【正文】 ..................................................................................... 39 生產(chǎn)周期 39 模具價(jià)格計(jì)算 39 影響價(jià)格的因素 39 材料費(fèi) 39 工時(shí)工資 40 其他費(fèi)用 40 11 結(jié)論 ......................................................................................................................................... 41 致謝 ............................................................................................................................................... 41 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 43 1 1 前言 壓鑄的概念 壓鑄，換個(gè)詞來(lái)說(shuō)就是 壓力鑄 造 ， 其實(shí) 是指在高壓 力、高速條件下將熔融 的合金 液體充填到模具型腔內(nèi)，然后快速冷卻，從而實(shí)現(xiàn)成型的一種精密 的鑄造方法。其高溫力學(xué)性能很好，在低溫下工作的同時(shí)保持的良好的力學(xué)性能，尤其是韌性，耐久性好、適用范圍廣。故鋁合金應(yīng)在冷室壓鑄機(jī)上 進(jìn)行 壓鑄 [1]。本文主要從鋁合金壓鑄，特別是在真空壓鑄 這一 方面來(lái)介紹工業(yè)生產(chǎn)的圓形電機(jī)蓋的模具設(shè)計(jì)與制造。 （ 3）從鑄型型腔抽出空氣，顯著地降低了充填反壓力，并可在提高強(qiáng)度的條件下采用較低的比壓（較常用的比壓約低 10％～ 15％）壓鑄出較薄的鑄件，使鑄件壁厚減小25％～ 50％。 真空壓鑄的缺點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn)： （ 1） 模具密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造及安裝較困難，因而成本較高 。同時(shí) ， 在壓鑄過(guò)程中系統(tǒng)會(huì) 自動(dòng) 化地 監(jiān)測(cè)模具型腔中的真空度、真空抽氣管路的堵塞情況 ， 以確保高真空壓鑄生產(chǎn)的可靠性和穩(wěn)定性。 真空壓鑄在 本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 目前，真空壓鑄主要用于生產(chǎn)要求耐壓、機(jī)械強(qiáng)度高、尤其是要求熱處理的高質(zhì)量零件，如傳動(dòng)箱體、汽缸體等重要而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件。 3 通過(guò)查閱相關(guān)資料設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，考慮使用 CAE 軟件 Flow3D 來(lái)確定最佳的澆注方案 ，觀察排氣點(diǎn)，引出排氣通道， 并由此設(shè)計(jì)排溢系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用多指標(biāo)綜合加權(quán)評(píng)分法分析，在最佳試驗(yàn)范圍內(nèi)獲得最佳成型工藝參數(shù)組合，并且 在氣流終點(diǎn)利用真空閥進(jìn)行抽真空，設(shè)計(jì)時(shí)把真空閥裝置安裝在模具的側(cè)邊，采用機(jī)械真空閥控制其的關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)真空閥工作的排氣功能，使產(chǎn)品的表面質(zhì)量和性能達(dá)到一定的要求。 零件材料分析 選取常見鋁合金： ADC12 作為壓鑄材料。此外還有較好的耐腐蝕性、導(dǎo)熱性 、良好的力學(xué)性能 以及較低的熱膨脹性，適合壓鑄大型、薄壁、復(fù)雜及有密封性要求的壓鑄件，如液壓泵殼體、箱蓋、缸體等 。 