第7章 壓鑄模設計概述

第7章壓鑄模設計概述

2/5/2023第7章壓鑄模設計概述

壓鑄模是進行壓鑄生產的主要工藝設備。壓鑄生產能否順利進行，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。

2/5/2023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2/5/20237.1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2/5/20237.1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。

2/5/20237.1.1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。2/5/20237.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線經(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。2/5/20237.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線2/5/20237.1.1壓鑄機壓力-流量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。2/5/20237.1.1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。2/5/20237.1.1壓鑄機壓力-流量特性曲線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。2/5/20237.1.1壓鑄機壓力-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行調整的。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。2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

2/5/20237.1.2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。2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點

圖7.12不同流量系數(shù)對內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

圖7.13壓射沖頭直徑對內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

圖7.14儲能器壓力對內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

圖7.15調整壓射速度控制閥對內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例：壓鑄機壓射機構尺寸如圖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)為6.37N704.7g，密度為2.7g/cm3，折合壓鑄件的總體積為261cm3。壓鑄件的內澆口截面積An為70mm2，壓鑄時測量的壓鑄機測試曲線如圖7.16所示。試求壓鑄機-壓鑄模體系壓力-流量特性曲線、工作點的壓射比壓和泵出率、流量系數(shù)和內澆口流量。解：沖頭移動的有效距離為(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，環(huán)形側的壓力為1.36MPa，頭側的壓力為2.6MPa。那么，金屬液通過內澆口時所受的力可用頭側的作用力與環(huán)形側的反作用力之差求得，即：頭側：2.6MPa×7854×10-6m2=20.42kN環(huán)形側：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，這個作用力包括壓射時的阻力(即摩擦力)，實際作用在內澆口處的壓力小于此力。壓射時的沖頭速度從圖7.16(c)可以算出為(129÷65)m/s＝1.98m/s。內澆口的流速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2/5/20237.1.2壓鑄模壓力-流量特性曲線和工作點2/5/20237.2壓鑄模設計原則壓鑄模設計應該遵循以下原則：(1) 壓鑄模所成型的壓鑄件應符合幾何形狀、尺寸精度、力學性能和表面質量等技術要求。(2) 模具應適應壓鑄生產的工藝要求。(3) 在保證壓鑄件質量和安全生產的前提下，應采用先進、簡單的結構。壓鑄模應操作簡單、動作可靠、構件有足夠的強度和剛度、裝拆方便、便于維修、使用壽命長。(4) 模具零件加工工藝性好，技術要求合理。(5) 掌握壓鑄機的技術規(guī)范，選用合適的壓鑄機，充分發(fā)揮壓鑄機的生產能力。(6) 在條件許可時，模具盡可能實現(xiàn)標準化、通用化，以縮短設計制造周期，方便管理。2/5/20237.3壓鑄模結構組成壓鑄模由定模和動模兩部分組成。定模固定在壓鑄機定模安裝板上，定模上有形成直澆道的澆口套，澆口套與壓鑄機的噴嘴或壓室相接；動模固定在壓鑄機動模安裝板上，并隨動模安裝板作開合模移動。合模時，動模與定模閉合構成型腔和澆注系統(tǒng)，金屬液在高壓下充滿型腔。開模時，動模與定模分開，借助設在動模上的推出機構將壓鑄件推出。壓鑄模的結構組成較復雜，結構形式多種多樣，圖7.18所示模具為典型壓鑄模的結構組成，根據(jù)模具上各個零件所起的作用，壓鑄模分為以下幾個部分:2/5/20237.3壓鑄模結構組成2/5/20237.3壓鑄模結構組成(1) 成型零件。動定模合攏后構成型腔的零件稱成型零件。成型零件包括固定的和活動的鑲塊和型芯。如圖7.18中的動模鑲塊22、定模鑲塊23、型芯24及側型芯21。(2) 澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是連接模具型腔與壓室，引導金屬液進入型腔的通道。它是由直澆道、橫澆道、內澆口及余料組成的。圖7.18中的澆口套25、澆道鑲塊26等構成澆注系統(tǒng)。(3) 導向零件。導向零件是引導動模開合模時可靠地按一定方向進行運動并確保動定模準確定位的零件。導向零件一般由導柱和導套組成，如圖7.18中的導柱28、導套30。(4) 推出機構。推出機構是指鑄件成型后動、定模分開，把鑄件從模具中推出的裝置。一般情況下，推出機構由推桿、復位桿、推桿固定板、推板以及用于推出機構導向的推板導柱、推板導套等組成。如圖7.18中零件4、5、3、10、9及6、7。(5) 抽芯機構。鑄件的側面有凹凸或孔穴時，需要用側型芯來成型。在鑄件脫模之前，必須先將側型芯從鑄件中抽出，這個使側型芯移動的機構稱為抽芯機構或側向抽芯機構。抽芯機構的形式很多，圖7.18所示的模具為斜導柱抽芯機構，由斜導柱18、滑塊17、楔緊塊16、擋塊12、彈簧15、螺桿14等組成，由斜導柱驅動側型芯移動，完成側向抽芯。(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計的溢料槽和排氣槽，其作用是排除型腔中的氣體、涂料殘渣以及冷污金屬液。溢料槽的設置要與澆注系統(tǒng)相配合，以便更好發(fā)揮作用，一般開設在成型零件上，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量，模具常設置冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)一般是在模具上開設冷卻水道。(8) 模體。模體包括定模座板、定模套板、動模座板、動模套板、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，壓鑄模內還有緊固用的螺釘、圓柱銷等。2/5/20237.4分型面設計7.4.1分型面的形式7.4.2分型面選擇原則2/5/20237.4分型面設計分型面的確定是模具設計中的第一個程序。將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或兩個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能夠取出壓鑄件及澆注系統(tǒng)，成型時又必須緊密接觸，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，就用“←|→”表示；若一方不動另一方移動，則用“←|”表示，“|”表示分型面位置，箭頭指向移動方向。假如一副壓鑄模上有多個分型面，就按分開的先后次序標出“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動、定模安裝板平面。如圖7.19(a)所示。(2) 傾斜分型面。分型面與壓鑄機動、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)。整個分型面不在同一平面上，由幾個階梯(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成，如圖7.19(d)所示。(5) 直分型面。分型面垂直壓鑄機動、定模安裝板平面。如圖7.19(e)所示有兩個分型面，分型面A與動、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

