第10章課件壓鑄模總體設(shè)計

第10章壓鑄?？傮w設(shè)計10.1模體的基本類型10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計10.3壓鑄模的冷卻10.4壓鑄模模體的常用材料10.5壓鑄模典型實例10.1模體的基本類型1.不通孔的二板式結(jié)構(gòu)定模板2和動模板6由整體形成，如圖10-1所示。成形的定模鑲塊1和動模鑲塊5分別鑲嵌在定模板和動模板的盲孔套內(nèi)，用螺栓緊固。模體由兩組模板組成。開模時，由主分型面分型。推桿7推出壓鑄件，復位桿8復位。2.通孔的二板式結(jié)構(gòu)定模部分和動模部分分別由定模座板1、定模板3和動模板5、支承板8組成。成形的定模鑲塊2和動模鑲塊4分別裝入定模板3和動模板5的通孔模套內(nèi)，用螺栓壓緊。開模時，由主分型面分型，推桿10推出壓鑄件，復位桿9復位，如圖10-2所示。下一頁返回10.1模體的基本類型3.帶卸料板的結(jié)構(gòu)如圖10-3所示，帶卸料板的結(jié)構(gòu)是在二板式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增設(shè)推出壓鑄件的卸料板5。動模部分由卸料板5、動模板8和支承板9組成。開模時，首先從主分型面分型，使壓鑄件脫離型腔后，推板16推動卸料推桿10、卸料板5以及推桿11共同作用，使壓鑄件脫模。合模時，定模板推動卸料板及卸料推桿帶動推出機構(gòu)復位，不必另設(shè)復位桿。卸料板由于推出力均衡，壓鑄件在脫模時不易變形，是薄壁壓鑄件常用的脫模形式。上一頁下一頁返回10.1模體的基本類型4.二次分型的三板式結(jié)構(gòu)在臥式壓鑄機上采用中心澆口時，為取出澆口余料，必須設(shè)置可移動的模板，如圖10-4所示。即在主分型面分型前，模具從輔助分型面Ⅰ處分型。壓鑄件包緊力在壓射沖頭送料的推力作用下，定模板5與澆口余料一起與動模板移動。繼續(xù)開模，限位桿20阻止定模板的移動而拉斷澆口余料（或采用其他切料機械切斷余料）。從主分型面Ⅱ處分型，并使壓鑄件脫模。為支承定模板5，應(yīng)設(shè)置定模導柱2。5.多次分型的多板結(jié)構(gòu)當一次分型不能使壓鑄件完全脫模時，應(yīng)采取二次分型或多次分型的結(jié)構(gòu)形式。圖10-5

所示為采用三次分型的結(jié)構(gòu)形式，增加了型腔板9和11兩塊可移動的模板，形成分型面Ⅰ和分型面Ⅱ兩個輔助分型面和主分型面Ⅲ。上一頁下一頁返回10.1模體的基本類型為了限制分型面Ⅰ和分型面Ⅱ的分型距離，達到定距分型的效果，還分別設(shè)置了限位桿1和13，以及對各模板分別導向的動模導柱5和定模導柱8。這種結(jié)構(gòu)有時還應(yīng)設(shè)置順序分型脫模機構(gòu)，按先后順序，按一定的定距程序分型。上一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計10.2.1動、定模套板的邊框厚度動、定模套板一般受拉伸、彎曲、壓縮3種應(yīng)力，變形后會影響型腔的尺寸精度。因此，在考慮套板的尺寸時，應(yīng)兼顧模具結(jié)構(gòu)與壓鑄工藝。1.圓形套板邊框厚度的尺寸計算圓形套板分為不通式和穿通式兩種，如圖10-6所示。圖10-6（a）為套板不通的形式，圖10-6（b）為套板穿通的形式。下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計型腔不通式套板的厚度可按下式計算型腔穿通式套板的厚度可按下式計算上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計受力時彈性變形量δ按下式計算各式中S——套板邊框厚度，mm；p——壓射比壓，MPa；

