《压铸模具设计实验》.doc

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1、2012 至 2013 学年第二学期压铸模具设计实验教案课程编码： _ 0101EE7W6 总学时周学时： 开课时间： 授课班级： 机械10级39班 使用教材： 压铸模具设计实验指导书 授课教师：_ _李建英、张云志_ _ _ 开课院系： 机械动力工程学院实验中心 实验一、压铸件设计一、实验目的与基本要求1. 培养学生对压铸成型原理及成型工艺过程的认知和理解能力；2. 了解压铸工艺对压铸件结构设计的要求；3. 掌握压铸件基本结构设计方法；4. 要求采用CAD/CAM软件，遵循压铸件设计原则，完成典型压铸件结构设计、建模与压铸成型分析。二、主要仪器设备及软件计算机、路由器、网线、移动硬盘、绘图仪

2、、UG NX。三、主要消耗材料光盘、打印纸、图纸、墨盒等。四、UG建模功能1. UG NX基本模块（UG NX/Gateway）Gateway是UG NX的基本模块，也是其它交互应用功能模块的入口。它允许打开已存部件文件、建立新部件文件、存储部件文件、绘制工程图和屏幕布局、读入和写出各种类型文件，并具有其它通用功能。它提供了统一的视图显示操作、屏幕布局和图层管理、工作坐标系（WCS）操作、对象信息、分析、存取及在线帮助。当打开UG NX时，用户进入的第一个应用模块即为Gateway，其界面如图1-1所示。利用【起始】下拉菜单中的【基本环境】命令，可以在任何时候从其它应用模块返回UG NX/Ga

3、teway。图 1-1 UG NX Gateway操作界面2. UG NX建模（UG NX/Modeling）工具UG NX建模模块提供了草图、曲线、实体、自由曲面等多种建模工具，其部分建模工具条如图1-2所示： （1）成型特征工具条 （2）曲线工具条 （3）直线和圆弧工具条 （4）曲面工具条 （5）自由曲面工具条 （6）特征操作工具条图1-2 UG NX 建模工具条3. UG NX实体建模UG NX实体建模提供了草图设计、各种曲线生成、编辑、布尔运算、扫掠实体、旋转实体、沿导轨扫掠、尺寸驱动、定义、编辑变量及其表达式、非参数化模型后参数化等工具。4. UG NX特征建模UG NX特征建模提供

4、标准的设计特征（Design Feature）的建立与相关编辑功能，如孔、键槽、凹腔、方形、圆形、异形、方形凸台、圆形凸台、异形凸台、圆柱、方块、圆锥、球体、管道、杆、倒圆、倒角的生成和编辑。特征建模提供模型抽空产生薄壁实体、模型简化(Simplify)、面提取、拔锥、特征引用，阵列、特征顺序调整、特征树等工具。5. UG NX自由曲面建模UG NX提供了自由曲面建模、自由曲面特征编辑以及自由外形变换等建模功能。通过自由曲面建模，可以方便地生成曲面片体和实体模型，并且通过自由曲面编辑功能可以方便的实现复杂曲面零部件模型的编辑。五、实验内容、原理与步骤1. 实验内容分组进行如下压铸件成型特征分析

5、，采用UG NX提供的建模方法，建立压铸件基本模型，并采用UG NX特征建模方法完成脱模斜度、圆角等压铸件局部特征生成和编辑。 （1）回转体压铸件设计实例 塔轮压铸件 整流罩压铸件 手轮压铸件 罩盖压铸件图1-3 回转体压铸件（2）板类与杆类压铸件设计实例 盖板压铸件 桥形柄压铸件 曲柄压铸件图1-4 板类与杆类压铸件（3）实体类压铸件设计实例 轴座压铸件 一慢盘压铸件 汽化器压铸件图1-5 实体类压铸件2. 压铸件设计原理压铸件成型特征提取方法与设计原理如图1-6所示：图1-6 压铸件设计原理3. 实验步骤采用UG NX提供的建模方法，进行压铸件设计的步骤如图1-7 图1-8所示： 图1-7

6、 气动刮水器盖压铸件模型 图1-8 气动刮水器盖压铸件建模方法六、实验结果及讨论（1） 如何设计压铸件壁厚？压铸件的合理壁厚取决于铸件的具体结构、压铸合金的工艺性能和压铸工艺参数等诸多因素。壁厚过大时，不仅浪费原料，而且压铸件容易产生外表凹陷；壁厚不均匀则容易产生内部缩孔和裂纹；壁厚过小则成型时流动阻力大，对大型复杂压铸件难以充满模具型腔。因此，为了满足压铸件各项性能要求，压铸件壁厚设计应力求薄壁、均匀。压铸件的最小壁厚和正常壁厚一般根据压铸件面积确定，在通常工艺条件下，壁厚不宜超过4.5mm。（2） 如何设计压铸件加强筋？为了确保压铸件的强度和刚度，而又不至于使铸件的壁厚过大或过小，可在压铸

