鋁合金焊絲錠坯模具設(shè)計(jì)-模具設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、鋁合金焊絲錠坯（限定尺寸）永久模設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)書(shū)總述在該設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)一個(gè)鋁合金焊絲錠坯的永久模，永久模用于重復(fù)澆鑄，因此，應(yīng)該選擇金屬型模具。這主要是因?yàn)榻饘傩陀兄T多優(yōu)點(diǎn)：a、 金屬型冷卻速度快，具有激冷效果，可使鑄件晶粒細(xì)化，組織致密。鑄件的力學(xué)性能好。b、 金屬型尺寸準(zhǔn)確，表面光潔，從而提高了鑄件的尺寸精度及表面質(zhì)量。c、 同一鑄型可以反復(fù)使用，節(jié)省了造型時(shí)間和車(chē)間面積，可以提高鑄件車(chē)間單位面積上的鑄件產(chǎn)量。d、 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。適于批量生產(chǎn)。e、 冷卻速度快，改變了金屬的凝固條件，減少了冒口系統(tǒng)的尺寸，提高了金屬液利用率。在我的設(shè)計(jì)中，我選擇

2、了球墨鑄鐵QT500-7作為金屬型模具材料。在確定了模具材料后，就要開(kāi)始設(shè)計(jì)金屬型模具，包括模具結(jié)構(gòu)確定、型腔設(shè)計(jì)、澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)、金屬型的定位等。設(shè)計(jì)的依據(jù)為澆鑄的金屬液為鋁合金以及金屬型鑄件成型技術(shù)的一些相關(guān)公式和原理。在滿足鑄件尺寸要求的條件下，應(yīng)盡可能保證模具易于開(kāi)模，錠坯部分無(wú)縮孔、組織致密；并且盡可能提高模具生產(chǎn)率、減小模具重量、節(jié)約成本。在相關(guān)尺寸確定后，就可以計(jì)算出永久模的生產(chǎn)率、模具的重量，編制出模具各部分的加工工序，核算出模具成本。二、永久模材料的選擇金屬型材料的選擇是決定金屬型壽命和制造成本的主要因素。在我的設(shè)計(jì)中，我選擇了ZAl105成分的焊絲，其熔點(diǎn)在660左右，可選

3、擇球墨鑄鐵作為金屬模材料，其硬度為147-241HBS，并要經(jīng)過(guò)退火熱處理。屬鐵素體和珠光體混合集體的球墨鑄鐵，具有良好的耐熱和耐蝕性能，與片狀石墨鑄鐵制成的金屬型發(fā)生裂紋的可能性低，是制造金屬型較好的材料?？偟膩?lái)說(shuō)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：a、 具有較高的高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，有足夠的強(qiáng)度和韌性b、 溫度急劇變化時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力小c、 鑄造性能和機(jī)械加工性能都很好d、 價(jià)格比較便宜綜上，完全能夠生產(chǎn)要求。三、金屬型模具的設(shè)計(jì)金屬型模具的設(shè)計(jì)包括：結(jié)構(gòu)確定與分型面選擇、型腔設(shè)計(jì)、澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)、金屬型的定位、排氣系統(tǒng)等。金屬型應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、操作安全、方便、能保證鑄件質(zhì)量、生產(chǎn)效率高。1、 結(jié)構(gòu)形式

4、與分型面選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鑄件形狀為60×220的圓柱，故應(yīng)選擇垂直分型面，使得圓柱體的兩個(gè)半月牙形體配置在兩個(gè)半型中。這樣可以方便開(kāi)模取出鑄件、易于設(shè)置澆冒口，并且可以簡(jiǎn)化金屬型結(jié)構(gòu)、降低加工成本。關(guān)于金屬型外形的設(shè)計(jì)，應(yīng)選擇圓柱形，如此可以獲得等厚的金屬型璧，從而使得金屬型各部位散熱基本相同，獲得的鑄件組織更加均勻。2、 型體及型腔設(shè)計(jì)由于鑄件為規(guī)則的圓柱體，故型腔只需設(shè)計(jì)為比鑄件尺寸略大的圓柱形即可。1）型腔尺寸計(jì)算金屬型型腔尺寸的計(jì)算，除根據(jù)鑄件尺寸和公差外，還應(yīng)該考慮合金從固相線冷卻到室溫的收縮、涂料厚度和金屬型材料從室溫到預(yù)熱澆注溫度的膨脹率。其計(jì)算公式為：AX=(AP+

