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基于數值模擬技術的圓形電機蓋壓鑄模具設計與制造畢業(yè)設計論文-閱讀頁

2025-07-25 13:42本頁面
  

【正文】 華大壓鑄機廠臥室冷室壓鑄機 J1140 參數 合模力 F 合 /kN 拉桿間的內尺寸 A B/mm 動型座板行程 L 行 /mm 壓鑄型厚度 H 模 /mm 壓射力 F 壓 /kN 壓室直徑 D/mm 最大金屬澆注量 G 澆 /kg 4000 755 655 450 300~ 750 400 60 最大鑄造面積 A/cm2 壓鑄件頂出力 F 頂 /kN 鑄件頂出行程 S 頂 /mm 系統(tǒng)工作壓力 P 工 /MPa 一次空循環(huán)時間 t/s 機器總重 W/t 機器外形尺寸 mm (長寬高) 1250 180 120 12 10 7325 1850 2400 4 基于 Flow3D 的澆注系統(tǒng)的設計 在壓力作用下將金屬熔體充填至型腔的通道,成為澆注系統(tǒng)。 因此,正確設計澆注系統(tǒng)是提高鑄件質量、穩(wěn)定壓鑄生產的關鍵之一。開模時,壓鑄件 與 整個澆注系統(tǒng) 隨動模 一起脫 離定 模 ,之后,由設置在動模上的推出機構將壓鑄件 11 推出 。 澆注系統(tǒng)設計包括三個基本內容: 1)澆口位置 的 確定。 3)澆注系統(tǒng) 各部分的 形狀及尺寸確定。 41 臥式冷室壓鑄機澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)一般采用反向設計順序 , 即先從內澆口開始,根據壓鑄件特征及工藝參數首先確定內澆口尺寸。最后進行直澆道設計,其尺寸與橫澆道匹配。 內澆口設計 內澆口是指橫澆道到型腔的一段通道。設計內澆口時,主要是確定內澆口的位置和方向以及內澆口的截面尺寸,預計金屬液在填充過程中的流態(tài),并分析可能出現的死角區(qū)或裹氣部位,從而在適當部位設置有效的溢流槽和排氣槽。其中側向內澆口適合于盤蓋類、型腔不太深的殼體類壓鑄件,而且此種澆口去除方便,適應性強,因此選擇此類型的內澆口。當內澆口的速度一定時,若內 12 澆口的截面積過大,型腔內的氣體會由于金屬液充填型腔的時間過短而來不及排出,導致產品產生氣孔等壓鑄缺陷。顯然,確定內澆口的截面積是整個模具設計過程中的一個非常重要的步驟。 下面選用公式法進行計算。 K—— 質量系數; W—— 填充質量(通過內澆口的合金液質量) (g); 由 PROE分析模擬得 鑄件凈重 W1=370g,排溢 系統(tǒng)按鑄件 30%算, W2=370=111g,澆入金屬液總重 W= W1+W2=370+111=481g。壓鑄件質量在 150~350g之間, K值可在 ~。圓形機蓋的 W=481350g,所以取 K=6,則算出 Ag=KW1/2 =64811/2= 。 表 41 內澆口厚度的經驗數據(單位: mm) 鑄件壁厚 ~ ~3 3~6 6 合金種類 復雜件 簡單件 復雜件 簡單件 復雜件 簡單件 鑄件壁厚之比( %) 內澆口厚度 鋁、鎂 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 40~60 13 42 內澆口寬度和長度的經驗數據(單位: mm) 內澆口進口部位壓鑄件形狀 內澆口寬度 內澆口長度 說明 矩形或長方形板件 鑄件邊長的 ~ 2~ 3mm 指從鑄件中軸線處側向注入,如離軸線一側的端澆口或點澆口則不受此限 圓形板件 鑄件外徑的 ~ 內澆口以割線注入 圓環(huán)件、圓筒件 鑄件外徑和內徑的~ 內澆口以切線注入 方框件 鑄件邊長的 ~ 內澆口從 側壁注入 橫澆道設計 橫澆道是指直澆道末端到內澆口前端之間的連接通道。內澆口按照其在分型面上的投影形狀可分為等寬、扇形、 T形三種基本形式,根據設計要求,分流道、橫澆道與直澆道都采用等寬扁梯形,金屬液熱量損失小,加工 方便 , 應用廣泛,與內澆口連接方式設計如下圖 42: 圖 42 橫澆道與內澆口連接方式 臥式冷室壓鑄機場合扁梯形橫澆道尺寸的計算公式如下: 14 ( 3 4 ) , ( 5 8 ) , 1 0 1 5rgA A D T ?? ? ? ? ?