鋁合金殼體壓鑄模具設計范文

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摘要：

本文先對鋁合金殼體的結構及壓鑄工藝進行分析，并用UG軟件完成鋁合金殼體壓鑄模設計。經實踐驗證，所設計的壓鑄合理，所得到的鑄件表面光潔，產品質量符合要求。

關鍵詞：

壓鑄模具；三維設計；UG；工藝設計

1鋁合金后殼悶蓋壓鑄件結構與工藝分析

1.1壓鑄件結構從圖1中可看出，該后殼悶蓋鑄件結構比較簡單，鑄件壁厚基本均勻，存在兩個鑄出孔，但是因為鑄出孔的壁略厚，熱節很容易出現，該壓鑄件整體壁厚較為均勻，壁厚選擇時應綜合考量多種因素：壓鑄件結構、材料性能以及所設計的壓鑄工藝等，只有采用薄壁或者均勻的壁厚才能要符合各個方面的需求。

1.2鑄件外側邊緣的最小壁厚良好的鑄件成形條件，要求保持一定的外側邊緣壁厚，邊緣壁厚s與深度h的關系為s≥(1/4～1/3)hmm。當h＜4.5mm時，則s≥1.5mm。

1.3壓鑄材料該壓鑄件材質為壓鑄鋁合金，其牌號為YZAlSi9Cu4，抗拉強度為240MPa，布氏硬度85HBS，平均收縮率為0.6%。所選合金引起鑄造性能良好，特別適合于壓鑄。

1.4鑄造圓角半徑為了使金屬液流動更流暢，且很容易氣體排出，結構中設計使用鑄造圓角，且利用圓角來替代結構銳角還可以避免產生裂紋。所設計的結構圓角的半徑值取決于結構壁厚值，范圍一般為0.5～1mm。

1.5脫模斜度選取脫模斜度要綜合考量多種因素：鑄件幾何形狀（深度、壁厚、型腔或型芯表面）、粗糙度、加工紋路方向等。考量上述各因素，所設計鑄件的殼體脫模斜度：外表面的α=30′，而其內表面的β=1°。

2壓鑄工藝參數設計

2.1壓鑄機選擇選擇壓鑄機必須先確定鎖模力。鎖模力作用有二：一個是用來平衡反壓力，以達到鎖緊分型面的目的；一個是用來阻止飛濺的金屬液，以達到獲得目標尺寸精度的目的。設計的鑄件不存在分脹型力，因為此模具是沒有側抽芯的（壓鑄件無側孔與側凹）。因此F鎖≥KF主=1.25×1288.352=1610.44kN根據上述計算得到鎖模力的值還有鑄件重量，根據這兩個主要因素進行壓鑄機選擇，最后選用機型為：臥式冷室壓鑄機（2500kN）———J1125型，主要參數：①最大金屬澆注量———3.2Kg，②模具厚度———250~650mm，③動模座板行程———400mm，④壓射力———143~280kN。

2.2壓鑄壓力壓鑄工藝中壓鑄壓力是主要參數之一，因此掌握液態金屬在壓鑄過程中上的壓力變化情況，對壓鑄過程中各階段的壓力進行合理控制，具有重要意義：①獲得合格鑄件———致密的組織，清晰的輪廓；②初算壓射比壓———根據所選壓射力計算。壓射比壓還與模具型腔空間、鑄件壁厚、金屬液流程等因素相關，結合所設計模具的具體參數，以及初算值，此壓鑄模的壓射比壓最終定為90MPa。

2.3壓鑄速度壓鑄速度的選擇有以下兩方面：壓射速度選擇和充型速度選擇。兩種速度的選擇至關重要，其直接決定了鑄件內在外在的質量及輪廓清晰度等。選擇充型速度時考慮因素：①鑄件的大小、②鑄件結構的復雜程度、③鑄件所選合金的種類、④壓射比壓的高低。具體選擇：①充型較容易的———壁厚簡單或有較高的內部質量要求的鑄件，選擇：低速、高比壓、大澆口；②需要快速充型———復雜薄壁或有較高的表面質量要求的鑄件，選擇：高速，高比壓。綜合考量，根據本壓鑄件的具體特點———結構較簡單，選擇中速，范圍為20～90m/s。

2.4壓鑄時間確定壓鑄時間，其由三部分所需時間組成：充型時間、持壓時間及壓鑄件在壓鑄模具中停留的時間。幾種因素綜合作用產生了這種結果：壓力、速度、溫度、金屬液特征，以及鑄件結構（主要是壁厚和體積）和模具結構（特別是澆注系統和排溢系統）等因素。充型時間大多在0.01～0.2s之間。其長短由鑄件的大小以及結構的復雜程度決定：結構簡單體積大的鑄件，需要相對長些的充型時間；結構較復雜和壁厚較小的鑄件，所需時間短。經實踐檢驗，充型時間定為0.2s左右，對于本文設計的中小型鋁合金壓鑄件是比較合理的。持壓時間作用是：壓射沖頭有足夠的時間對未凝固的金屬施壓，使得結晶過程可以在壓力下進行，增強補縮，成功獲得致密組織。影響時間長短的因素：所選合金熔點、結晶溫度范圍和鑄件壁厚等。熔點高、范圍大、壁厚大的鑄件所需時間較長，2～3s；當所確定時間過短，則縮松現象會出現，但并不是持壓時間延長就能起到顯著的效果。1～2s為一般持壓時間范圍。本設計中鑄件的平均壁厚為3mm、考慮其結構以及合金性質，選擇3s作為持壓時間。

