第7章 壓鑄模設(shè)計(jì)概述

第7章壓鑄模設(shè)計(jì)概述

2/5/2023第7章壓鑄模設(shè)計(jì)概述

壓鑄模是進(jìn)行壓鑄生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備。壓鑄生產(chǎn)能否順利進(jìn)行，壓鑄件質(zhì)量有無保證都與壓鑄模結(jié)構(gòu)的合理性和先進(jìn)性有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析，了解所選用的壓鑄機(jī)的工作特性和技術(shù)參數(shù)，掌握不同情況下金屬液的充填特性以及考慮加工制造條件和經(jīng)濟(jì)效果。

2/5/2023第7章壓鑄模設(shè)計(jì)概述7.1壓鑄機(jī)特性曲線7.2壓鑄模設(shè)計(jì)原則7.3壓鑄模結(jié)構(gòu)組成7.4分型面設(shè)計(jì)2/5/20237.1壓鑄機(jī)特性曲線7.1.1壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線7.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)2/5/20237.1壓鑄機(jī)特性曲線壓鑄模是壓鑄機(jī)的負(fù)載，壓鑄模的設(shè)計(jì)應(yīng)該使壓鑄機(jī)的性能得到充分利用和有效發(fā)揮，也就是壓鑄模澆注系統(tǒng)應(yīng)該與壓鑄機(jī)的壓射系統(tǒng)相匹配，在金屬液充填過程達(dá)到最佳狀態(tài)。為此，首先需要了解壓鑄機(jī)的特性。

2/5/20237.1.1壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線壓鑄機(jī)壓射機(jī)構(gòu)是一個(gè)由壓力油驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式柱塞泵，如圖7.1所示。壓射活塞的左右兩側(cè)(環(huán)形側(cè)和頭側(cè))都有壓力油流動(dòng)。當(dāng)壓力油從右端進(jìn)入時(shí)，壓射活塞受頭側(cè)高壓油的推動(dòng)向左推進(jìn)，環(huán)形側(cè)的壓力油則退回到儲(chǔ)油槽。壓鑄機(jī)空載時(shí)(即壓室內(nèi)未澆入金屬液)，壓射活塞左移時(shí)所受的阻力有：活塞與壓射缸壁的摩擦阻力、環(huán)形側(cè)的壓力油流出時(shí)管道的阻力、壓室與壓射沖頭之間的摩擦阻力等。這些阻力對(duì)每一種壓鑄機(jī)的作用都不同，甚至于同一型號(hào)的壓鑄機(jī)，由于制造廠家不同，新舊程度不同，其作用也都有所不同。壓鑄機(jī)說明書上標(biāo)明的壓射速度是指空載時(shí)的速度。2/5/20237.1.1壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線經(jīng)過對(duì)壓鑄機(jī)空載狀態(tài)檢測(如圖7.2所示測試曲線)，即可作出以壓射比壓為縱坐標(biāo)，以金屬液流量為橫坐標(biāo)的直角坐標(biāo)曲線，這種曲線表示了壓鑄機(jī)的壓射特性，稱壓鑄機(jī)的壓力-流量特性曲線。每種壓鑄機(jī)都有自己一定的特性曲線。2/5/20237.1.1壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線2/5/20237.1.1壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線當(dāng)縱坐標(biāo)是比壓p、橫坐標(biāo)是流量的平方q2v

時(shí)，此特性曲線表現(xiàn)為一直線。圖7.3所示為典型壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線。由圖7.3可知，畫該圖只需兩個(gè)點(diǎn)，即該直線與縱、橫坐標(biāo)軸的兩個(gè)交點(diǎn)。直線與縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)是壓鑄機(jī)空載結(jié)束時(shí)的壓射比壓，直線與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)是壓鑄機(jī)空載時(shí)計(jì)算得出的金屬液流量平方，這兩個(gè)值都按測試曲線(見圖7.2)計(jì)算而得。壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線計(jì)算作圖數(shù)據(jù)來自壓鑄機(jī)空載測試曲線及壓射機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸，計(jì)算作圖步驟如下：(1) 壓射活塞兩側(cè)的面積分別與圖7.2(a)及圖7.2(b)測試所得的壓力相乘，乘積之差即為作用于壓射沖頭上的壓力。(2) 作用于壓射沖頭上的壓力除以壓射沖頭的面積，其商即為空載時(shí)的壓射比壓，也就是壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線與P-q2v