~ ~ ~,此處我們取為 15176。 各尺寸如下: 厚度 h≥( ~ 2) H, H為壓鑄件平均厚度, H為 5mm,則 h分別取 10mm, 10mm。 脫模斜度α= 10176。取 15176。臥式冷室壓鑄機的直澆道由壓鑄機上的壓室和壓鑄模上的澆口套組成,結構要比立式冷室壓鑄機的直澆道簡 單。左右的圓錐面; ( 4) 在一般情況下,直澆道應該開在橫澆道入口處下方,其下沉距離應大于直澆道直徑的 2/3以上,以防止在壓鑄前金屬液的預填充; ( 5) 分流器上成型余料的凹腔的深度等于橫澆道的深度,直徑與澆口套相等,沿脫模斜度約 5度; ( 6) 壓室和 澆口套的內孔應在熱處理和精磨后,再沿著脫模的方向研磨,其表面粗糙度不大于 。 方案一:采用扇形側澆口,從電機蓋一側進澆,用 Flow3D軟件對金屬流動進行模擬并 15 且對整個過程的卷氣情況進行觀察,如圖 43所示。 16 圖 44 方案二 方案三:采用側向澆口從切向進澆,其分析結果如圖 45所示。因此綜合考慮各種因素 ,決定選擇方案一作為最終的澆注方案。溢流槽的作用歸納整理如下: (1)引出型腔中的氣體,作為集渣包儲存混有氣體的污冷金屬熔體。 (3)將模具的溫度場分布進行調節(jié),且可以將模具的熱平衡狀態(tài)進行改善。并且避免了推桿痕跡影響壓鑄件的表面質量。 (6)在壓鑄件的存放與運輸過程中,溢流槽還可作為裝夾和定位部分,減少了對壓鑄件的直接接觸 [1617]。一般來說,溢流槽常常設置在壓鑄件的分型面上,根據不同的鑄件結構特點的需要,還可以設置在型 腔內部,且溢流槽的設計要防止金屬倒流。 ( 2)所設置的溢流槽應該起到排除型腔中夾雜氣體、氧化物和殘渣的作用,并且能改善模具的熱平衡狀態(tài)。這樣,不至于使金屬熔體倒流。 下面,根據溢流槽的設計原則以及上述對澆注系統(tǒng)卷氣的分析結果設置溢流槽如圖51 所 示。 20 溢流槽的分析結果 用 Flow3D 軟件分析加上溢流槽后壓鑄件的卷氣情況,分析結果如圖 52 所示。 21 表 51 主要分析參數 充型時間 終點卷氣率 壓力 最大溫度 最小溫度 表面缺陷 953K 884K 對比表 43 和表 51發(fā)現,設置溢流槽后,充型所花的時間變動不大,但壓鑄件的表面缺陷減少了不少,充填過程中很好的將型腔內的氣體引入溢流槽中,金屬熔體的流動也相對穩(wěn)定了,因此,此溢流槽設置合理。 表 52 各組對比參數 序號 沖頭速度 cm/s 模具溫度 /K 熔湯溫度 /k 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 表 53 充填結束后的表面缺陷值 序號 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 2 200 498 933 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 將這九組數據 中,觀察充填速度,模具溫度和熔湯溫度對壓鑄件表面缺陷的影響,從中選擇合適的參數,各組參數的對比結果由表 54,表 55,表 56列出。 表 55 模具溫度對表面缺陷的影響 序號 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 2 212 513 913 3 225 513 933 4 200 498 933 5 212 498 933 6 225 498 953 7 200 483 913 8 212 483 953 9 225 483 913 由上表選出最佳的模具溫度: 498K。 表 57 模具工藝參數確定 充型速度 34m/s 模具溫度 225℃ 壓射比壓 60MP 熔湯溫度 933K 初始型腔壓力 72KPa 初始型腔溫度 293K 慢速沖頭速度 持壓時間 5s 留模時間 13s 估計充型時間 真空 排氣 通道的設置 瑞士方達瑞( FONDAREX)建立于 1946年,之前其實是一家 位于瑞士蒙特勒世鑄造廠,1952年研制出 了 第一個用于壓 鑄的真空系統(tǒng)。