《金屬壓鑄工藝與模具設計》第章壓鑄模設計概述

第7章壓鑄模設計概述

（時間：1.5次課，3學時）第7章壓鑄模設計概述

壓鑄模是進行壓鑄生產(chǎn)的主要工藝設備。壓鑄生產(chǎn)能否順利進行，壓鑄件質量有無保證都與壓鑄模結構的合理性和先進性有關。設計時必須對鑄件結構工藝性進行分析，了解所選用的壓鑄機的工作特性和技術參數(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)濟效果。

第7章壓鑄模設計概述7.1壓鑄機特性曲線7.2壓鑄模設計原則7.3壓鑄模結構組成7.4分型面設計7.1壓鑄機特性曲線7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線7.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點7.1壓鑄機特性曲線壓鑄模是壓鑄機的負載，壓鑄模的設計應該使壓鑄機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)應該與壓鑄機的壓射系統(tǒng)相匹配，在金屬液充填過程達到最佳狀態(tài)。為此，首先需要了解壓鑄機的特性。

7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線壓鑄機壓射機構是一個由壓力油驅動的往復式柱塞泵，如圖7.1所示。壓射活塞的左右兩側(環(huán)形側和頭側)都有壓力油流動。當壓力油從右端進入時，壓射活塞受頭側高壓油的推動向左推進，環(huán)形側的壓力油則退回到儲油槽。壓鑄機空載時(即壓室內(nèi)未澆入金屬液)，壓射活塞左移時所受的阻力有：活塞與壓射缸壁的摩擦阻力、環(huán)形側的壓力油流出時管道的阻力、壓室與壓射沖頭之間的摩擦阻力等。這些阻力對每一種壓鑄機的作用都不同，甚至于同一型號的壓鑄機，由于制造廠家不同，新舊程度不同，其作用也都有所不同。壓鑄機說明書上標明的壓射速度是指空載時的速度。經(jīng)過對壓鑄機空載狀態(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，以金屬液流量為橫坐標的直角坐標曲線，這種曲線表示了壓鑄機的壓射特性，稱壓鑄機的壓力-流量特性曲線。每種壓鑄機都有自己一定的特性曲線。當縱坐標是比壓p、橫坐標是流量的平方q2v

時，此特性曲線表現(xiàn)為一直線。圖7.3所示為典型壓鑄機壓力-流量特性曲線。由圖7.3可知，畫該圖只需兩個點，即該直線與縱、橫坐標軸的兩個交點。直線與縱坐標軸的交點是壓鑄機空載結束時的壓射比壓，直線與橫坐標軸的交點是壓鑄機空載時計算得出的金屬液流量平方，這兩個值都按測試曲線(見圖7.2)計算而得。壓鑄機壓力-流量特性曲線計算作圖數(shù)據(jù)來自壓鑄機空載測試曲線及壓射機構結構尺寸，計算作圖步驟如下：(1) 壓射活塞兩側的面積分別與圖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，其商即為空載時的壓射比壓，也就是壓鑄機壓力-流量特性曲線與P-q2v

圖中縱坐標軸的交點。(3) 圖7.2(c)中壓射沖頭行程除以時間，求得壓射沖頭的壓射速度。7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線(4) 壓射沖頭速度乘以壓室截面積，其積為空載時的壓射流量，此流量的平方即為壓鑄機壓力-量特性曲線與P-q2v圖中橫坐標軸的交點。(5) 連接以上兩點，就得到該壓鑄機的壓力-流量特性曲線。由上所得的曲線表示該壓鑄機壓射機構為圖7.1所示尺寸時的特性，若壓射沖頭尺寸變化，儲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，壓鑄機壓力-流量特性曲線很容易修正。因為作用在壓射沖頭上的壓力一定時，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，沖頭面積越大，金屬液流量亦越大。所以當壓射沖頭直徑增大時，壓鑄機壓力-流量特性曲線的斜率減小，如圖7.4所示。儲能器壓力增大或降低時，最終壓射比壓和金屬液流量都隨之增大或減少，改變儲能器內(nèi)的壓力，則所得的壓力-流量特性曲線互相平行。因此，求出壓鑄機儲能器某一壓力下的壓力-流量特性曲線后，若儲能器壓力變化則可修正成該儲能器各種壓力時的壓力-流量特性曲線，如圖7.5所示。壓射速度是通過改變速度控制閥的開度來進行調(diào)整的。開度增大，壓力油通過速度控制閥的流動阻力減小，進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，壓鑄機儲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壓力-流量特性曲線在縱坐標軸上交于一點，如圖7.6所示。7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線7.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線7.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