7、件的适当位置上设置加强肋。加强肋不仅可以避免压铸件的变形，还可以使金属流动畅通，改善成形时金属液的流动状态，消除由于金属过分集中而引起的缩孔、气孔和裂纹等缺陷。加强筋与压铸件壁厚之间存在如下尺寸关系：，；，；，。式中：s为压铸件壁厚；b为加强筋大端宽度；h为加强筋高度；ho为铸件侧壁高度。（3） 如何设计压铸件铸造圆角？在压铸件设计中，铸件的转角处应尽可能采用圆弧过渡。这样可以避免应力集中，提高压铸件的强度，改善金属液的充填、流动状态，并有利于压铸件脱模。压铸件铸造圆角半径一般为0.5mm 3.0mm。（4） 如何设计压铸件脱模斜度？压铸件的脱模斜度与铸件几何形状、高度或深度、壁厚以及铸件表面

8、质量和尺寸精度等因素有关。在允许的范围内，为了便于脱模，所设计的压铸件内外壁应有足够的脱模斜度。压铸件精度要求较高时，应选用较小的脱模斜度；压铸件形状复杂，不易脱模，应选用较大的脱模斜度。对于压铸件非配合外表面和内表面而言，锌合金压铸件最小脱模斜度为015 045；铝、镁合金压铸件最小脱模斜度为030 1；铜合金压铸件最小脱模斜度为1 130。（5） 如何设计压铸件铸孔？由于在压射、充填过程中，液态金属流动产生的冲击力，以及金属凝固、成形在模具型芯周围所产生的不均匀收缩力，可能使成形铸孔的模具型芯产生弯曲、变形，甚至损坏，因此，压铸件孔径和孔深不宜过小和过深。通常，锌合金压铸件最小孔径和最大孔

9、深约为1.5mm和6.0mm；铝合金压铸件最小孔径和最大孔深约为2.5mm和7.5mm；镁合金压铸件最小孔径和最大孔深约为2.0mm和8.0mm；铜合金压铸件最小孔径和最大孔深约为4.0mm和8.0mm。在设计压铸件上各种孔(如通孔、盲孔、螺纹孔)的位置时，应不影响压铸件的强度，并应尽量不增加模具制造的复杂性。铸件孔的形状宜简单，孔与孔之间、孔与壁之间应保持一定的距离。七、思考题1. 压铸成型原理，分析压铸成型工艺过程。2. 压铸工艺优点及存在问题。3. 影响压铸件精度的因素有哪些？（签名）李建英实验二、压铸模设计一、实验目的与基本要求1. 培养学生运用相关技术和知识进行压铸模具开发与设计模具

10、结构能力和工程实践能力；2. 了解压铸工艺和压铸件对压铸模具结构设计的要求；3. 掌握压铸模具基本结构设计方法；4. 要求采用CAD/CAM软件，遵循压铸模具设计原则，完成典型压铸模具分型面设计，并给出浇铸系统和模具结构设计方案。二、主要仪器设备及软件计算机、路由器、网线、移动硬盘、绘图仪、UG NX。三、主要消耗材料光盘、打印纸、图纸、墨盒等。四、实验内容与设计步骤1. 压铸模具分型面设计采用UG NX提供的建模方法，创建压铸模具分型面，并对浇铸系统和压铸模具结构设计方案进行分析。（1） 压铸件模具分型面设计实例1 （1）压铸件的最大外轮廓 （2）水平分型面图2-1 分型面设计方案1 （1）

11、压铸件的最大外轮廓 （2）水平分型面图2-2 分型面设计方案2（2） 压铸件模具分型面设计实例2 （1）创建分型线 （2）创建分型平面 （3）最大外轮廓干涉检查图2-3 整流罩分型面的创建（3） 压铸件模具分型面设计实例3 （4）主分型面 （5）辅助分型面图2-4 轴座分型面的创建2. 浇铸系统设计方案分析浇注系统按金属液进入型腔的部位和内浇口的形状，大体可分为下列几种类型：侧浇口、中心浇口、顶浇口、环形浇口、缝隙浇口和点浇口等。各种类型浇注系统应根据压铸件结构特征进行选择和设计。（1）侧浇口结构特点侧浇口适应性强，可按压铸件的结构特点，布置在压铸件的内、外侧，模具结构紧凑，；为了改善充填条件

