內部組織晶

35、粒粗大,影響壓鑄件的強度,延長成型周期,降低壓鑄效率。同時易產生粘膜現(xiàn)象,影響壓鑄件的脫模。模具工作溫度較低時,將影響金屬液的流動,出現(xiàn)填充不足或容易造成表面冷紋、冷隔等壓鑄缺陷,而且由于金屬液流激冷過快而降低壓鑄件的質量。同時,高溫的金屬液流對低溫模具的熱沖擊;也會影響模具的使用。鋁合金在壓鑄時壓鑄模的預熱溫度和工作溫度見表3-9。表3- 9壓鑄模的預熱溫度和工作溫度9 (單位/) 合金 鑄件壁厚3mm 鑄件壁厚>3mm結構簡單結構復雜結構簡單結構復雜鋁合金預熱溫度150180200230120150150180連續(xù)工作溫度1802402502801501801802003.5 成型收

36、縮率 壓鑄件的收縮率是指壓鑄件的收縮量與壓鑄件在壓鑄成型狀態(tài)下的直線尺寸之比。按百分比表述,這個比值即為壓鑄件的成型收縮率。3.5.1.壓鑄件的收縮率的影響因素有: 壓鑄合金的種類; 壓鑄件結構影響。形狀復雜的,收縮率較小,反之則收縮率較大; 薄壁的壓鑄件收縮率較小,壁厚的壓鑄件收縮率較大; 模具溫度高,與室溫的溫差越大,則收縮率也越大。3.5.2.鋁合金的計算收縮率見表3-10。表3- 10鋁合金的計算收縮率6%合金種類收縮條件自由收縮阻礙收縮混合收縮鋁硅合金0.70.90.30.50.50.73.6 液態(tài)鋁合金的密度 液態(tài)鋁合金的密度:2.4g/cm3。3.7 壓鑄用涂料 在壓鑄過程中,為

37、了避免壓鑄模與鑄件粘合、減少頂出鑄件時的摩擦阻力和避免壓鑄模過分受熱,對型腔壁面、型芯表面、模具和機器的摩擦部分滑塊、頂出元件、沖頭和壓室等所噴涂的潤滑材料和稀釋劑的混全物,通稱為壓鑄涂料。對于壓鑄涂料的謹慎選用與合理的噴涂操作是保證鑄件質量、提高壓鑄模壽命的一個重要因素。3.7.1.壓鑄涂料的作用: 1 高溫時保持良好的潤滑性能; 2 減少模具的熱導率,保持熔融金屬的流動性,從而改善金屬的成形性; 3 保護模具,避免熔融金屬對模具的沖刷作用,改善模具工作條件,延長模具的使用壽命; 4 預防粘模; 5 減少鑄件與模具成形部分尤其是型芯之間的摩擦,從而減少型芯和型腔被磨損并提高鑄件表面質量。3.

38、7.2.對涂料的要求: 1 在高溫狀態(tài)下具有良好的潤滑性;2 揮發(fā)點低,在100150時,稀釋劑能很快揮發(fā),不增加型內氣體; 3 對壓鑄模及壓鑄件沒有腐蝕作用; 4 性能穩(wěn)定,在空氣中稀釋劑不應揮發(fā)過快而變稠,存放期長; 5 在高溫時不會析出有害氣體,并不會在壓鑄模型腔表面產生積垢; 6 配制工藝簡單,材料來源豐富、價廉。壓鑄用涂料及配制方法如表3-11壓鑄用涂料及配制方法表3-11壓鑄用涂料及配制方法1涂料名稱配比%配制方法 適用范圍膠體石墨油劑 成品用于鋁合金,防粘型效果好;壓射沖頭、壓室和易咬合部分。石墨機油5-1095-90將石墨研磨過篩200#加入40左右的機油中攪拌均勻用于鋁合金部

39、件;壓射沖頭、壓室部分效果良好。 聚乙烯 煤油3-597-95將聚乙烯小塊泡在煤油中,加熱至80左右熔化而成。用于鋁合金、鎂合金成形部分。氧化鋅水玻璃 水51.293.8將水和水玻璃一起攪拌,然后倒入氧化鋅攪勻。用于大中型鋁合金、鋅合金鑄件。硅橡膠汽油鋁粉3-5余量1-3硅橡膠融于汽油中,使用時加入1%-3%鋁粉用于鋁合金、表面要求光潔場合。綜合考慮壓鑄涂料選擇膠體石墨油劑。3.8 壓鑄件的后處理 壓鑄件的后處理包括壓鑄件的清理(清理與整形)、表面處理、熱處理與浸滲處理。3.8.1.壓鑄件的清理 壓鑄件的清理包括取出澆口、排氣槽、飛邊及毛刺等,有時還需要修整經上述工序后留下的痕跡。壓鑄件的清理