方達瑞真空系統(tǒng)由真空機和閥體構成。真空閥能夠依靠末端 的 金屬 熔液的動能在一毫秒內關閉,保證了“全過程真空排氣” [1820]。 24 Chan nel set i n m obile m odule sMi ni mu m vacu um t ot al in ter fac e ar ea sh ou ld be 1 00 % o fmai n vacu um ch ann el 2 ,b ut sh ou ld no t b e mo re th an 2 50 %of m ain v acuu m ch an ne l 2SCS a nd SCC c oo l i ng blo ckChan nelgeo metrycro ss sect io n of th e ch an ne lThe last point offillingTh e ch ann el si ze o f SC S a nd SCC :(1 )En tr yway o f C oo li ng b lo ck On th e fix ed m ou ld(2 )Mai n vacu um ch ann el 1 00 %(3 )Br anch o f Vacu um ch ann el 55 %(4 )Br anch o f Vacu um ch ann el 30 %(5 )Br anch o f Vacu um ch ann el 24 %(6 )Br anch o f Vacu um ch ann el 18 %(7 )Br anch o f Vacu um ch ann el 14 % 圖 53 真空系統(tǒng)設計標準 真空裝置的設計要點 ( 1)真空通道注入口要設置在模腔中金屬最后抵達之處,以便于在壓射的最后一刻將空氣排除腔外。 ( 2)注入口和排氣通道可根據鑄件的形狀和容積增加或減少。 ( 3)在真空通道中設置彎路截止是必要的。 圖 54 真空 系統(tǒng)的設計 真空通道的布置 方達瑞真空裝置有三種 方式 進行安裝 : 25 ( 1) 真空閥、補償器安裝在模架外 面 , 銜接則是通過 模架凹槽上的連接插塊實現。 ( 3)不采用連接插塊,真空閥與補償器 直接 安裝在模架外 ,和鑄模鑲塊進行 銜接 [21]。所以,該電機蓋 采用圖 55 中的方式 來 安裝真空裝置。通常,澆注、溢流和排氣系統(tǒng)也在成型零件上加工形成。 由于成型零件 種種特點,其 質量決定了壓鑄件的精度、質量和模具的壽命,因此, 合理地設計成型零部件的結構 ,準確 地 計算 尺寸和公差,確保強度、剛度以及 表面質量 滿足要求,這是非常重要的 。一般根據成型零件的結構形式可以將其分為整體式和鑲拼式兩種,根據 本鑄件的成型特 26 點, 決定選擇采用 整體 式模具結構,其中,鑲件采用不通孔的固定形式 。最后,將設計完好的內模 及型芯裝入動模鑲塊,再將裝有可動內模的動模鑲塊裝入不 通孔動模固定板,借助動模固定板 的內表面以及螺栓進行動模鑲塊的定位 和固定 ,定模鑲塊按照同樣的方式裝入定模固定板,這樣一來 ,動、定模板通過導柱、導套連接在一起,合模時,動、定模鑲塊,可動內模還有小型芯 構成封閉的成型空腔,用于鑄件的 充填 成型 [5]。型芯一般皆安裝在鑲塊內。 同樣 ,為了保持型芯以及可動內模在動模 鑲塊中的相對位置,我們必須采取合理的止轉措施,根據設計,我們對 型芯以及可動內模均采用采用平鍵式止轉形式 —— 在型芯以及可動內模局部邊緣磨一直邊與設在動模鑲塊內的方頭平鍵定位。 成型尺寸的確定 成型零件中直接決定壓鑄件幾何形狀的尺寸稱為成型尺寸。 影響壓鑄件尺寸精度的主要因素 ( 1)壓鑄件收縮率的影響:壓鑄件冷卻收縮是影響壓鑄件尺寸精度的主要因素。但設計時選用的計算收縮率與壓鑄件的時間收縮率難以完全符合,兩者之間的誤差必然會使計算精度受到影響。 ( 3)模具成型零件制造偏差的影響。 ( 5)壓鑄工藝參數的影響。 成型尺寸的計算要點如下: ( 1) 型腔磨損后尺寸增大 , 故計算型腔尺寸時應使得壓鑄件外形尺寸接近于最小
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