5、APK±) ±AX式中，AX型腔尺寸，mm；AP鑄件的平均尺寸，mmk-綜合收縮率，%-涂料厚度，mmAX-型腔尺寸制造公差，mma、對(duì)于型腔的直徑，由于鑄件柱面為凸形，前應(yīng)去“-”，AX 前應(yīng)取“+”AP=60mm，經(jīng)查表知可取k=1%,=0.2mm, AX=0.15mm代入數(shù)據(jù)得：AX=60.55mm考慮到加工余量，取AX=62mm。b、對(duì)于型腔的高度，AP=220mm，經(jīng)查表知可取k=1%,=0, AX=0.15mm代入數(shù)據(jù)得：AX=222.25mm考慮到加工余量，取AX=224mm。2）、金屬型壁厚的確定金屬型的壁厚與鑄件壁厚、材質(zhì)與鑄型外輪廓尺寸等有關(guān)。查表可得，

6、當(dāng)件>30mm時(shí)，型=（0.8-1.2）件，其中型表示鑄型的壁厚，件表示鑄件的壁厚。代入數(shù)據(jù)件=30mm,故型可取27mm，符合要求。3、 澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液的空腔，冒口可補(bǔ)償鑄件凝固時(shí)的收縮，以防止縮孔、縮松等缺陷，并具有排氣、集渣的功能。金屬型冒口位置的確定，常用結(jié)晶等溫線法及內(nèi)切圓法，找出鑄件上可能產(chǎn)生縮孔或縮松的熱節(jié)部位，在熱節(jié)出設(shè)置冒口。澆口是向金屬型中澆入金屬液的通口，在本設(shè)計(jì)中，鑄件形狀簡(jiǎn)單，冒口可充當(dāng)澆口使用，同時(shí)還兼具了排氣孔的功能，這樣簡(jiǎn)化了金屬型的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了成本。金屬型冒口可以根據(jù)具體的情況設(shè)計(jì)成不同的形式與結(jié)構(gòu)，按是否與大氣相通，可分為明冒

7、口和暗冒口；按位置高低可分為頂冒口和側(cè)冒口。在這里，我設(shè)置的為明頂冒口。明頂冒口形狀為圓形，在同等斷面時(shí)圓形周長(zhǎng)最短，所以保溫良好，并且與鑄件需要補(bǔ)縮出形狀相仿，便于補(bǔ)縮。為了使冒口的上端最后凝固，冒口的尺寸設(shè)計(jì)為下小上大，由上到下成5°-8°斜度。在這里，我選用了7°。其尺寸可有以下公式確定：D=（1.2-1.5）d；其中d為鑄件熱節(jié)圓直徑，mmD為冒口根部直徑，mm顯然，在本設(shè)計(jì)中，d=60mm；但是，根據(jù)冒口設(shè)計(jì)要求，其根部尺寸，應(yīng)略小于鑄件尺寸。綜合考慮，取D=1.0d=60mm,這樣既方便加工，又滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)于頂冒口高度的確定，可由以下公式確定：H=

8、（0.8-1.5）D；其中H-冒口高度，mmD-冒口根部直徑，mm因此，可取H=76mm,滿足要求。4、 金屬型的定位設(shè)計(jì)為防止金屬型分塊后發(fā)生錯(cuò)位，金屬型半型件需定位。在這里我采用了三個(gè)定位銷(xiāo)聯(lián)合兩個(gè)緊箍定位。定位銷(xiāo)定位，定位銷(xiāo)用緊配合固定在半型上，而與另一半型的孔位動(dòng)配合。緊箍裝配時(shí)，用兩個(gè)螺栓連接，裝卸方便，效率較高。需要注意的是，澆注時(shí)，為了防止金屬型過(guò)熱，在設(shè)計(jì)金屬型時(shí)，定位銷(xiāo)孔表面至鑄型邊緣的距離不小于10mm。在這里，我設(shè)計(jì)的距離15mm,完全滿足要求。四、永久模生產(chǎn)率的確定永久模的生產(chǎn)率就是澆鑄后到完全凝固的時(shí)間，鑄件的凝固時(shí)間可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：=（1/k²）*（

9、v/s）²=R²/k²式中-鑄件的凝固時(shí)間；k-凝固系數(shù)；V-鑄件的體積；S-鑄件的散熱表面積；R-鑄件的折算厚度。在本設(shè)計(jì)中，v=3.14x30²x220mm³=621720mm³=621.72cm³，s=2x3.14x30x220+2x3.14x30²=44274mm²=47.10cm³查表可得，k=3.1cm·min-1/2代入公式得，R=13.20cm=18.13s五、永久模容納的鋁合金熔體量的確定永久模容納的鋁合金熔體量包括兩部分：型腔的體積和冒口部分的體積，即：V容3.14