40、是十分繁重的工作,其工作量往往是壓鑄工作量的幾倍至十幾倍。由于壓鑄機的生產效率很高,因此,在大量生產時實現(xiàn)鑄件清理工作機械化和自動化是非常重要的。3.8.2.壓鑄件浸滲處理 壓鑄件內部缺陷如氣孔、針孔或疏松等,可壓入密封劑浸滲劑使其具有耐壓性氣密性、防水性,這種方法叫浸滲處理。3.8.3.壓鑄件的表面處理 為了提高壓鑄件的耐蝕性和美觀,有時進行表面處理(噴丸、噴砂、研磨與拋光)。3.8.4.壓鑄件的熱處理 主要指時效退火和負溫時效處理,目的是消除內應力,穩(wěn)定壓鑄件的尺寸,提高其力學性能,適應在負溫條件下工作等,其處理如表3-12。表3- 12 壓鑄件時效退火和負溫時效處理規(guī)范1 合金 處理方法

41、 加熱溫度/ 保溫時間/h 冷卻方法 鋁合金 時效 175±5 2.03.0 空冷3.8.5.壓鑄件的整形處理 整形處理就是校正鑄件的變形。凡是鑄件發(fā)生變形,且超出允許的公差范圍,則都需要進行整形校正。第四章 鑄件基本參數的計算與壓鑄機的選用 壓鑄機是壓鑄生產最基本的要素之一,金屬壓鑄模是通過壓鑄機的運行而實現(xiàn)壓鑄成型的。壓鑄機與壓鑄模的良好匹配時成功進行壓鑄生產,獲得優(yōu)質鑄件的保證。4.1 壓鑄機的種類和特點 壓鑄機的種類和型號很多。一般說來,根據壓鑄機壓室的工況條件,可分為熱(壓)室壓鑄機和冷壓室壓鑄機。冷(壓)室壓鑄機兩大類。又根據其壓室結構形式和布置方式分為立式壓鑄機,全立式

42、壓鑄機和臥式壓鑄機。4.1.1.熱室壓鑄機 熱壓室壓鑄機的特征是壓室處于坩堝底部且與坩堝連為一體,并始終浸入在液態(tài)壓鑄合金中,壓射機構則安裝在坩堝上面。熱壓室壓鑄機的特點工序簡單,操作方便,生產效率高,易于自動化;合金溫度波動小,氣體和夾雜物較少,工藝穩(wěn)定性好;澆注系統(tǒng)消耗的合金材料較少,成本節(jié)約,經濟性好;通常用于壓鑄鉛、錫、鋅等低熔點合金鑄件;壓室和壓射沖頭長期浸入在合金液中,易受侵蝕,影響使用壽命。同時易引起合金液含鐵量增加。4.1.2.臥式冷壓室壓鑄機 臥式冷壓室壓鑄機的特征是壓室與壓射機構為水平布置,而壓鑄模具垂直安裝。臥式冷壓室壓鑄機的特點: 壓室與壓射沖頭均為水平放置,金屬液注入

43、型腔時,澆道轉折少,其壓力損失小,有利于發(fā)揮增壓機構的作用; 模具安裝方便,臥式壓鑄機一般設有中心和偏心多個澆注位置,或在偏心和中心間設置可任意調節(jié)位置的扁孔; 便于操作,便于調整,壓鑄效率較高,是目前廣泛應用的壓鑄設備。壓室內表面容易氧化;金屬液在壓室內暴露在大氣的表面積較大,壓射時容易將空氣、氧化物質及其它雜質帶入型腔,引起壓鑄缺陷。4.1.3.立式冷壓室壓鑄機 立式冷壓室壓鑄機的特征是壓室與壓射機構為垂直布置,且壓住模具也垂直安裝,壓室中心線與模具分型面平行。立式冷壓室壓鑄機的特點: 適宜于壓射可設置或必須設置中心澆口的壓鑄件; 金屬液注入直立的壓室中,操作比較方便,占地面積少; 在操作

44、時,只有在澆注余量切斷后,方可開模,生產效率較低; 金屬液進入型腔時,經過90°角的轉折,壓力損失較大;由于增加了反料機構,因而結構相對復雜,維修和操作相對麻煩,生產效率也較低。4.1.4.全立式冷壓室壓鑄機 全立式冷壓室壓鑄機的特征是壓室與壓射機構為垂直布置,而壓鑄模具水平安裝,壓室中心線與模具分型面垂直。全立式冷壓室壓鑄機的特點:壓射沖頭與直澆道方向相同,金屬液進入型腔的流程短,壓力損失和熱量損失較小; 壓射沖頭垂直方向運行,運動平穩(wěn); 模具水平放置,活動型芯和嵌件安放方便、穩(wěn)定、可靠; 占地面積少;壓鑄件推出后需用手工取出,生產效率較低,不容易實現(xiàn)自動化操作。4.1.5.本次設