［σ］——許用抗拉強度，45號鋼調(diào)質(zhì)后取80～100MPa；

E——材料的彈性模量，取2×105MPa；D——型腔直徑，mm；H1——型腔深度，mm；H——套板厚度，mm；

δ——受力后彈性變形量，mm。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計2.矩形套板邊框厚度的尺寸計算矩形套板如圖10-7所示，其邊框厚度可按下式計算式中F1——邊框長側(cè)面受的總壓力，F(xiàn)1=pL1H1，N；F2——邊框短側(cè)面受的總壓力，F(xiàn)2=pL2H1，N；L1——型腔長側(cè)面的長度，mm；L2——型腔短側(cè)面的長度，mm。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計3.套板厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)動、定模套板邊框厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)推薦值可如表10-1所示。10.2.2動模支承板的厚度1.動模支承板厚度的計算動模支承板的受力情況如圖10-8所示。支承板的厚度可按下式計算上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計式中h——

動模支承板的厚度，mm；F——動模支承板所受的總壓力，N，F(xiàn)=pA，其中p為壓射比壓，MPa，A為壓鑄件、澆注系統(tǒng)和溢流槽在分型面上不重合的投影面積之和，mm2；L——墊塊間距，mm；B——動模支承板的長度，mm；［σw］——鋼材的許用彎曲強度，MPa，正火態(tài)45號鋼，［σw］取92MPa。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計2.動模支承板厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)動模支承板厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)是按支承板所受總壓力的大小選取的，具體推薦值如表10-2所示。3.動模支承板的加強當壓鑄件、溢流槽及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積較大而墊塊的間距L較長或動模支承板厚度h較小時，為了加強支承板的剛度，可在支承板和動模座板之間設(shè)置與墊塊等高的支柱；也可以借助于推板上的導柱加強對支承板的支撐作用，如圖10-9所示。

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10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計10.2.3定模座板的設(shè)計定模座板與定模套板構(gòu)成了壓鑄模定模部分的模體，由于定模座板與壓鑄機的固定模板大面積接觸，故一般不作強度計算。臥式壓鑄機用定模座板，其厚度H可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取，如表10-3所示。表10-3還列出了不同型號的壓鑄機用的定模座板與壓室的配合孔直徑D和配合深度h的尺寸與公差。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計10.2.4動模模座的設(shè)計

動模座板與墊塊組成動模的模座。模座與動模套板、動模支承板及推出機構(gòu)組成了動模部分的模體。壓鑄時，動模部分模體通過動模座板連接固定在壓鑄機的移動模板上，因此動模座板上也必須留出安裝壓板或緊固螺釘?shù)奈恢?。上一頁下一頁返?/p>

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計小型壓鑄模的模座一般采用圖10-10（a）所示的形式，墊塊與動模座板的平面接觸，用螺釘連接和用銷釘定位；小型壓鑄模的模座有時也設(shè)計成支架式模座，如圖10-10（b）所示，這種結(jié)構(gòu)制造方便、重量輕、省材料；對于中型壓鑄模，常常將墊塊部分鑲?cè)雱幽Ｗ搴蛣幽ＶС邪鍍?nèi)，如圖10-10（c）所示；大型壓鑄模的動模座板和墊塊合為一個整體，采用鑄造方法成形，如圖10-10（d）所示。模座通常采用鑄鋼或球墨鑄鐵，這樣既減少了零件數(shù)，提高了模具的剛性，又節(jié)省了原材料。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計10.2.5合模導向機構(gòu)的設(shè)計1.導柱和導套的結(jié)構(gòu)（1）導柱的結(jié)構(gòu)。壓鑄模導柱的典型結(jié)構(gòu)按照國家標準分為A型（帶頭導柱）和B型（有肩導柱）兩種。圖10-11（a）為A型導柱，固定部分的直徑d1與導向部分的直徑d基本尺寸相同，只是偏差值不同；圖10-11（b）為B型導柱，固定部分的直徑d1比導向部分的直徑d大，且其大小和與之相配用的導套外徑一致，這樣可使導柱和導套的安裝固定孔大小一致，以便兩孔同時加工，保證它們的同軸度。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計（2）導柱的固定。為了取件的方便，壓鑄模的導柱一般固定在定模部分。如果模具采用推件板脫模，導柱必須安裝在動模部分；而臥式壓鑄機采用中心澆口的模具，則導柱必須安裝在定模座板上；若臥式壓鑄機采用中心澆口模具的同時又采用推件板脫模，則在模具的動、定模部分都要設(shè)置導柱。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計（3）導柱的尺寸。當導柱為4根時，導向部分的直徑按下面的經(jīng)驗公式選擇式中d——