圖中縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)。(3) 圖7.2(c)中壓射沖頭行程除以時(shí)間，求得壓射沖頭的壓射速度。2/5/20237.1.1壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線(4) 壓射沖頭速度乘以壓室截面積，其積為空載時(shí)的壓射流量，此流量的平方即為壓鑄機(jī)壓力-量特性曲線與P-q2v圖中橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)。(5) 連接以上兩點(diǎn)，就得到該壓鑄機(jī)的壓力-流量特性曲線。由上所得的曲線表示該壓鑄機(jī)壓射機(jī)構(gòu)為圖7.1所示尺寸時(shí)的特性，若壓射沖頭尺寸變化，儲(chǔ)能器壓力變化及速度控制閥開度變化，此曲線都隨之改變。壓射沖頭直徑不同，壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線很容易修正。因?yàn)樽饔迷趬荷錄_頭上的壓力一定時(shí)，沖頭直徑增大，則壓射比壓變小。而空載壓射，沖頭速度不變時(shí)，沖頭面積越大，金屬液流量亦越大。所以當(dāng)壓射沖頭直徑增大時(shí)，壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線的斜率減小，如圖7.4所示。2/5/20237.1.1壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線儲(chǔ)能器壓力增大或降低時(shí)，最終壓射比壓和金屬液流量都隨之增大或減少，改變儲(chǔ)能器內(nèi)的壓力，則所得的壓力-流量特性曲線互相平行。因此，求出壓鑄機(jī)儲(chǔ)能器某一壓力下的壓力-流量特性曲線后，若儲(chǔ)能器壓力變化則可修正成該儲(chǔ)能器各種壓力時(shí)的壓力-流量特性曲線，如圖7.5所示。2/5/20237.1.1壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線壓射速度是通過改變速度控制閥的開度來進(jìn)行調(diào)整的。開度增大，壓力油通過速度控制閥的流動(dòng)阻力減小，進(jìn)入壓射腔的壓力油流量大為增加，壓射速度亦增大，因此，金屬液流量隨之增加。而速度控制閥開度變化，壓鑄機(jī)儲(chǔ)能器壓力卻不受其影響，亦即壓射比壓不變。故速度控制閥不同開度的壓鑄機(jī)壓力-流量特性曲線在縱坐標(biāo)軸上交于一點(diǎn)，如圖7.6所示。2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)

2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)

2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)

2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)

金屬液流過壓鑄模澆注系統(tǒng)時(shí)，因摩擦等原因會(huì)有能量損失，表現(xiàn)為金屬液的壓力下降，以致測得的金屬液流速小于理論流速。實(shí)測流速與理論流速之比稱為流量系數(shù)C0。C0的最大值為1(實(shí)測流速就是理論流速，但因摩擦阻力總是存在的，故C0不可能是1)，C0的最小值為0(整個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)封閉且靜止)。因此流量系數(shù)值C0在1～0之間。相同壓射比壓之下，摩擦阻力越小，流速越大，金屬液流量就越大，壓鑄模壓力-流量特性曲線斜度越小。而要達(dá)到同樣流量時(shí)，流量系數(shù)越小需要的壓射比壓越大，如圖7.10所示。C0=0.4是許多壓鑄模澆注系統(tǒng)流量系數(shù)代表值，C0=0.7則是希望值。2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)

2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)

圖7.12不同流量系數(shù)對(duì)內(nèi)澆口處金屬液流量的影響2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)

圖7.13壓射沖頭直徑對(duì)內(nèi)澆口處金屬液流量的影響2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)

圖7.14儲(chǔ)能器壓力對(duì)內(nèi)澆口處金屬液流量的影響2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)