模具設計中要劃分動、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。(b)是型腔分別布置在動模和定模內。(c)則是型腔全部處于動模內。2/5/20237.4.2分型面選擇原則

對壓鑄件而言，主要問題是如何進行分割，確定動、定模中各容納壓鑄件的哪些部分，它的哪個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、模具的結構、壓鑄件的精度等有密切關系。選擇分型面應符合以下原則：(1) 分型面應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) 選擇的分型面應使壓鑄件在開模后留在動模。由于壓鑄模動模部分設有推出裝置，因此，開模后必須保證壓鑄件脫出定模隨著動模移動。為了達到這一點，設計時應使動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模型芯的力，分型時壓鑄件會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) 分型面選擇應保證壓鑄件的尺寸精度和表面質量。同軸度要求高的壓鑄件選擇分型面時最好把有同軸度要求的部分放在模具的同一側。如圖7.22所示的壓鑄件，兩個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、定模兩塊模板上加工出來，內孔分別由兩個單支點固定的型芯成型，精度不易保證；而采用圖(b)形式，型腔同在定模內加工出，內孔用一個雙支點固定的型芯成型，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使壓鑄件表面留下合模痕跡，嚴重的會產生較厚的飛邊，因此，通常不在要求光滑的表面或帶圓弧的轉角處分型。如圖7.23所示，若采用圖(a)形式會影響壓鑄件外觀，而采用圖(b)形式比較合理。另一方面，與分型面有關的合模方向尺寸精度也