7.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

7.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

7.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

金屬液流過壓鑄模澆注系統(tǒng)時，因摩擦等原因會有能量損失，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(整個流動系統(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。而要達到同樣流量時，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。7.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

7.1.弊2壓鑄模故壓力-流量特娃性曲線柿和工作仔點7.1.轟2壓鑄模邀壓力-流量特性襯曲線和工它作點7.1案.2壓鑄模壓刊力-流量特境性曲線漆和工作須點圖7.1替2不同流量做系數(shù)對內(nèi)賽澆口處金城屬液流量第的影響7.1.獸2壓鑄模壓杜力-流量特舍性曲線汽和工作采點圖7.1賀3壓射沖頭牛直徑對內(nèi)翅澆口處金加屬液流量喪的影響7.1伐.2壓鑄模壓矛力-流量特性瓶曲線和工胳作點圖7.1燦4儲能器壓車力對內(nèi)澆辰口處金屬今液流量的農(nóng)影響7.1奴.2壓鑄模漲壓力-流量特辜性曲線落和工作脂點圖7.1麥5調(diào)整壓片射速度孟控制閥放對內(nèi)澆掙口處金岡屬液流借量影響(a)燃—一圈；(b)—二圈；(c)—三圈及訓全打開7.1件.2壓鑄模蘇壓力-流量特性幻玉曲線和工億作點例：壓鑄遙機壓射機累構尺寸如巨圖7.1所示，壓些鑄鋁合金伙壓鑄件，馳壓鑄件重擾量(包括澆注疤系統(tǒng)和溢輩流系統(tǒng)在利內(nèi))為6.3孕7N，密度濾為2.7捉g/cm薪3，折合壓潛鑄件的總孫體積為261逐cm3。壓鑄脈件的內(nèi)靜澆口截喪面積An為70m拌m2，壓鑄時灰測量的壓炭鑄機測試接曲線如圖7.16所示。支試求壓刷鑄機-壓鑄模體轟系壓力-流量特愧性曲線這、工作拒點的壓輩射比壓良和泵出柔率、流存量系數(shù)菌和內(nèi)澆安口流量即。解：沖頭貓移動的有銷效距離為(261綱÷19.響63)戒cm≈1總3.5獵cm，大于圖7.9(栗c)所示的129細mm，因而草是合理絡的。由梅圖7.16得知，測在充模定時，環(huán)同形側的仇壓力為1.36途MPa，頭側蹲的壓力循為2.6速MP添a。那么丸，金屬鑰液通過腳內(nèi)澆口出時所受營的力可呢用頭側苦的作用占力與環(huán)她形側的仆反作用燈力之差餅求得，謀即：頭側：2.6蔥MPa×遲7854歪×10-鄰6m2勤=20.止42k講N環(huán)形側與：1.36班MPa晨×400執(zhí)6×10遺-6m嗽2＝5.45匪kN作用在夾壓射沖去頭的壓獅力為(20輩.42蜻-5.或45)籠kN捉=14奮.97政kN，這個掘作用力拌包括壓松射時的槳阻力(即摩擦顫力)，實際作縱用在內(nèi)澆多口處的壓濱力小于此彼力。壓射塔時的沖頭羅速度從圖7.16品(c)可以算出賤為(12回9÷6艱5)怨m/s＝1.98何m/s。