圖7.15調(diào)整壓射速度控制閥對(duì)內(nèi)澆口處金屬液流量影響(a)—一圈；(b)—二圈；(c)—三圈及全打開2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)例：壓鑄機(jī)壓射機(jī)構(gòu)尺寸如圖7.1所示，壓鑄鋁合金壓鑄件，壓鑄件重量(包括澆注系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)在內(nèi))為6.37N704.7g，密度為2.7g/cm3，折合壓鑄件的總體積為261cm3。壓鑄件的內(nèi)澆口截面積An為70mm2，壓鑄時(shí)測量的壓鑄機(jī)測試曲線如圖7.16所示。試求壓鑄機(jī)-壓鑄模體系壓力-流量特性曲線、工作點(diǎn)的壓射比壓和泵出率、流量系數(shù)和內(nèi)澆口流量。解：沖頭移動(dòng)的有效距離為(261÷19.63)cm≈13.5cm，大于圖7.9(c)所示的129mm，因而是合理的。由圖7.16得知，在充模時(shí)，環(huán)形側(cè)的壓力為1.36MPa，頭側(cè)的壓力為2.6MPa。那么，金屬液通過內(nèi)澆口時(shí)所受的力可用頭側(cè)的作用力與環(huán)形側(cè)的反作用力之差求得，即：頭側(cè)：2.6MPa×7854×10-6m2=20.42kN環(huán)形側(cè)：1.36MPa×4006×10-6m2＝5.45kN作用在壓射沖頭的壓力為(20.42-5.45)kN=14.97kN，這個(gè)作用力包括壓射時(shí)的阻力(即摩擦力)，實(shí)際作用在內(nèi)澆口處的壓力小于此力。壓射時(shí)的沖頭速度從圖7.16(c)可以算出為(129÷65)m/s＝1.98m/s。內(nèi)澆口的流速vn為(1.98×1963÷70)m/s=55.5m/s。不考慮摩擦力，壓射比壓為14.97kN÷(1963×10-6m2)＝7626kPa≈7.6MPa。泵出率為1.98m/s×l963×10-6m2＝0.00388m3/s=3.88L/s。2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點(diǎn)2/5/20237.2壓鑄模設(shè)計(jì)原則壓鑄模設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下原則：(1) 壓鑄模所成型的壓鑄件應(yīng)符合幾何形狀、尺寸精度、力學(xué)性能和表面質(zhì)量等技術(shù)要求。(2) 模具應(yīng)適應(yīng)壓鑄生產(chǎn)的工藝要求。(3) 在保證壓鑄件質(zhì)量和安全生產(chǎn)的前提下，應(yīng)采用先進(jìn)、簡單的結(jié)構(gòu)。壓鑄模應(yīng)操作簡單、動(dòng)作可靠、構(gòu)件有足夠的強(qiáng)度和剛度、裝拆方便、便于維修、使用壽命長。(4) 模具零件加工工藝性好，技術(shù)要求合理。(5) 掌握壓鑄機(jī)的技術(shù)規(guī)范，選用合適的壓鑄機(jī)，充分發(fā)揮壓鑄機(jī)的生產(chǎn)能力。(6) 在條件許可時(shí)，模具盡可能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，以縮短設(shè)計(jì)制造周期，方便管理。2/5/20237.3壓鑄模結(jié)構(gòu)組成壓鑄模由定模和動(dòng)模兩部分組成。定模固定在壓鑄機(jī)定模安裝板上，定模上有形成直澆道的澆口套，澆口套與壓鑄機(jī)的噴嘴或壓室相接；動(dòng)模固定在壓鑄機(jī)動(dòng)模安裝板上，并隨動(dòng)模安裝板作開合模移動(dòng)。合模時(shí)，動(dòng)模與定模閉合構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)，金屬液在高壓下充滿型腔。開模時(shí)，動(dòng)模與定模分開，借助設(shè)在動(dòng)模上的推出機(jī)構(gòu)將壓鑄件推出。壓鑄模的結(jié)構(gòu)組成較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，圖7.18所示模具為典型壓鑄模的結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)模具上各個(gè)零件所起的作用，壓鑄模分為以下幾個(gè)部分:2/5/20237.3壓鑄模結(jié)構(gòu)組成2/5/20237.3壓鑄模結(jié)構(gòu)組成(1) 成型零件。動(dòng)定模合攏后構(gòu)成型腔的零件稱成型零件。成型零件包括固定的和活動(dòng)的鑲塊和型芯。如圖7.18中的動(dòng)模鑲塊22、定模鑲塊23、型芯24及側(cè)型芯21。(2) 澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是連接模具型腔與壓室，引導(dǎo)金屬液進(jìn)入型腔的通道。