【文章內(nèi)容簡介】 1885年奧默根瑟勒（OMergenthaler）在前人的基礎上發(fā)明了一種鉛字壓鑄機。1907年瓦格納（Wagner）首先制成了氣動活塞式壓鑄機。1920年英國開發(fā)了冷壓室壓鑄機，使壓鑄機有可能生產(chǎn)鋁合金和鎂合金等壓鑄件。1927年捷克人約瑟夫波拉克(Josef Polak)設計了立式冷壓室壓鑄機。1952年前蘇聯(lián)制造出了第一臺立式冷壓室壓鑄機。我國在60年代也制造出了此種壓鑄機。1958年真空壓鑄在美國獲得專利。1966年美國General Motors公司提出精、速、密壓鑄法。1969年美國人愛列克斯提出充氧壓鑄的無氣孔壓鑄法?，F(xiàn)在壓鑄件尺寸精度都很高，一般相當于6～7級，甚至可達4級；表面光潔度好，一般相當于5～8級；強度和硬度較高；尺寸較穩(wěn)定，互換性好；可壓鑄薄壁復雜的鑄件。目前，壓鑄工藝已經(jīng)廣泛應用在國民經(jīng)濟的各行各業(yè)中，成為汽車、電器儀表等領域許多零件的重要生產(chǎn)手段。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢由于科技水平的提高和經(jīng)濟的發(fā)展，以轎車為主體的汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，加速了壓鑄工業(yè)水平的提升。我國壓鑄業(yè)經(jīng)歷半個世紀的發(fā)展，特別是近十余年來，由于國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，汽車、摩托車工業(yè)的突飛猛進，推動了壓鑄生產(chǎn)的迅速增長。我國壓鑄業(yè)技術的發(fā)展具有下列特點：1) 壓鑄設備能力提升，壓鑄機的自動化程度出現(xiàn)飛躍。由于國內(nèi)制造水平的整體提高和引進的計算機控制技術，我國的壓鑄機制造能力有了大幅提升。2) 壓鑄模制造水平大幅度提高，壓鑄模制造周期縮短，壓鑄模使用得以延長壽命。除了選用優(yōu)秀的熱作模具鋼外，大型模具廠家紛紛采用數(shù)控加工、電火花、線切割和模具拋光技術來提高模具精度和表面質(zhì)量，采用真空淬火等熱處理工藝來提高模具的硬度和剛性。3) 大量壓鑄新工藝得到應用。為降低鑄件廢品率，改善壓鑄件的熱處理性能和焊接性能，真空壓鑄技術、半固態(tài)技術、擠壓鑄造技術被應用到壓鑄生產(chǎn)中。4) 壓鑄性材料的研究和應用得到推廣。一些改善了合金性能的符合材料，正在從科研院校應用到企業(yè)生產(chǎn)實踐中。鎂合金壓鑄的應用更是遍地開花，從熔煉、壓鑄、表面處理到回收再利用，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈，正在產(chǎn)生規(guī)?；б?。5) CAD/CAM/CAE技術是提高鑄件技術水平的重要途徑，能明顯提升企業(yè)的競爭力，因而等到廣泛應用。CAD/CAM技術在國內(nèi)的應用日益成熟，CAE技術也越來越受到大型企業(yè)的重視。今后壓鑄生產(chǎn)的發(fā)展趨勢是：壓鑄工藝要采用新技術，提高壓鑄件質(zhì)量，擴大應用范圍；降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力；壓鑄機要實現(xiàn)系列化、大型化及自動化；計算機在壓鑄生產(chǎn)中應用日益增加；壓鑄模要提高使用壽命?？