內(nèi)澆口斤的流速vn為(1.9寧8×19暴63÷7折0)m莖/s=5幕5.5換m/s。不考慮摩喊擦力，壓刃射比壓為14.9棒7kN宅÷(19漂63×1侍0-6屢m2)＝762糾6k國Pa≈免7.6士MP努a。泵出率祝為1.9異8m卡/s×蘭l96韻3×1季0-6曲m2＝0.0千038借8m綠3/s圈=3.笛88罷L/s。7.1.命2壓鑄模壓科力-流量特腰性曲線餓和工作亞點7.1臉.2壓鑄模筑壓力-流量特性劫曲線和工忽作點7.1止.2壓鑄模壓急力-流量特劃性曲線艦和工作朗點7.1熔.2壓鑄模壓跳力-流量特性冤曲線和工端作點7.2壓鑄模設射計原則壓鑄模蝕設計應繪該遵循第以下原芝則：(1)壓鑄模所櫻成型的壓張鑄件應符爛合幾何形雅狀、尺寸存精度、力理學性能和醉表面質量冷等技術要和求。(2)模具應適味應壓鑄生材產(chǎn)的工藝更要求。(3)在保證醒壓鑄件屬質量和肌安全生使產(chǎn)的前筍提下，面應采用止先進、突簡單的藏結構。宴壓鑄模慢應操作痰簡單、萌動作可彩靠、構卡件有足拘夠的強通度和剛黨度、裝倉拆方便奪、便于京維修、咬使用壽阻命長。(4)模具零件莊加工工藝怠性好，技毯術要求合捧理。(5)掌握壓籌鑄機的皮技術規(guī)昏范，選燙用合適黑的壓鑄猛機，充春分發(fā)揮跟壓鑄機天的生產(chǎn)完能力。(6)在條件古許可時鼠，模具撓盡可能禍實現(xiàn)標盈準化、非通用化夕，以縮供短設計猴制造周佩期，方喂便管理抄。7.3壓鑄模結炒構組成壓鑄模員由定模優(yōu)和動模崖兩部分仗組成?？荻９糖o定在壓彎鑄機定撕模安裝討板上，赴定模上眠有形成超直澆道階的澆口玩套，澆辰口套與果壓鑄機丙的噴嘴隱或壓室冶相接；勢動模固講定在壓律鑄機動錦模安裝杯板上，肆并隨動低模安裝愁板作開為合模移同動。合源模時，夸動模與翼定模閉執(zhí)合構成揭型腔和氣澆注系慎統(tǒng)，金清屬液在歸高壓下水充滿型嘩腔。開苦模時，磁動模與徑定模分含開，借多助設在窗動模上準的推出籠機構將倉壓鑄件灑推出。壓鑄模的許結構組成隨較復雜，劑結構形式炒多種多樣趴，圖7.18所示模趨具為典床型壓鑄行模的結誰構組成榮，根據(jù)錯模具上掙各個零洞件所起鍋的作用穗，壓鑄拘模分為正以下幾廳個部分:7.3壓鑄模差結構組浴成7.3壓鑄模結鐮構組成(1)成型零件鍋。動定模咸合攏后構雨成型腔的蹲零件稱成塌型零件。濱成型零件息包括固定咐的和活動梁的鑲塊和陶型芯。如記圖7.18中的動模啊鑲塊22、定?？阼倝K23、型芯24及側型輪芯21。(2)澆注系訂統(tǒng)。澆珠注系統(tǒng)唇是連接怨模具型峽腔與壓高室，引搜導金屬景液進入攀型腔的跪通道。爬它是由悄直澆道巧、橫澆坦道、內(nèi)錢澆口及團余料組搜成的。盛圖7.18中的澆窮口套25、澆道賊鑲塊26等構成澆奶注系統(tǒng)。(3)導向零亡件。導李向零件安是引導邊動模開枕合模時垃可靠地傘按一定揭方向進俯行運動量并確保島動定模劍準確定威位的零孝件。導鉛向零件斑一般由頂導柱和靜導套組亭成，如阿圖7.18中的導淘柱28、導套30。(4)推出機構斃。推出機償構是指鑄塵件成型后道動、定模債分開，把樹鑄件從模誦具中推出皮的裝置。糠一般情況蠻下，推出樓機構由推克桿、復位適桿、推桿虧固定板、賴推板以及辮用于推出培機構導向時的推板導叼柱、推板鹽導套等組桂成。如圖7.1古8中零件4、5、3、10、9及6、7。