因此，分型面的選擇對(duì)壓鑄模的結(jié)構(gòu)合理性和制造難易程度，對(duì)壓鑄生產(chǎn)的高效和可靠性和對(duì)操作的方便和安全性等等都起著關(guān)鍵的、決定性的影響。 （ 3） 分型面的選擇應(yīng) 有利于澆注 和排溢 系統(tǒng) 的布置和排氣。 考慮到 本電機(jī)蓋壁厚不均勻，且電機(jī)蓋上下端圓形開口處都存在圓弧結(jié)構(gòu)，還有澆注系統(tǒng)的布置，因此本壓鑄件有上下兩個(gè)分型面，分型方案如圖 31 所示 ，箭頭方向?yàn)楣ぜ敵龇较?。在整個(gè)壓鑄模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中 ， 壓鑄機(jī)的選用非常關(guān)鍵 ，所以，熟 知 壓鑄機(jī)的特點(diǎn)、技術(shù)規(guī)格，才能 選擇合適的壓鑄機(jī)從而 保證壓鑄生產(chǎn)的 順利 進(jìn)行 [9]。 6 本 鑄件 的 材料為鋁硅合金， 結(jié)合鑄件的成型要求及上述壓鑄機(jī)的選擇條件 ， 決定 選用臥室 冷室壓鑄機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。 鋁合金的壓射比壓范圍 如表 31所示。一般應(yīng)遵循的原則：對(duì)于厚壁或者內(nèi)部質(zhì)量要求較高的鑄件應(yīng)選擇較低的充填速度，對(duì)于薄壁或者表面質(zhì) 7 量要求高的鑄件以及復(fù)雜的鑄件應(yīng)選擇較高的充填速度 [10]。 （ 1）澆注溫度。 （ 2） 壓鑄模具工作溫度。 . 表 35 推薦的壓鑄模具工作溫度 （單位： ℃ ） 合金 鋅合金 鋁合金 鎂合金 壓鑄模具溫度 150～ 200 210～ 300 240～ 300 初選模具工作溫度為 255℃ 。對(duì)大而簡(jiǎn)單的鑄件，充填時(shí)間要相對(duì)長(zhǎng)些，對(duì)復(fù)雜和薄壁鑄件充填時(shí)間要短些。持壓時(shí)間的長(zhǎng)短取決于鑄件的材質(zhì)和壁厚 ，參考表 37。留模時(shí)間應(yīng)根據(jù)鑄件的合金性質(zhì)、鑄件壁厚和結(jié)構(gòu)特性參考表 38選擇。 鎖模力的計(jì)算 鎖模力是選用壓鑄機(jī)時(shí)首要確定的參數(shù)，其作用主要是為了克服壓射時(shí)的反壓力 ，及脹型力，以鎖緊模具的分型面，防止因模具松動(dòng)，引起金屬液飛濺、傷人，保證鑄件的尺 10 寸精度 [12]。根據(jù)壓力機(jī)的參數(shù)選擇壓室直徑為φ 60mm，相關(guān)參數(shù)如表 310。 上述所選的 臥室冷室壓鑄機(jī)的澆注系統(tǒng) 由 直澆道、橫澆道和內(nèi)澆口三部分組成，余料與直澆道合為一體。 2）澆注系統(tǒng)類型 的 選擇。依據(jù)內(nèi)澆口尺寸，使用一定的擴(kuò)大系數(shù)，計(jì)算橫澆道尺寸。其作用是使橫澆道輸送出來(lái)的低速金屬熔體加速，并形成理想的流態(tài)，充填型腔。 內(nèi)澆口截面積計(jì)算 內(nèi)澆口速度和填充時(shí)間直接由內(nèi)澆口的截面面積決定。 確定內(nèi)澆口截面積有多種方法，其中 經(jīng)驗(yàn)是 計(jì)算過(guò)程中非常 重要的因素。 K值主要由壓鑄件質(zhì)量來(lái)決定，壓鑄件質(zhì)量越大， K值也相應(yīng)的取得越大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表格41和 42選取內(nèi)澆口厚度 =2，內(nèi)澆口長(zhǎng)度 =2mm。 DDAW ??? ?tanr ， r=2～ 3 式中， Ag—— 內(nèi)澆口截面積， mm2； Ar—— 橫澆道截面積， mm2； D—— 橫澆道深度， mm； T—— 內(nèi)澆口寬度， mm； W—— 橫澆道寬度， mm?！?15176。 