傊?，為壓鑄生產(chǎn)開辟了更廣闊的前景。在指導老師的指導下，設計一套結構簡單、制造精度高的罩殼壓鑄模具。主要研究內(nèi)容：對壓鑄件進行工藝性分析，并繪制產(chǎn)品毛胚圖；對模具進行總體設計，包括分型面的選擇、澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)的設計、成型零件及結構零件壓鑄模結構的設計；對所選壓鑄機的鎖模力、開模矩等進行核算；對模具的成型零件進行造型設計。本次設計的罩殼件材料為YL112(YZAlSi9Cu4)的鋁合金，最小壁厚為3mm，最大壁厚為4mm，壓鑄件未注尺寸及注有尺寸的精度等級均為GB6414—86 7級。符合壓鑄件的工藝要求；為便于金屬液流暢，氣體的排出，并避免因銳角而產(chǎn)生裂紋，需要采用鑄造圓角R=1mm；，因此罩殼滿足壓鑄工藝要求。2 壓鑄件的結構工藝分析 壓鑄件實物圖圖2—1 壓鑄件實物圖圖22 毛坯圖 鑄件的結構工藝性分析圖2—2為該罩殼壓鑄件實物圖，其材料為YZAlSi9Cu4，合金代號為YL112。其結構復雜，壁厚不均勻。壓鑄件外形尺寸：長為186mm，寬為mm,高為52mm。鑄件成對稱凹形，鑄件的正面兩側是挖空的凹槽，凹槽的最小壁厚為3mm,最大壁厚為4mm，凹槽內(nèi)分別有對稱的四個矩形凸臺和四個對稱的圓柱凸臺，鑄件較高的外壁還設有四個梯形凸臺，鑄件的正中面也設有一個矩形凸臺。鑄件的上側面是一個階梯的凹槽，階梯槽內(nèi)設有圓孔。整個鑄件中只有寬有精度要求，因此鑄造時要保證的精度要求，該尺寸的精度為GB6414—86 6級，其余未注尺寸及注有尺寸的精度等級均為GB6414—86 7級，符合鑄件的工藝要求，為便于金屬液流暢，氣體的排出，并避免因銳角而產(chǎn)生裂紋，需要采用鑄造圓角R=1mm，因此罩殼滿足壓鑄要求。3 壓鑄機的選用壓鑄機是壓鑄生產(chǎn)最基本的設備，是壓鑄生產(chǎn)中提供能源和最佳壓鑄工藝參數(shù)的條件，是獲得優(yōu)質(zhì)壓鑄件的技術保證。壓鑄機通常按壓室的受熱條件的不同分為冷壓室壓鑄機（簡稱冷室壓鑄機）和熱壓室壓鑄機（簡稱熱室壓鑄機）；按壓室和模具放置的位置和方向的不同分為臥式和立式。由于鑄件材料是鋁合金，且鑄件較大，因而要求的壓力較大，故選用臥式冷室壓鑄機，具體型號根據(jù)鎖模力來選定。根據(jù)鎖模力選用壓鑄機是一種傳統(tǒng)的并被廣泛采用的方法，壓鑄機的型號是以合模力的大小來定義。鎖模力是選用壓鑄機時首先要確定的參數(shù)。鎖模力的作用主要是為了克服壓鑄過程中的反壓力，以鎖緊模具的分型面，防止熔融合金飛濺，保證鑄件的尺寸精度。根據(jù)鑄件的結構特征、合金及技術要求選用合金的比壓、結合模具的結構考慮、估算投影面積，鎖模力可按公式（3—1）計算： （3—1） 式中 —壓鑄機應有的鎖模力（kN）； K—安全系數(shù)（一般K=）；對于薄壁復雜鑄件，取較大K值； —主脹型力、鑄件在分型面上的投影面積，包括澆注系統(tǒng)、溢流、排氣系統(tǒng)的面積乘以比壓（kN）； —分脹型力，作用在滑塊鎖緊面上的法向分力引起脹型力之和（kN）。（1）主脹型力的計算 主脹型力按公式（3—2）計算： （3—2）式中 —主脹型力（kN）；A—鑄件在分型面上的總投影面積，一般增加30%作為澆注系統(tǒng)與溢流排氣系統(tǒng)的面積（）；P—壓射比壓。