2.5壓鑄溫度保證合格鑄件的主要工藝參數———金屬液的澆注溫度以及模具的工作溫度，影響它的因素有許多：鑄件的結構、壁厚、充型的壓力、速度以及合金種類等。需要通過綜合考量上述參數，保證壓鑄溫度穩定處于合理范圍內，提供良好的充型條件。澆注溫度不在合理的范圍內會造成產品質量下降甚至不合格：①過高的澆注溫度———冷卻時會造成過大的收縮，產品易形成裂紋，產生較粗大的晶粒，較差的力學性能，甚至造成粘模，降低模具壽命；②過低的澆注溫度———造成缺陷包括冷隔、表面花紋和澆注不足等。為了獲得合格鑄件，除了需要考慮澆注溫度外，還應該同時考慮壓力、壓鑄模具溫度、充型速度以及鑄件所選合金。本壓鑄件選用鋁硅合金，根據其流動性及模具特性，選定620℃作為壓鑄溫度。

3后殼悶蓋壓鑄件模具結構設計

3.1分型面的確定該零件結構簡單，按分型面選取原則，應選擇最大投影截面處，如圖2所示分型面。

3.2澆注系統的設計澆注系統由四部分組成：①直澆道、②橫澆道、③內澆口、④冷料穴。具體設計：①整體式壓室———壓室與澆口套的連接方式；②橫澆道的截面形狀———扁梯形；③內澆口———環型側澆口；④側澆口———布置在鑄件的分型面上；⑤一模四腔，圖3為具體結構形式。

3.3溢流槽與排氣系統設計對溢流槽進行結構設計，綜合考量各種因素選擇的截面形狀為梯形（圖4）。合理的結構具有以下作用：①改善模具的熱平衡狀態———調節模具各處的溫度，減少鑄件出現流痕、冷隔和澆不足的現象，轉移縮孔、縮松、渦流裹氣；②排出型腔中的氣體———配合排氣槽迅速排氣；③儲存冷污金屬液———涂料殘渣和氣體的混合體。

3.4頂出系統的設計在壓鑄過程中，一個完整的成形周期結束后需要開模取壓鑄件，會在凸模一側發現被包裹著的壓鑄件，需要將其取下，此任務需要附加一種頂件機構來執行。模具結構設計中頂出系統占有重要地位，構成頂出系統主要有三部分：①頂出、②復位、③導向。本套模具采用兩種頂桿頂出機構，分別用于鑄件頂出和澆道頂出，頂桿直徑分別為6mm和8mm。在系統中設計限位裝置：①限位塊、②復位桿，用以提高機構的復位精度以及防止機構部件運動過程中行程超限。

3.5成型零件尺寸計算

3.5.1型腔與型芯尺寸:

3.5.2計算中心距離、位置尺寸：式中:L'-成型部分的中心距離、位置的平均尺寸（mm）；L-壓鑄件中心距離、位置的平均尺寸（mm）。

3.6冷卻系統的設計選擇高效、易控制的模具冷卻方法———水冷，用以獲得高質量鑄件和長的模具使用壽命。水冷的冷卻效果取決于冷卻水道的布局，將其布置在型腔內：①溫度最高、②熱量比較集中、③模具下面、④操作者的對面一側。為了提高輸水膠管安裝便利性，要求統一水道的外徑幾何尺寸。其結構布置見圖5所示。

3.7壓鑄模總裝圖作出后殼悶蓋壓鑄模具的總裝配圖（圖6）。壓鑄模由兩部分組成：定模、動模。定模靜止不動，位于定模板上，動模隨著隨動板移動，位于隨動模固定板上，通過動模相對于動模的運動實現合模、開模。①合模：二者閉合形成型腔，高壓下使用澆注系統用金屬液對型腔進行充填；②開模：保壓后二者分離，推出機構完成從型腔中推出產品的任務。

4結束語

本文采用UG軟件對后殼悶蓋零件進行實體造型，并完成了后殼悶蓋零件的工藝性分析、壓鑄工藝參數及模具結構設計，型腔的受以下幾種因素限制：制造、工藝及生產效率等，綜合考量上述各因素，定為比較合理的一模四腔布局。經實踐生產表明，選擇90MPa的壓鑄比壓，在20～90m/s范圍內選擇壓鑄速度，0.2s的鑄時間，3s的持壓時間，620℃的壓鑄溫度，所得到的后殼悶蓋件具有光潔表面，滿足產品質量要求。

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作者：邵桂陽 姜峰 張志浩 朱東升 單位：長春師范大學 工程學院 吉林化工學院 材料成型系