臥室冷室壓鑄機(jī)的直澆道結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)為： （ 1） 根據(jù)所選擇的壓射比壓、金屬液的總?cè)萘恳约皦菏业某錆M度，選擇適宜的壓室直徑和澆口套內(nèi)徑； （ 2） 澆口套的長(zhǎng)度應(yīng)小于壓鑄機(jī)壓射沖頭的跟蹤距離，以便于在開模后澆注余料從直澆道中完全推出； （ 3） 為了便于澆注余料從澆口套中順利脫模，直澆道前端應(yīng)有一段斜度為 5176。 圖 43 方案一 方案二：采用側(cè)向從電機(jī)蓋兩個(gè)位置成角度進(jìn)澆，其分析結(jié)果如圖 44所示。 5 排溢系統(tǒng)的確定 在鑄件上設(shè)置溢流槽，不僅可以將型腔內(nèi)夾雜的氣體、雜物和污冷金屬引入其內(nèi)，使鑄件的質(zhì)量和性能符合要求，而且，也可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)型腔充填時(shí)的局部溫度，對(duì)充填條件也有一定的改善作用；必要時(shí)，還可以作為壓鑄件的頂出位置。 (4)可以作為壓鑄件的 推桿頂出位置，減輕了壓鑄件的變形。 溢流槽的設(shè)計(jì) 從上述溢流槽的作用來(lái)看，通常將溢流槽設(shè)置在金屬熔體最先沖擊和最后充填的位置，或者根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置在充填過(guò)程中比較容易產(chǎn)生卷氣的部位。 （ 3）設(shè)置溢流槽時(shí)，不應(yīng)將幾個(gè)溢流口開在同一個(gè)溢流槽上，也不應(yīng)設(shè)置一個(gè)很寬的溢流口。 圖 51 排溢系統(tǒng)的設(shè)置 觀察之前沒(méi)有設(shè)置溢流槽時(shí)金屬溶液的流動(dòng)狀態(tài)以及卷氣情況發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)充填過(guò)程中，有四個(gè)位置金屬溶液的沖擊大，因此在這四個(gè)位置上和最后充填的部位設(shè)置了總共五個(gè)溢流槽。 在選定排溢系統(tǒng)的方案后，選取幾組主要參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，然后確定最終的充填參數(shù)。 表 56 熔湯溫度對(duì)表面缺陷的影響 序號(hào) 沖頭速度 cm/s 模具溫度 /K 熔湯溫度 /k 表面缺陷值 1 200 513 953 2 212 498 953 3 225 483 953 4 200 513 933 5 212 498 933 6 225 483 933 7 200 513 913 8 212 498 913 9 225 483 913 23 由上表的對(duì)比結(jié)果選出最佳的熔湯溫度： 933K 綜上所述，確定了最佳的一組 模具工藝參數(shù)，如表 57列出。 該真空系統(tǒng)可使模具 型腔排氣一直 到壓射 完全 結(jié)束，從而實(shí)現(xiàn)將 空氣和熱金屬在型腔中來(lái)的煙氣 排出和壓射過(guò)程同時(shí)進(jìn)行 。在金屬特別不易達(dá)到之處可增設(shè)輔助注入口。 因此根據(jù)圖 53 的標(biāo)準(zhǔn)及上述的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，涉及的真空系統(tǒng)如圖 54 所示。 圖 55 真空閥的安裝 對(duì)于本鑄件來(lái)說(shuō)，采用方式 （ 1） 安裝真空裝置，模架寬度太大，可能需要選大一個(gè)型號(hào)的壓鑄機(jī)，采 用方式 （ 2） 安裝真空裝置 ，因?yàn)殍T件投影面積較大，之中的間距不足以容納真空閥。這些零件都和 金屬液 有直接 接觸， 因此要承受高速金屬熔液的沖擊 和高溫、高壓 環(huán)境的作用，容易被磨損，產(chǎn)生 變形和開裂等缺陷。設(shè)計(jì)時(shí)，先按照鑄件的外部 尺寸 大小 ，設(shè)計(jì)出合理的動(dòng)模鑲塊和定模鑲塊，之后再根據(jù)鑄件的內(nèi)部 尺寸，計(jì)算出內(nèi)模以及小型芯的尺寸。根據(jù)本次 設(shè)計(jì) 鑄件的特點(diǎn) ，選擇運(yùn)用不通孔套板的固定方式， 型芯通過(guò)臺(tái)階孔定位在動(dòng)模鑲塊內(nèi)表面，可動(dòng)內(nèi)模則通過(guò)螺栓和動(dòng)模鑲塊連接 進(jìn)行 定位。