10、x31²x224mm³+3.14x 0.5x(40+31) ²=679886.15mm³其質(zhì)量為M容=ZAl105·V容=2.68x679.89g=1822.11g=1.82kg六、模具重量的計(jì)算先計(jì)算模具實(shí)體部分的體積V實(shí)，V實(shí)=3.14x58²x327 mm³- V容-V銷(xiāo)，其中V銷(xiāo)3.14x4²x(2x58+116)mm³故V實(shí)=2762.55cm³M模=QT500-7·V實(shí)=7.25x2762.55g=20028.49g=20.03kg七、模具加工工序的制定該模具內(nèi)腔結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)

11、單，加工比較方便，由于涼快半模完全相同，在此，只對(duì)其中一塊半模的加工工序作以簡(jiǎn)要說(shuō)明。其加工工序可分為以下幾步完成：a、 配料 切割一塊330mmx60mmx30mm的長(zhǎng)方形球磨鑄鐵塊b、 粗加工銑削表面 將半型表面加工至59mmc、 粗加工銑削內(nèi)表面 先將整個(gè)內(nèi)表面加工至61mm，然后加工冒口，銑削至錐底直徑為61mm，錐高度為76mm，錐度為7°的內(nèi)錐面。d、 精加工銑削外表面 將半型外表面加工至58mm，高度加工至327mme、 精加工銑削內(nèi)表面 先把型腔部分加工至62mm,然后加工冒口部分，銑削至錐底直徑為62mm，錐高度為 76mm, 錐度為7°的內(nèi)錐面。加工完畢

12、。八、模具成本的核算模具的成本包括原料成本和加工成本兩部分。經(jīng)查證，目前，QT5007的市場(chǎng)價(jià)為10500元/噸，則原料成本為10.5x20.03元=210.32元。該模具結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，加工成本經(jīng)估算大約在300元左右。因此，模具成本大約為510元左右。九、焊絲SAl4009的熔煉工藝及相關(guān)設(shè)備SAl4009其成分為2AlSi5Cu1Mg,即ZAl105.根據(jù)鑄造鋁合金生產(chǎn)條件不同，可采用不同的熔爐熔化，如坩堝爐、反射爐、感應(yīng)電爐等。坩堝爐一般采用電阻元件加熱，如電阻絲和硅碳棒，坩堝有鑄鐵坩堝和碳化硅坩堝等。熔煉鋁合金的反射爐所用的燃料有液體燃料、氣體燃料和焦炭等。鋁合金使用的感應(yīng)電爐的原理和

13、結(jié)構(gòu)與鋼鐵使用的相同，只是熔化溫度低，因此對(duì)爐襯的耐火度要求也低。以下是ZAl105在電阻爐或者中頻感應(yīng)爐中的具體熔煉工藝。（1） 熔煉準(zhǔn)備，該工藝主要包括：a、 清爐和洗爐b、 預(yù)熱坩堝和工具到200-300c、 對(duì)坩堝和工具進(jìn)行噴涂涂料d、 清理和預(yù)熱爐料e、 準(zhǔn)備熔劑和變質(zhì)劑f、 配料計(jì)算，由于熔煉中Si、Mg燒損大，成分含量變化大，故配料是應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)成分的上限計(jì)算（2） 裝料 熔煉時(shí)爐料的裝料順序?yàn)椋篴、 回爐料b、 鋁硅中間合金c、 鋁錠（3） 熔化及精煉：當(dāng)爐料裝完之后，升溫熔化。待爐料全部熔化后，除渣并加入熔劑。當(dāng)溫度達(dá)到680時(shí)，用鐘罩將預(yù)熱到200-300的Al-Mg中間合金或金屬鎂塊壓入合金液，時(shí)間為3-5min,然后升溫到730-750，用占爐料總質(zhì)量0.7%-0.75%的六氯乙烷分三次用鐘罩壓入合金液中對(duì)合金液進(jìn)行精煉，精煉時(shí)間為10-15min,并緩慢在爐內(nèi)繞圈。待精煉完后靜置1-2min,做爐前分析和成分調(diào)整。（4） 變質(zhì)處理：ZAl105合金因含量在一下，故不做變質(zhì)處理（5） 澆注當(dāng)變質(zhì)完