導柱導向部分的直徑尺寸，cm；A——模具分型面的表面積，cm2；k——系數(shù)，一般在0.07～0.09內(nèi)選取，當A>2000cm2時，k取0.07，當A=400～2000cm2時，k取0.08，當A<400cm2時，k取0.09。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計（4）導套的結(jié)構(gòu)。導套的結(jié)構(gòu)按照國家標準分為A型（直導套）和B型（帶頭導套）兩種。圖10-12（a）為A型導套，它主要用于動、定模套板較厚或套板后面無支承板或定模座板的情況，常安裝在推件板內(nèi)；圖10-12（b）為B型導套，它通常用于動、定模套板后面有動模支承板或定模座板的場合。（5）導柱與導套的技術(shù)要求。導柱和導套通常都可采用20號鋼表面滲碳處理或采用T18、T10鋼進行淬火處理。導柱應(yīng)有良好的韌性和抗彎強度，其工作表面應(yīng)有較高的硬度且耐磨，熱處理硬度一般為52～56HRC。導套的表面硬度應(yīng)比導柱略低，便于磨損后更換導套。導套有時也可用銅合金等耐磨材料制造。導柱和導套的固定部分的表面粗糙度Ra為0.8μm；導向部分的表面粗糙度Ra為0.4～0.8μm。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計2.導柱與導套的配合導柱與導套的配合如圖10-13所示。圖10-13（a）為B型導柱與B型導套相配合的形式；圖10-13（b）為A型導柱與B型導套相配合的形式；圖10-13（c）為A型導柱與A型導套相配合的形式；圖10-13（d）為B型導柱與A型導套相配合的形式。上一頁下一頁返回

10.2結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計3.導柱的布置壓鑄模的外形通常是矩形，個別也有圓形的。除了很小的壓鑄模可設(shè)置2根導柱外，矩形壓鑄模一般設(shè)置4根導柱，如圖10-14（a）所示，通常都布置在套板的4個角上。為了防止裝配或合模時搞錯方位，也可將其中一根導柱作不等距布置。圓形的壓鑄模一般可設(shè)置3根導柱，如圖10-14（b）所示，其分布的角度可以略微不等。上一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻10.3.1壓鑄模的冷卻方法壓鑄模的冷卻方法主要有風冷和水冷兩種。1.風冷風冷冷卻的風力通常來自鼓風機或壓縮空氣。冷卻的方法是將壓縮空氣對準壓鑄模動模和定模的成形部分進行反復噴吹，以使模具的熱量盡快散發(fā)到空氣中，從而降低模具的溫度。由于不需要在模具內(nèi)部設(shè)置冷卻回路，因此模具的結(jié)構(gòu)大為簡化。下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻2.水冷水冷是指在模具內(nèi)開設(shè)冷卻水通道，將冷卻水循環(huán)通入成形鑲塊或型芯內(nèi)，從而實現(xiàn)冷卻。水冷速度比風冷速度快得多，因此能有效地提高生產(chǎn)效率。一般可以通過測定進水口和出水口的溫度以及模具型腔或型芯的表面溫度來控制冷卻水的流量，從而調(diào)節(jié)冷卻效率，以達到壓鑄生產(chǎn)工藝的要求，所以在壓鑄過程中水冷是可以實現(xiàn)自動化的。

水冷法的冷卻介質(zhì)除了主要用水外，還可采用其他一些冷卻介質(zhì)以提高冷卻效果，這些冷卻介質(zhì)如表10-4所示。除了風冷和水冷外，國外還廣泛地采用熱管冷卻。熱管是一種密封的利用液體的蒸發(fā)與冷凝原理和毛細管現(xiàn)象來傳遞熱量所設(shè)計的管狀傳熱元件，如圖10-15

所示。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻10.3.2冷卻通道的設(shè)計計算1.需要用冷卻水傳走的模具熱量

