铝合金轮毂压铸模具设计(编辑修改稿)

铝合金轮毂压铸模具设计(编辑修改稿)内容摘要：

程度等，都是与压铸机本身的压铸工艺性的优劣相关的。 半固态挤压工艺对挤压件的结构设计要求： ①方便讲挤压件从模具中取出； ②尽量消除侧凹和深腔； ③尽量减少抽芯部位； ④消除模具型芯出现交叉的部位； ⑤壁厚均匀； ⑥消除尖角。 以上原则， 将轮毂挤压件工程图如下所示： 20 轮毂工程图 该零件直径 Ф 100mm，厚 10mm，中心孔径 Ф 14mm，四个支撑杆宽 8mm。 挤压件能达到的尺寸精度和尺寸稳定性基本上依挤压模制造精度而定。 导致挤压件尺寸偏差的原因有很多，包括工作环境温度的高地、合金自身化学成分的偏差、合金金属收缩率的波动、开模、抽芯及推出机构运动状态的稳定程度、模具使用过程中的磨损量引起的误差等，这些原因又互相交织在一起，彼此互相影响。 压铸件的尺寸精度不仅与其尺寸大小有关，而且受其结构和 形状的影响。 一般压铸件的精度为 IT13，高精度压铸件为 IT11。 国家标准（ GB/T 6414— 1999）中将逐渐尺寸公差划分为 16个等级，标记为 CT1～ CT16。 压铸件尺寸公差可以控制在 CT4～ CT8级，但不同合金可以达到的等级范围有所不同，一般铝合金可以达到 CT4～ CT7级。 参考压铸件尺寸公差国家标准以及该挤压件的实际尺寸。 确定其公差等级为 IT12级，尺寸公差为。 在填充条件良好的情况下，压铸件的表面粗糙度一般比模具成形表面的粗糙度低两级。 用新模具压铸可获得表面 粗糙度达。 随着模 21 具使用次数的增加，通常压铸件的表面粗糙度值会逐渐变大。 在模具的正常使用寿命内，铝合金压铸件大致在 aR ～。 参考国家相关标准，确定该挤压件的表面质量等级为 2级，表面粗糙度aR。 由于铸件具有较为精确的尺寸和良好的铸造表面，所以一般情况下，可以不进行机械加工。 同时 ，由于压铸件内部可能有气孔，所以应尽量避免再进行机械加工。 但是，某些部位还是应该进机械加工。 如装配表面、装配孔、成型困难没有铸出的一些形状，去除内浇口、溢流口后的多余部分等。 械加工余量是为了保证铸件机械加工面尺寸和零件加工精度，在设计铸件和铸造工艺时，预先增加并在机械加工时应予以切除的金属层厚度。 铸件的加工余量数值按照有加工要求的表面上最大基本尺寸和该表面距它的加工基准间尺寸两者中较大的尺寸所在尺寸范围，从铸件加工余量表中选取。 另外，铸件的不同加工表面，可以采用相同的加工余量数值。 底座铸件的加工余量选取 根据参考文献 [15]中推荐的加工余量选择，平面按最大边长确定，孔按直径确定。 在本轮毂铸件中，有加工要求表面中基本尺寸最大的为直径 100mm。 根据《铸造工程师手册》，选取加工余量等级为 D57，则根据直径 100mm查表，选取本铸件的机械加工余量为。 4半固态挤压成型过程及压铸机的选用 卧式冷室压铸机结构 卧式冷室压铸机基本组成如图所示： 22 图 卧式冷室压铸机 1— 增压器； 2— 蓄能器； 3— 压射缸； 4— 压射冲头； 5— 压室； 6— 定座板； 7— 拉杆； 8— 动座板； 9— 顶出缸； 10— 曲肘机构； 11— 支承座板； 12— 模具高度； 13— 合模缸； 14— 机体； 15— 控制柜； 16— 电机及泵 此类压铸机的基本结构分为 5部分： (1)压射机构 主要作用是在高压力下将熔融的金属液压入型腔的压射机构。 压射压力、压射速度等主要工艺参数都是通过它来控制的，其中包括压室、压射冲头、压射缸、增压器和蓄能器。 (2)合模机构 其作用是实现压铸模的开启和闭合动作，并在压射成型过程中具有足够而可靠的锁模力，以防止在高压压射时，模具被推开或发生偏移。 (3)顶出机构 在压铸件冷却固化成型并开启模具后，顶出缸驱动压 铸模的推出机构，将成型压铸件及浇注余料从模具中顶出，并脱出模体，其中包括顶出缸和顶杆。 (4)传动系统 通过液压传动或机械传动完成压铸过程中所需要的各种动作。 包括电机、各种液压泵及机械传动装置。 (5)控制系统 控制系统控制柜指令液压系统和机械系统的传动元件，按压铸机压射过程预定的工艺路线和运行程序动作，将液压动作和机械动作有机的结合起来，完成准确可靠、协调安全的运行规则 [12]。 半固态挤压成型过程 利用卧式冷室压铸机来实现半固态挤压成型工艺主要需经历 4个步骤，如图 24所示： (a)合模过程 (b)压射过程 23 (c)开模过程 (d)铸件推出过程 (a)合模过程 模具闭合后，压射冲头 1 复位至压室 2 的端口处，将足量的液态金属 3注入压室 2 内。 (b)压射过程 需要明确的是，半固态挤压成型中的压射过程与纯粹的压铸成型工艺中的压射过程是有很大不同的。 传统的压铸成型是将液态合金压入型腔内进行凝固成型。 而利用卧式冷室压铸机进行半固态挤压时，当液态合金进入型腔后不是任由其凝固至固态，而是通过模温调节 系统的控制，待型腔内的液态合金冷却至半固态时在进行一定压力下的挤压，最后得到半固态挤压件。 (c)开模过程 半固态挤压成型后，开启模具，使挤压件脱离型腔，同时压射冲头 1将浇注余料顶出压室。 (d)推出铸件过程 在压铸机顶出机构作用下，将压铸件及其浇注余料顶出，并脱离模体，压射冲头同时复位 [13]。 确定压铸机的锁模力 锁模力（合模力）是选用压铸机时首先要确定的参数。 在半固态挤压过程中，合金液以极高速度充填模具型腔，在充满型腔的瞬间及增压阶段，合金液收到很大的压力，为了作用到型腔的各个方向 ，力图是模具沿分型面涨开，称为胀型力。 锁模力的作用主要是为了克服压射时的胀型力，以锁紧模具的分型面，防止因模具被胀开，引起金属液飞溅伤人和影响挤压件尺寸精度的现象发生。 计算主胀型力 10/APzF  式中， ZF — 主胀型力（ KN）； A— 铸件在分型面上的总投影面积，一般增加 30%作为浇注系统与排溢系统的面 积（ 2cm ）； 24 P— 压射比压（ MPa）。 cmA  %302 cmAA  cmAAA  查阅“常用压铸合金压射比的推荐值”，得到铝合金承载件的压射比为50～ 80MPa。 取 P=80MPa。 可求的主胀型力为 ： KNzF  计算锁模力 由于该套模具中不含有侧向抽芯机构，故不必考虑分胀型力。 为了防止模具被胀开，锁模力要大于或等于胀型力在合模方向上的合力。 而且此套模具中，胀型力中心与锁模力中心重合。 锁模力计算公式如下： zFKsF  式中， sF — 压铸机应有的锁模力（ KN）； K— 安全系数（一般 K=）； zF — 主胀型力（ KN）。 故有 KNsF 3 73 5  查阅《压铸模设计手册》中的压铸机的主要参数，考虑产品实际情况及现有条件，选择 125t的 J1113卧式冷室压铸机。 开模行程的核算 每台压铸机都有最小合模距离 minH 和最大开模距离 maxH 两个尺寸，根据铸件形状、浇注系统和模具结构来核算是否满足取出铸件的要求，即压铸机的最大开模距离减去模具总厚度留有能取出铸件的距离。 压铸机和模后能严密的锁紧模具分型面，因此要求合模后模具的总厚度应大于压铸机的最小合模距离，一般约为 20mm。 由此可得： 21m in hhH  mmhhhhH 104321m a x  25 mmhhL 1043  式中， minH 是压铸机最小合模距离（ mm）； ma xH 是压铸机最大开模距离（ mm）；L是压铸机动模座板的行程（ mm）； 1 h 是定模部分的厚度（ mm）； 2 h 是动模部分的厚度（ mm）； 3 h 是铸件推出距离（ mm）； 4 h 是铸件及浇道总高度（ mm）。 4半固态挤压模具设计概述 作为压铸模生产的三要素之一，压铸模设计质 量直接影响着压铸件成形的形状、尺寸、精度和表面质量等。 压铸生产过程的顺利进行，压铸件质量的保证，在很大程度上取决于压铸模的结构合理性和技术先进性。 在压铸模设计的过程中，必须全面分析压铸件的结构，了解压铸机及压铸工艺，掌握在不同压铸条件下的合金液充填特性和流动行为，并考虑到经济效益等因素。 半固态挤压模具由定模和动模两个主要部分组成。 