確定鑄件在模具分型面上的總投影面積：鑄件在分型面上的投影如圖3—1所示：圖3—1鑄件在分型面上投影圖通過計算可得到A≈115 根據(jù)表3—1可確定p，故p=50Mpa；從而計算出：=Ap/10=115X50/10KN=575KN（2）分脹型力的計算 斜導柱抽芯、斜滑塊抽芯時分脹型力按公式（3—3）計算：= [ptan/10] (3—3）式中 —分型脹力，作用在滑塊鎖緊面上的法向分力引起脹型力之和（KN）； —側向活動型芯成形端面的投影面積（）； P—比壓（Mpa）； —楔緊塊的楔緊角（度）。確定側向活動型芯成形端面的投影面積側向活動型芯成形端面如圖3—2所示：圖3—2型芯端面投影圖故可算出=+X+2X=；其中p=50Mpa，并取=；從而算出：= [ptan/10] =故可算出： = =據(jù)此可初選壓鑄機為J1113C型，其主要參數(shù)如表3—1所示：表3—1 J1113型臥式冷室壓鑄機的主要參數(shù)項目名稱數(shù)值項目名稱數(shù)值合型力（kN）1250壓射力(kN)70～140動模座板行程（mm）450壓射比壓（Mpa）50壓鑄模厚度（mm）350鑄件投影面積（）110～340壓射直徑(mm)40/50/60/70壓鑄機初步選定后，壓射比壓和壓室的尺寸也相應得到初定，現(xiàn)在需要核算其容量能否滿足每次金屬澆注量的需要，即 （3—4）式中 —壓室容量（kg）；—每次澆注重量（kg），應為鑄件質(zhì)量、澆注系統(tǒng)重量、溢流系統(tǒng)重量之和 =LK/4000 (3—5)式中 —壓室直徑（㎝）； L—壓室長度包括澆口套長度（㎝）； —液態(tài)合金的密度（g/）； K—壓室充滿度一般為60%～80%。根據(jù)查閱壓鑄機的參數(shù)表可得：=60㎜，壓室有效長度L=160㎜；查表4—得：=（g/）；取K=60%；故可算出 =；根據(jù)計算得 =；所以 。故壓鑄機選用J1113C型臥式冷室壓鑄機合理。4 分型面的設計壓鑄模的動模和定模的結合表面通常稱為分型面。模具一般只有一個分型面，但有時由于鑄件結構的特殊性，或者是為滿足壓鑄生產(chǎn)的工藝要求，往往需要再增設一個或兩個輔助分型面。根據(jù)鑄件的結構和形狀特點，可將分型面分為：直線分型面、傾斜分型面、折線分型面和曲線分型面等；根據(jù)分型面的數(shù)量，又將分型面分為單分型面、雙分型面、三分型面和組合分型面等。選擇鑄件的分型面涉及鑄件的形狀和技術要求，澆注系統(tǒng)和溢流系統(tǒng)的布置、壓鑄工藝條件、壓鑄模的結構和制造成本、模具的熱平衡等因素，這些因素往往是難以兼顧，確定分型面時要予以綜合考慮。選擇分型面應注意的要點如下：1) 盡可能使鑄件在開模后留在動模。2) 分型面應通過鑄件某方向上的最大截面。3) 分型面盡可能開設在一個平面上，最好不要有復雜形式，否則模具結構復雜，制造困難。4) 分型面選擇應有利于澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的合理設置。5) 分型面選擇應有利于保證鑄件質(zhì)量。6) 盡可能減少熔融合金對活動型芯抽芯機構的壓力，確保鑄件質(zhì)量。7) 分型面的選擇應保證側向活動型芯能順利抽出、型芯放置方便及鑲嵌件安放方便。對鑄件形狀結構分析得知，分型面采用構成鑄件形狀的型腔全部在動?；蚨?nèi)的形式，講導致鑄件無法順利脫模，故采用構成鑄件形狀的型腔分別在動模和定模內(nèi)。