它是由直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口及余料組成的。圖7.18中的澆口套25、澆道鑲塊26等構(gòu)成澆注系統(tǒng)。(3) 導(dǎo)向零件。導(dǎo)向零件是引導(dǎo)動(dòng)模開合模時(shí)可靠地按一定方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)并確保動(dòng)定模準(zhǔn)確定位的零件。導(dǎo)向零件一般由導(dǎo)柱和導(dǎo)套組成，如圖7.18中的導(dǎo)柱28、導(dǎo)套30。(4) 推出機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)是指鑄件成型后動(dòng)、定模分開，把鑄件從模具中推出的裝置。一般情況下，推出機(jī)構(gòu)由推桿、復(fù)位桿、推桿固定板、推板以及用于推出機(jī)構(gòu)導(dǎo)向的推板導(dǎo)柱、推板導(dǎo)套等組成。如圖7.18中零件4、5、3、10、9及6、7。(5) 抽芯機(jī)構(gòu)。鑄件的側(cè)面有凹凸或孔穴時(shí)，需要用側(cè)型芯來成型。在鑄件脫模之前，必須先將側(cè)型芯從鑄件中抽出，這個(gè)使側(cè)型芯移動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為抽芯機(jī)構(gòu)或側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。抽芯機(jī)構(gòu)的形式很多，圖7.18所示的模具為斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)，由斜導(dǎo)柱18、滑塊17、楔緊塊16、擋塊12、彈簧15、螺桿14等組成，由斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)側(cè)型芯移動(dòng)，完成側(cè)向抽芯。(6) 排溢系統(tǒng)。排溢系統(tǒng)是指根據(jù)金屬液在型腔中的充填情況而設(shè)計(jì)的溢料槽和排氣槽，其作用是排除型腔中的氣體、涂料殘?jiān)约袄湮劢饘僖?。溢料槽的設(shè)置要與澆注系統(tǒng)相配合，以便更好發(fā)揮作用，一般開設(shè)在成型零件上，位于最先流入型腔的金屬液流的末端；排氣槽一般開設(shè)在分型面上，也可以用通孔套板的型芯頭間隙、推桿間隙等排氣。(7) 冷卻系統(tǒng)。為了平衡模具溫度，使模具在要求的溫度下工作，防止型腔溫度急劇變化而影響鑄件質(zhì)量，模具常設(shè)置冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)一般是在模具上開設(shè)冷卻水道。(8) 模體。模體包括定模座板、定模套板、動(dòng)模座板、動(dòng)模套板、支承板、墊塊等。模體起裝配、定位和安裝作用。如圖中的零件27、19、1、32、31、8等。除上述部分之外，壓鑄模內(nèi)還有緊固用的螺釘、圓柱銷等。2/5/20237.4分型面設(shè)計(jì)7.4.1分型面的形式7.4.2分型面選擇原則2/5/20237.4分型面設(shè)計(jì)分型面的確定是模具設(shè)計(jì)中的第一個(gè)程序。將模具適當(dāng)?shù)胤殖蓛蓚€(gè)或兩個(gè)以上可以分離的主要部分，可以分離部分的接觸表面分開時(shí)能夠取出壓鑄件及澆注系統(tǒng)，成型時(shí)又必須緊密接觸，這樣的接觸表面稱為模具的分型面。分型面的表示一般是：為了分開模具，若分型面兩邊的模具都移動(dòng)，就用“←|→”表示；若一方不動(dòng)另一方移動(dòng)，則用“←|”表示，“|”表示分型面位置，箭頭指向移動(dòng)方向。假如一副壓鑄模上有多個(gè)分型面，就按分開的先后次序標(biāo)出“A”、“B”、“C”、……或“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”、……等。2/5/20237.4.1分型面的形式分型面的形狀基本上有以下幾種形式：(1) 平直分型面。分型面為一平面且平行于壓鑄機(jī)動(dòng)、定模安裝板平面。如圖7.19(a)所示。(2) 傾斜分型面。分型面與壓鑄機(jī)動(dòng)、定模安裝板成一角度，如圖7.19(b)所示。(3) 階梯分型面(又稱折線分型面)。整個(gè)分型面不在同一平面上，由幾個(gè)階梯(折線)平面組成，如圖7.19(c)所示。(4) 曲面分型面。分型面由壓鑄件外形圓弧面或曲面構(gòu)成，如圖7.19(d)所示。(5) 直分型面。分型面垂直壓鑄機(jī)動(dòng)、定模安裝板平面。如圖7.19(e)所示有兩個(gè)分型面，分型面A與動(dòng)、定模安裝板平行，分型面B則垂直于它們。2/5/20237.4.2分型面選擇原則