(5)抽芯機構倍。鑄件的沿側面有凹癢凸或孔穴俱時，需要忙用側型芯炭來成型。墓在鑄件脫富模之前，武必須先將大側型芯從視鑄件中抽江出，這個覆使側型芯索移動的機濫構稱為抽租芯機構或寇側向抽芯御機構。抽沖芯機構的陸形式很多卷，圖7.1枝8所示的模逗具為斜導葛柱抽芯機恰構，由斜團導柱18、滑塊17、楔緊塊16、擋塊12、彈簧15、螺桿14等組成蕉，由斜鈴導柱驅釋動側型讀芯移動缺，完成置側向抽抹芯。(6)排溢系統(tǒng)披。排溢系膛統(tǒng)是指根賞據(jù)金屬液依在型腔中法的充填情跨況而設計美的溢料槽得和排氣槽掛，其作用蓬是排除型葉腔中的氣隔體、涂料喊殘渣以及紹冷污金屬殿液。溢料瓜槽的設置女要與澆注耀系統(tǒng)相配抵合，以便非更好發(fā)揮脊作用，一兄般開設在譯成型零件肢上，位于繞最先流入任型腔的金淡屬液流的較末端；排淡氣槽一般對開設在分揉型面上，斧也可以用厚通孔套板貸的型芯頭爽間隙、推筒桿間隙等律排氣。(7)冷卻系幼統(tǒng)。為款了平衡草模具溫卷度，使皆模具在扛要求的晉溫度下沈工作，財防止型正腔溫度劃急劇變扭化而影痛響鑄件瞇質量，怎模具常弓設置冷荒卻系統(tǒng)浸。冷卻磁系統(tǒng)一東般是在毀模具上燃開設冷劍卻水道則。(8)模體。模揀體包括定稈模座板、僑定模套板貍、動模座嫁板、動模叼套板、支艇承板、墊公塊等。模毫體起裝配敲、定位和難安裝作用系。如圖中西的零件27、19、1、32、31、8等。除上述用部分之績外，壓饒鑄模內(nèi)火還有緊楊固用的理螺釘、指圓柱銷繭等。7.4分型面設熔計7.4吉.1分型面形的形式7.4.嚴2分型面選陡擇原則7.4分型面設葡計分型面廊的確定養(yǎng)是模具突設計中恭的第一呼個程序情。將模吼具適當扎地分成企兩個或執(zhí)兩個以糧上可以筍分離的營主要部三分，可統(tǒng)以分離蠅部分的頃接觸表閱面分開謙時能夠各取出壓杯鑄件及慢澆注系斃統(tǒng)，成沖型時又春必須緊緞密接觸刊，這樣邀的接觸睛表面稱借為模具弦的分型莖面。分型面的侮表示一般涂是：為了壩分開模具在，若分型陣面兩邊的展模具都移言動，就用歌“←|→”表示；吳若一方敢不動另肝一方移中動，則竭用“←|”表示，“|”表示分捧型面位搏置，箭籍頭指向霉移動方聚向。假口如一副矮壓鑄模調(diào)上有多回個分型艙面，就偶按分開巾的先后維次序標戴出“A”、“B”、“C”、……或“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”、……等。7.4設.1分型面旗的形式分型面的每形狀基本閣上有以下錫幾種形式連：(1)平直分型虛面。分型竹面為一平改面且平行忍于壓鑄機洗動、定模探安裝板平歪面。如圖7.19礎(a)所示。(2)傾斜分型撲面。分型銜面與壓鑄滑機動、定建模安裝板洞成一角度輩，如圖7.1暴9(b抬)所示。(3)階梯分型殃面(又稱折線線分型醒面)。整個數(shù)分型面宗不在同待一平面刪上，由題幾個階脊梯(折線)平面組焰成，如陰圖7.1善9(c樣)所示。(4)曲面分型瓶面。分型廳面由壓鑄貞件外形圓柄弧面或曲古面構成，偷如圖7.19羅(d)所示。(5)直分型巴面。分疏型面垂側直壓鑄度機動、最定模安再裝板平崇面。如幕圖7.1糞9(e怠)所示有蒼兩個分曠型面，旱分型面A與動、定圾模安裝板敬平行，分飾型面B則垂直于郊它們。7.4.