45、計壓鑄機種類選用 支撐架壓鑄件的生產要求很高的生產效率且自動化程度要求高,綜合考慮,選用臥式冷壓室壓鑄機。4.2 確定型腔數目及布置形式 根據鑄件圖樣及產量等要求,確定該模具的型腔數為一模兩腔。采用一模兩腔,鑄件在同一水平線上成型,利于金屬液充填型腔。4.3 確定壓實壓力 壓實壓力是確保鑄件質量的重要參數之一,根據合金種類并按鑄件特征及要求選擇。壓實壓力推薦值見表4-1,本次設計取為35MPa。表4- 1壓實壓力推薦值 單位:MPa合金種類鋁合金一般件3050承載件50804.4 壓鑄機鎖模力的確定 鎖模力是選用壓鑄機時首先確定的參數。鎖模力的作用主要是為了克服壓射時的反壓力,即脹型力。以鎖緊

46、模具的分型面,防止因模具松動,引起金屬液飛濺;傷人和影響壓鑄件的尺寸精度的現(xiàn)象發(fā)生。因此,鎖模力必須大于金屬液在壓射時產生沖擊頂開模具的脹型力。所以,由于支撐架成型時需要側抽芯,壓鑄機鎖模力可按式4-1計算: 4-1 式中 ?壓鑄機的鎖模力,kN; ?主脹形力,kN; ?分脹形力,kN;主脹形力的計算式為:(4-2) ?鍥緊塊的鍥緊角; ?安全系數,一般取k1.25; ?壓射比壓,KPa;?壓鑄件在主分型面上的正投影面積,多型腔模則為各型腔正投影面積之和(一般增加30%作為澆注系統(tǒng)與溢流排氣系統(tǒng)的面積),m2;分脹型力的計算式為:(4-3) ?所有各個型芯所產生的分脹型力,kN; ?側向活動型

47、芯在成型端面上的投影面積之和,m2; ?鍥緊塊的鍥緊角,本次設計取為;即有m2 0.723x10-3 195937.5N 195.9375kN4.5 計算脹型力 由于支撐架壓鑄件成型時需要側抽芯,有分脹型力。所以,脹型力計算如下: 4-4 式中 ?主脹型力kN; ?鑄件在分型面上的投影面積,多腔模為各腔投影面積之和,一般另加30%作為澆注系統(tǒng)與溢流排氣系統(tǒng)的面積cm2; ?壓實壓力kN。 則=140.4kN/10 4-5) ?所有各個型芯所產生的分脹型力,kN; ?側向活動型芯在成型端面上的投影面積之和,cm2; ?鍥緊塊的鍥緊角,本次設計取為; ?壓實壓力kN。 則12.748kN4.6 核

48、定投影面積 在選擇壓鑄機時,必須使實際澆注的投影面積小于壓鑄機標定的成型面積,才能獲得較好的澆注效果。 即應滿足下列要求: 4-6 式中 ?實際澆注的正投影面積cm2; ?壓鑄機標定的最大投影面積cm2。 則=4.7 初步選定壓鑄機 初步選定J140C型臥式冷室壓鑄機。J140C型臥式冷室壓鑄機主要技術參數見下圖:第五章 壓鑄模分型面的設計 為了加工和組裝成型零件,以及安放嵌件和其它活動型芯,為了將成型的壓鑄件從模體中取出,必須將模具分割成可以分離的兩部分或幾部分。在合模時,這些分離的部分將成型零件封閉為成型空腔。壓鑄成型后,使它們分離,取出壓鑄件和澆注余料以及清除雜物。這些可以分離部分的相互

49、接觸的表面稱為分型面。壓鑄模的分型面是模具設計和制造的基準面。它直接影響著模具加工的工藝及壓鑄成型的效果和效率。 分型面選擇的基本原則: 1盡可能的使壓鑄件在開模后留在動模部分; 2有利于澆注系統(tǒng)、溢流排氣系統(tǒng)的布置; 3保證壓鑄件的尺寸精度和表面質量; 4簡化模具結構,便于模具加工; 5避免壓鑄機承受臨界載荷; 6考慮壓鑄合金的性能。分型面的選擇有多種方案: 方案一:分型面取在零件的對稱面上,零件型腔有一半在定模上,影響零件的上下型腔成型部分的同心度,但可以通過采用動定模上的型腔同時加工,采用附加導柱定位合模精度的方法消除同心度誤差問題。 方案二:分型面取在鑄件端面,抽芯距大且則型腔部分需要采用哈夫塊形式,鑄件外表面會有毛刺,鑄件在拼接處的質量差;外表面的粗糙度大,且打磨困難,增加了精加工工序。 方案三:分型面取在零件最大垂直軸向截面上,動定模均需要采用哈夫塊形式,大大增加了模具的成本,零件也很難取出,