模具設(shè)計(jì)中要?jiǎng)澐謩?dòng)、定模各自包含型腔的哪些部分及位置，圖7.20為三種基本劃分方法。圖中(a)是壓鑄模型腔全部在定模內(nèi)。(b)是型腔分別布置在動(dòng)模和定模內(nèi)。(c)則是型腔全部處于動(dòng)模內(nèi)。2/5/20237.4.2分型面選擇原則

對(duì)壓鑄件而言，主要問題是如何進(jìn)行分割，確定動(dòng)、定模中各容納壓鑄件的哪些部分，它的哪個(gè)面位于壓鑄模分型面處。壓鑄件上位于模具分型面處的面也就是壓鑄件上的分型面。分型面與鑄件在模具中的位置、澆注系統(tǒng)及排溢系統(tǒng)的布置、模具的結(jié)構(gòu)、壓鑄件的精度等有密切關(guān)系。選擇分型面應(yīng)符合以下原則：(1) 分型面應(yīng)選在壓鑄件外形輪廓尺寸最大的截面處。這是選擇分型面最基本的一個(gè)原則，否則，開模后壓鑄件就無法從模具型腔中取出。(2) 選擇的分型面應(yīng)使壓鑄件在開模后留在動(dòng)模。由于壓鑄模動(dòng)模部分設(shè)有推出裝置，因此，開模后必須保證壓鑄件脫出定模隨著動(dòng)模移動(dòng)。為了達(dá)到這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使動(dòng)模部分被壓鑄件包住的成型表面多于定模部分。圖7.21中若采用圖(a)所示分型面，由于壓鑄件凝固冷卻后包住定模型芯的力大于包住動(dòng)模型芯的力，分型時(shí)壓鑄件會(huì)留在定模而無法脫出，若改用圖(b)所示的分型面，就能滿足脫出定模型腔的要求。2/5/20237.4.2分型面選擇原則

(3) 分型面選擇應(yīng)保證壓鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量。同軸度要求高的壓鑄件選擇分型面時(shí)最好把有同軸度要求的部分放在模具的同一側(cè)。如圖7.22所示的壓鑄件，兩個(gè)外圓柱面與中間小孔要求有較高的同軸度，若采用圖(a)的形式，型腔分別在動(dòng)、定模兩塊模板上加工出來，內(nèi)孔分別由兩個(gè)單支點(diǎn)固定的型芯成型，精度不易保證；而采用圖(b)形式，型腔同在定模內(nèi)加工出，內(nèi)孔用一個(gè)雙支點(diǎn)固定的型芯成型，精度容易保證。2/5/20237.4.2分型面選擇原則

由于分型面不可避免地會(huì)使壓鑄件表面留下合模痕跡，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生較厚的飛邊，因此，通常不在要求光滑的表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處分型。如圖7.23所示，若采用圖(a)形式會(huì)影響壓鑄件外觀，而采用圖(b)形式比較合理。另一方面，與分型面有關(guān)的合模方向尺寸精度也