計(jì)算成型尺寸的目的是為了保證壓鑄件的尺寸精度。 （ 2）壓鑄件結(jié)構(gòu)的影響：壓鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，計(jì)算精度就越難把握。 成型尺寸分類及計(jì)算要點(diǎn) 27 成型尺寸主要可分為型腔尺寸（包括型腔深度尺寸）、型芯尺寸（包括型芯高度尺寸）、成型部分的中心距離和位置尺寸三類。 （ 4）模具成型零件磨損的影響。對(duì)壓鑄件合金在各種情況下冷卻收縮的規(guī)律 及收縮率的大小把握得越準(zhǔn)確，壓鑄件的成型尺寸精度就越高。此形式接觸面積大，精度較高。 型芯的固定及止轉(zhuǎn)形式 型芯 固定時(shí)不僅必須保持與相關(guān)的構(gòu)件有足夠的穩(wěn)定性，還要求方便 加工和拆 卸。 整體 式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在此次 設(shè)計(jì)中，電機(jī)蓋壓鑄模的成型零件主要包括動(dòng)模鑲件、定模鑲件 、固定小型芯。 6 成型零件與模架設(shè)計(jì) 成型零件的結(jié)構(gòu)形式 壓鑄模具結(jié)構(gòu)中組成型腔用來(lái)形成壓鑄件形狀的零件叫做 成型零件。 （ 2） 真空閥、補(bǔ)償器與連接插塊 先 連接， 之后 再一起放入模架凹槽。其尺寸和數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要加以調(diào)整。如圖 53所示為 瑞士方達(dá)瑞真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的標(biāo)準(zhǔn)。它是成功將真空技術(shù)運(yùn)用于壓鑄工藝的第一發(fā)明人 ，并一直 是這個(gè)領(lǐng)域的先行者。 22 表 54充型速度對(duì)表面缺陷的影響 序號(hào) 沖頭速度 cm/s 模具溫度 /K 熔湯溫度 /k 表面缺陷值 （平均值） 1 200 513 953 2 200 498 933 3 200 483 913 4 212 513 913 5 212 498 933 6 212 483 953 7 225 513 933 8 225 498 953 9 225 483 913 由上表選出 表面缺陷較小下 的充型速度： 212cm/s。 圖 52 排溢系統(tǒng)的充型模擬 分析結(jié)束后各主要參數(shù)如表 51所示。 （ 4）應(yīng)設(shè)置合理的溢流口尺寸，避免排氣槽堵氣過(guò)早。 溢流槽在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮以下幾點(diǎn)： 19 （ 1）溢流槽設(shè)計(jì)時(shí)，注意當(dāng)要從壓鑄件上去除時(shí)要方便，且將其去除后盡量不使壓鑄件外觀損壞。 (5)溢流槽設(shè)置在動(dòng)模上，使壓鑄件對(duì)動(dòng)模的包緊力增大，從而幫助壓鑄件更好的被動(dòng)模帶出。 (2)對(duì)金屬熔體的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制，防止局部卷氣的產(chǎn)生。 17 圖 45 方案三 表 43 三種澆注系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)比 澆口布置 方案一 方案二 方案三 澆口截面 最終卷氣率 充型時(shí)間 鑄件 溫度差 最大壓力 表面缺陷 18 根據(jù)分析結(jié)果和所 得的數(shù)據(jù)對(duì)三種澆注系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，可以看出，雖然方案二的最終卷氣率最小，充型時(shí)間也合理，但是在整個(gè)充型過(guò)程中金屬液流動(dòng)非常不穩(wěn)定，飛濺和嚴(yán)重，這會(huì)造成產(chǎn)品的表面缺陷嚴(yán)重，從而影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量和成型性能；方案三的