定模固定在压铸机压室一方的定模座板上，是金属液开始进入模具型腔的部分，也是模具型腔的所在部分之一。 定模上有直浇道直接与压铸机的喷嘴或压室连接。 动模固 定在压铸机的动模座板上，随动模座板向左、向右移动与定模分开和合拢，一般抽芯和铸件顶出机构设于其内。 该套模具要求适用在卧式冷室压铸机上，其基本结构如下： （ 1） 成型零件部分 在合模后，由动模镶块和型腔镶块形成一个构成压铸件形状的空腔，通常称为成型镶块。 构成成型部分的零件即为成型零件。 成型零件包括固定的和活动的镶块与型芯，如图中的镶块、主型芯、小型芯以及侧型芯等。 有时成型零件还构成浇注系统的一部分，如内浇口、横浇道、溢流口和排气道等。 （ 2） 浇注系统 浇注系统是熔融金属由压铸机压室进入模具成型空腔 的通道，如浇口套、浇道镶块以及横浇道、内浇口、排溢系统等。 由于成型零件和浇注系统的零件均与高温的金属液直接接触，所以它们 26 应选用经过热处理的耐热钢制造。 （ 3）模体结构。 各种模板、座架等构架零件按一定程序和位置加以组合和固定，将模具的各个结构件组成一个模具整体，并能够安装到压铸机上，如的垫块、支撑板、动模压板、定模套板、定模座板和动模座板等。 导柱和导套是导向零件，又被称为导准零件。 它们的作用是引导动模板与定模板在开模和合模时能沿导滑方向移动，并准确定位。 （ 4）顶出和复位机构。 将压铸件或浇注余料从模具上脱 出的机构，包括推出零件和复位零件，如推杆、推杆固定板和推板。 同时，为使顶出机构在移动时平稳可靠，往往还设置自身的导向零件推板导柱和推板导套。 为便于清理杂物或防止杂物影响推板的正确复位，还在推板底部设置限位钉。 （ 5）侧抽芯机构。 当压铸件侧面有侧凹或侧凸结构时，则需要设置侧抽芯机构，如斜滑块、侧型芯、斜滑块限位钉、弹顶销、弹簧等。 （ 6）其它。 除以上各结构单元外，模具内还有其它用于固定各相关零件的内六角螺栓以及销钉等 [17]。 选择铸件的分型面涉及铸件的形状和技术要求，浇注系统和溢流系统的布 置，压铸工艺条件、压铸模的结构和制造成本、模具的热平衡因素，这些因素往往难以兼顾，确定分型面时要予以综合考虑。 选择分型面应注意的要点如下： ①开模时保持铸件随动模移动方向脱出定模； ②有利于浇注系统、溢流系统和排气系统的布置； ③要求不影响铸件的尺寸精度； ④简化模具结构； ⑤避免铸造机承受临界负荷，并要考虑铸造合金的性能。 在选择铸件的分型面时要综合考虑以上要点，从而确定分型面。 由于该半固态挤压件的结构为具有对称 图 分型面设计 性。 故其分型面的设计可如左图所示。 27 统的设计 浇注系统是将压铸机压室内熔融的金属液在高温高压高速状态下填充入模具型腔的通道。 它包括直浇道、横浇道、内浇口、等。 它能调节充填速度、 充填时间、型腔温度，因此它决定着压铸件表面质量以及内部显微组织状态，同时也影响压铸生产的效果和模具的寿命 [14]。 带浇注系统的半固态挤压件二维图形 带浇注系统的挤压件的二维图形如图 26 所示，溢流槽设于分型面四个对角处， 用于有序的排除型腔中的气体和排除并容纳冷污的金属液以及其他氧化物。 图 带浇注系统的挤压件 浇注系统的 结构与分类 浇注系统主要由直浇道、横浇道、内浇口组成。 压铸机的类型不同，浇注系统也有所不同。 按照熔融合金引入型腔的方式不同，即内浇口的位置和形式不同，浇注系统可分为平扁侧浇口、带导流包的侧浇口、端面侧浇口、钳形浇口、切线浇口、环形浇口、半环形浇口、中心浇口、点浇口等等。 内浇口的设计 28 内浇口设计的主要内容就是选择内浇口的位置和形状，计算内浇口的截面积，确定内浇口的厚度。 （ 1）内浇口速度 由参考文献 [15]查得，铝合金铸件内浇口充填速度 错误 !未找到引用源。 的推荐值为 20～ 60m/s，选取为 50m/s。 （ 2）充填时间 半固态挤压件的平均壁厚为 10mm，利用参考文献 [1]（压铸模具设计）中的平均壁厚与充填时间的推荐值可知，对应的充填时间为 ～。 取充填时间 t=。 （ 3）内浇口截面积 目前，在实践中，计算内浇口的截面积以流量计算法为主。