根據(jù)能量守恒定律，壓鑄模在每個循環(huán)的正常工作中，熔融金屬傳給模具的熱量、模具傳走的熱量以及冷卻系統(tǒng)傳走的熱量應(yīng)保持平衡。熱平衡的表達式為Q=Q1+Q2+Qw（10-7）式中Q——單位時間內(nèi)熔融金屬傳給模具的熱量，kJ／h；Q——單位時間內(nèi)模具通過自然對流和向周圍輻射傳走的熱量，kJ／h；Q2——單位時間內(nèi)通過壓鑄機上的特定部位傳走的熱量，kJ／h，特定部位指模具的動、定模座板與壓鑄機的移動模板和固定模板的接觸部位，以及壓鑄模和壓鑄機上原來常設(shè)冷卻通道的部位，如澆口套、分流錐、噴嘴、壓室、壓射沖頭等；Qw——單位時間內(nèi)需要用冷卻水傳走的熱量，kJ／h。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻因此，需要用冷卻水傳走的熱量為Qw=Q-Q1-Q2

（10-8）（1）熔融金屬傳給模具的熱量單位時間內(nèi)熔融金屬傳給模具的熱量Q可按下式計算Q=nmq（10-9）式中n——每小時壓鑄的次數(shù)，次／h；m——每次壓鑄的合金量，kg／次；q——單位質(zhì)量合金液的凝固熱量，kJ／kg，如表10-5所示。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻（2）模具通過自然對流和向周圍輻射所傳走的熱量單位時間內(nèi)模具通過自然對流和向周圍輻射所傳走的熱量Q1可用下式進行估算Q1=Φ1A1

（10-10）式中Φ1——模具自然對流和向周圍輻射傳熱的熱流密度，kJ／（h·m2），其值如表10-6所示；A1——模具總的表面積，m2。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻（3）壓鑄機上特定部位傳走的熱量。①通過動、定模座板傳導給壓鑄機的熱量。單位時間內(nèi)通過動、定模座板與壓鑄機模板的安裝接觸面?zhèn)鹘o壓鑄機的熱量可用下式計算式中Q′2——單位時間內(nèi)模具傳給壓鑄機移動模板和固定模板的熱量，kJ／h；h2——模具與壓鑄機移動模板和固定模板之間的傳熱系數(shù)，W／（m2·℃），其值與動、定模座板的材料有關(guān)，采用碳素鋼時可取140W／（m2·℃），；A2——動、定模座板與壓鑄機移動模板及固定模板之間安裝的接觸面積，m2；θm——模具的平均溫度，℃；θr——室溫，℃。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻②由壓射沖頭等傳走的熱量。單位時間內(nèi)由壓鑄機的壓射沖頭等傳走的熱量Q”2可以通過實際測量而定。③由分流錐、澆口套、噴嘴和壓室等部位傳走的熱量單位時間由上述幾部分傳走的熱量可由下式進行估算式中

——單位時間內(nèi)每個特定部位傳走的熱量，kJ／h；Φ2——特定部位冷卻傳熱的熱流密度，kJ／（h·m2），如表10-7所示；AL0——特定部位冷卻通道的總表面積，m2。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻2.冷卻通道的設(shè)計知道了需要用冷卻水傳走的模具熱量Qw后，就可計算出總的冷卻通道表面積（熱傳導面積），然后再根據(jù)模具的具體情況確定冷卻水道的直徑和冷卻水道的長度。（1）冷卻水道的總表面積的計算根據(jù)牛頓冷卻定律，用水流冷卻模具時需用的熱傳導面積（即冷卻水道表壁的面積）為式中Aw——熱傳導面積，m2；hw——冷卻水對其通道表壁的傳熱系數(shù)，W／（m2·℃）；Δθ——熱傳導面的平均溫度與冷卻水平均溫度的差值，℃，其中冷卻水的平均溫度為冷卻水在進口處和出口處溫度的平均值。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻當冷卻水在圓形斷面直管中呈紊流狀態(tài)時，模具材料與冷卻水之間為穩(wěn)定換熱，則式中λw——冷卻水的導熱系數(shù)，W／（m·℃）；dw——冷卻水道的直徑，m；g——重力加速度，m／s2；v——冷卻水的速度，m／s；ρw——冷卻水的平均密度，kg/m3；μw——冷卻水的平均黏度，Pa·s；Cpw——冷卻水的平均比熱容，J/（kg·℃）。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻（2）冷卻水道直徑和長度的計算如果熱傳導面積Aw和冷卻水道直徑dw均已確定，則冷卻水道的總長度Lw為至于實際壓鑄模的冷卻水通道直徑是否變化，每一通道的長度是否一致，可視具體的模具而定。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻10.3.3冷卻系統(tǒng)的布置1.冷卻通道的設(shè)計要點