根據(jù)罩殼的結構特點以及壓鑄模的設計要求，現(xiàn)選擇如圖4—1所示的—作為分型面。這樣在保證重要平面的精度的同時，能使壓鑄件對動模部分包絡側面積大于對定模部分的包絡側面積，有利于使壓鑄件隨動模移動方向脫模。圖4—1 鑄件的分型面—5 澆注系統(tǒng)和溢流、排氣系統(tǒng)設計金屬液在壓力作用下充填型腔的通道稱為澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)主要由直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口所組成。澆注系統(tǒng)的主要作用是把金屬液從熱壓室壓鑄機的噴嘴或冷壓室壓鑄機的壓室導入型腔內(nèi)。它對金屬液的流動方向、排氣條件、模具的熱分布、壓力的傳動、填充時間的長短和金屬液通過內(nèi)澆口處的速度等方面起著重要控制作用和調(diào)節(jié)作用。因此，澆注系統(tǒng)是決定填充狀況的重要因素，也是決定壓鑄件內(nèi)部質(zhì)量的重要因素。同時，澆注系統(tǒng)對生產(chǎn)效率、模具壽命、壓鑄件清理都有很大影響。按照金屬液進入型腔的部位和內(nèi)澆道的形狀，澆注系統(tǒng)一般分為側澆道、中心澆道、直接澆道、環(huán)形澆道、縫隙澆道和點澆道等澆注系統(tǒng)。經(jīng)分析鑄件的結構特點，澆注系統(tǒng)采用最普遍的側澆道，結構見圖5—1。圖5—1 側澆道示意圖內(nèi)澆道是指橫澆道到型腔的一段澆道，其作用是使橫澆道輸送出來的低速金屬液加速并形成理想的流態(tài)而順序地充填型腔，直接影響金屬液的充填形式和鑄件質(zhì)量。(1）內(nèi)澆道設計的原則1) 有利于壓力的傳遞，內(nèi)澆道一般設置在壓鑄件的壁厚處。2) 有利于型腔的排氣，金屬液進入型腔后應先充填深腔難以排氣的部位，而不應立即封閉分型面、溢流槽和排氣槽。3) 薄壁復雜的壓鑄件，宜采用較薄的內(nèi)澆道，以保證較高的充填速度；一般結構的壓鑄件，宜采用較厚的內(nèi)澆道，使金屬液流動平穩(wěn)，有利于傳遞壓力和排氣。4) 金屬液進入型腔后不宜正面沖擊型芯，以減少動能損耗，以防止型芯沖蝕。5) 應使金屬液充填型腔時的流程盡可能短，以減少金屬液的熱量損耗。6) 內(nèi)澆道的數(shù)量以單道為主。7) 壓鑄件上的精度，表面粗糙度要求較高且不加工的部位，不宜設置內(nèi)澆道。8) 內(nèi)澆道的設置應便于切除和清理(2）內(nèi)澆道截面積的計算 根據(jù)流量計算法計算所需要的內(nèi)澆道面積，按公式（5—1）： =G/(t) （5—1） 式中 —內(nèi)澆道截面積（）。 G—通過內(nèi)澆道的金屬液質(zhì)量（g）； —液態(tài)金屬的密度（g/）； —內(nèi)澆道處金屬液的流速（m/s）； t—型腔的充填時間（s）。 查表4—得：=（g/） 查表4—得：=45（m/s）查表4—得：t=(s)由此可計算出：=G/(t) =[360/()]=(3）內(nèi)澆道厚度計算、寬度的確定 查內(nèi)澆口厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表4—得：厚度=3mm 查內(nèi)澆口寬度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表4—得：寬度===臥式冷室壓鑄機用直澆道