傷1分型面的戶形式7.4晌.2分型面選日擇原則模具設計階中要劃分倘動、定模扶各自包含勿型腔的哪窄些部分及紛位置，圖7.20為三種基腰本劃分方退法。圖中(a)是壓鑄林模型腔漆全部在擺定模內(nèi)墻。(b)是型腔債分別布努置在動術模和定依模內(nèi)。(c)則是型腔茅全部處于鎖動模內(nèi)。對壓鑄去件而言宜，主要除問題是上如何進彩行分割續(xù)，確定給動、定問模中各妹容納壓粘鑄件的惜哪些部項分，它協(xié)的哪個屯面位于賺壓鑄模李分型面博處。壓鑄件糧上位于戒模具分桂型面處觸的面也相就是壓襯鑄件上圍的分型際面。分錫型面與芬鑄件在魔模具中丑的位置薪、澆注轉系統(tǒng)及腸排溢系夸統(tǒng)的布闊置、模臭具的結薪構、壓槐鑄件的港精度等單有密切抽關系。租選擇分跑型面應眠符合以蒸下原則巾：(1)分型面癥應選在學壓鑄件湖外形輪如廓尺寸車最大的乞截面處龍。這是菠選擇分恩型面最殺基本的仆一個原達則，否義則，開姿模后壓夠鑄件就記無法從法模具型灰腔中取轟出。(2)選擇的貼分型面丈應使壓沒鑄件在針開模后蒼留在動室模。由肆于壓鑄晴模動模胡部分設汁有推出居裝置，疤因此，桌開模后播必須保弓證壓鑄霜件脫出襲定模隨名著動模唇移動。普為了達滅到這一丑點，設腫計時應剩使動模聞部分被堆壓鑄件孫包住的胡成型表傍面多于單定模部徑分。圖7.2軍1中若采立用圖(a)所示分型冷面，由于野壓鑄件凝蠅固冷卻后扯包住定模石型芯的力搬大于包住典動模型芯慌的力，分澡型時壓鑄昂件會留在潤定模而無距法脫出，什若改用圖(b)所示的分邀型面，就午能滿足脫毫出定模型還腔的要求竭。(3)分型面選川擇應保證千壓鑄件的渣尺寸精度似和表面質拘量。同軸懷度要求高雀的壓鑄件吉選擇分型亭面時最好壞把有同軸賢度要求的恒部分放在夸模具的同痛一側。如庭圖7.2當2所示的更壓鑄件剝，兩個桿外圓柱賣面與中衣間小孔椅要求有浩較高的鍬同軸度艱，若采侍用圖(a)的形式，繞型腔分別我在動、定駱模兩塊模潮板上加工騎出來，內(nèi)戚孔分別由犯兩個單支軍點固定的御型芯成型溪，精度不焦易保證；峽而采用圖(b)形式，矛型腔同茶在定模鋤內(nèi)加工爹出，內(nèi)所孔用一嘗個雙支刪點固定族的型芯酬成型，悉精度容阻易保證存。7.4推.2分型面選將擇原則由于分型名面不可避盈免地會使盡壓鑄件表卸面留下合喘模痕跡，輕嚴重的會線產(chǎn)生較厚寄的飛邊，膨因此，通病常不在要坡求光滑的籠表面或帶碎圓弧的轉嚇角處分型挽。如圖7.23所示，若獻采用圖(a)形式會宣影響壓停鑄件外吧觀，而么采用圖(b)形式比旨較合理上。另一背方面，猴與分型象面有關漠的合模艦方向尺羅寸精度始也不易弱保證。趨如圖7.2娃4所示，去若采用善圖(a)所示的分戒型面，10-茄0.0辛39借mm的尺寸新精度難旺以達到來，采用煌圖(b)的形式班，尺寸喪精度就碼較容易怕保證。(4)分型面果應盡量泄設置在榴金屬液譯流動方衣向的末標端。在律確定分緣瑞型面時窮，應與它澆注系續(xù)統(tǒng)的設璃計同時傳考慮。仰為了使恨型腔有籃良好的湖溢流和僵排氣條騰件，分錫型面應蠶盡可能支設置在己金屬液就流動方鏡向的末新端。若顏采用圖7.25批(a)的形式貫，金屬蜂液從中新心澆口牙流入，礎首先封鞋住分型場面，型蘋腔深處傷的氣體辭就不易逝排出；僅而采用凡圖7.2姨5(b廚)的形式，原分型面處蒙最后充填漸，造成了遷良好的排社氣條件。(5)分型面選詳擇應便于奏模具加工殲。分型面轎選擇應考蘋慮模具加惑工工藝的須可行性、右可靠性及