在設(shè)計冷卻水通道時應(yīng)注意以下幾點。

（1）冷卻水道要求布置在型腔內(nèi)溫度最高、熱量比較集中的區(qū)域，流道要通暢，無堵塞現(xiàn)象。

（2）冷卻水道至型腔表面的距離應(yīng)盡量相等，水道壁離型腔表面的距離一般取12～15mm。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻（3）冷卻水道孔的直徑一般取8～16mm，視壓鑄件大小和壁厚而定。

（4）為了使模溫盡量均勻，設(shè)計冷卻水道時，應(yīng)考慮使水道出、入口的溫差盡量小。

（5）冷卻水道通過兩塊或多塊模板或零件時，要求采取密封的措施，防止泄漏。通常采用橡膠密封圈或橡膠密封片進行密封。

（6）水管接頭應(yīng)盡可能設(shè)置在模具的下方或操作者的對面一側(cè)，其外徑尺寸應(yīng)統(tǒng)一，以便接裝輸水的橡皮膠管。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻2.冷卻系統(tǒng)的布置形式（1）淺型腔壓鑄件模具的冷卻。淺型腔的壓鑄件模具，通常采用在動、定模兩側(cè)與型腔表面等距離鉆冷卻水孔的形式，如圖10-16所示。

（2）中等深度型腔的壓鑄件模具的冷卻。中等深度型腔的壓鑄件模具，在凹模底部附近采用與型腔表面等距離鉆孔的形式，而在型芯中，由于容易儲存熱量，所以按型芯形狀銑出矩形截面的冷卻水槽進行冷卻，如圖10-17（a）所示；中等深度的大、中型型腔壓鑄件模具的冷卻，也可采用如圖10-17（b）所示的形式進行冷卻。上一頁下一頁返回

10.3壓鑄模的冷卻（3）大型深型腔壓鑄件模具的冷卻。深型腔模具的冷卻最困難的是凸模的冷卻。圖10-18所示為深型腔模具，凸模和凹模均采用螺旋槽冷卻水道進行冷卻。（4）細長型芯的冷卻水道。在細長型芯上開設(shè)冷卻水道是十分困難的。對于細小的型芯，可以采用間接冷卻的方式進行冷卻，如圖10-19（a）所示。冷卻水噴射在鈹青銅制成的細小型芯的后端，靠鈹青銅良好的導熱性能對其進行冷卻；當壓鑄件上的內(nèi)孔相對較大時，可采用噴射式冷卻，如圖10-19（b）所示，型芯雖然長，但是可在型芯中部開一個盲孔，盲孔中插入一根管子，冷卻水經(jīng)管子噴到澆口附近的盲孔底部，然后經(jīng)管子與型芯的間隙從出口處流出，使水流對型芯發(fā)揮冷卻作用。（5）澆口套與分流錐的冷卻。澆口套冷卻水道的結(jié)構(gòu)如圖10-20所示，在澆口套上車出螺旋槽水道，而在其兩端車出密封圈槽。分流錐冷卻水道的結(jié)構(gòu)可參考圖10-19（b）進行設(shè)計。上一頁返回

10.4壓鑄模模體的常用材料除成形零件外，模體的常用材料應(yīng)能保證模體的強度、剛度要求和在壓鑄過程中不產(chǎn)生不允許的變形。模體的常用材料及熱處理要求如表10-8所示。返回

10.5壓鑄模典型實例1.夾板壓鑄模夾板壓鑄模如圖10-21所示，該模具采用推桿推出機構(gòu)，定模鑲塊9和動模鑲塊13組成模具型腔。由于型芯6的成型側(cè)面帶有15度的斜度，保證了開模后壓鑄件能留在動模，隨動模后移，并被推出機構(gòu)推出。夾板及澆注系統(tǒng)如圖10-22所示，采用側(cè)澆口進料，充填效果較好。下一頁返回

10.5壓鑄模典型實例2.支架壓鑄模支架壓鑄模如圖10-2