12、，可设置辅助性的外侧分支浇口；适用压铸件主要形状特征沿脱模方向尺寸较小，且径向尺寸存在较大差异的模具及多腔模。（2）中心浇口结构特点金属液从型腔中心部位导入引向分型面，有利于排气；金属液流程短、模具结构紧凑、浇注系统金属消耗少，适用于压铸件主要形状特征径向尺寸较大的单型腔压铸模具。（3）顶浇口结构特点直浇道与铸件连接处即为内浇口，其截面积较大，有利于静压力的传递；金属液流程短，分配均匀，充填及排气条件较好；直浇道底部不能设置分流锥，金属液直接冲击模具表面，影响使用寿命；适用于压铸件主要形状特征沿脱模方向尺寸较大的单型腔压铸模具。（4）环形浇口结构特点金属液沿型壁充填型腔，流路顺畅，避免正面冲击

13、型芯，排气条件良好，有利于提高铸件内部和表面质量，延长模具使用寿命；浇注系统金属消耗量较大；适用于压铸件主要形状特征为回转体，且沿脱模方向尺寸较大单型腔压铸模具。（5）缝隙浇口结构特点内浇口设置在型腔深处，成长条缝隙顺序充填，排气条件较好；模具结构复杂；适用于压铸件主要形状特征沿脱模方向尺寸较大的单型腔压铸模具。（6）点浇口结构特点金属液由铸件的顶部充填型腔，流程短且均匀；金属液导入型腔处，直接受到冲击，容易产生飞溅和粘模现象，影响铸件质量；模具结构复杂；适用于主要形状特征对称，且沿脱模方向尺寸较小的薄壁类压铸件。3. 压铸模具结构设计方案分析压铸模是由定模和动模两个主要部分组成的。定模固定在

14、压铸机定模安装板上，与压铸机压射机构的压室连接。动模安装在压铸机的动模安装板上，并随压铸机动模安装板移动而与定模实现合模或开模。压铸模结构如图2-5所示。1-螺母 2-螺杆 3-限位块 4-支撑块 5-滑块 6-斜导柱 7-垫块 8-支撑板 9-动模座板 10-导套 11-导柱 12-限位钉 13-复位杆 14-推杆 15-推板 16-推杆 17-限位钉 18-限位钉 19-推杆 20-固定板 21-螺栓 22-导套 23-锁紧块 24-定模板 25-定模座板 26-定位销 27-型芯 28-动模镶块 29-定模镶块 30-动模镶块 31-浇口套 32-导柱图2-5 压铸模具结构及其组成4.

15、分型面设计步骤根据压铸模具分型面设计原则，采用UG NX提供的建模方法，进行压铸模具分型面设计步骤如图2-6所示：图2-6 压铸模具分型面设计流程五、实验结果及讨论1. 模具分型面设计压铸模具动模和定模的接触表面即为模具分型面。模具分型面是使压铸件成型后脱离模具的表面，因此，压铸件各形状特征沿脱模方向的最大轮廓曲线必位于模具分型面上，且一般脱模方向垂直于模具分型面，如图2-7所示： （1）压铸模具分型面 （2）压铸件脱模方向图2-7 分型面与压铸件脱模方向模具通常只有一个分型面，但对于结构复杂压铸件，为了满足压铸生产的工艺要求，往往需要增设一个或两个辅助分型面，因此，每套模具可能有一个或多个分

16、型面。2. 模具分型面设计影响因素模具分型面对模具的结构和压铸件质量有较大影响，在设计模具分型面时一般应考虑以下因素：压铸件的技术要求；浇注系统的布置；溢流、排气条件；模具基本结构及动、定模脱模阻力的大小；压铸机规格与压铸工艺条件；压铸件的生产批量；压铸生产的自动化程度。3. 模具浇铸系统结构金属液在压力作用下充填型腔的通道称为浇注系统。它是从压室开始到内浇口为止的进料通道的总称，一般由四部分组成：直浇道、横浇道、内浇口、余料，如图2-8所示。图2-8 浇注系统结构4. 压铸模具结构及其功能根据压铸模具各组成部分实现的功能，压铸模具由以下几个部分组成：（1） 浇注系统：是沟通模具型腔与压铸机压

17、室的部分，即熔融金属进入型腔的通道。该系统在定模和动模合拢后形成，对填充和压铸工艺十分重要。（2） 溢流与排气系统：排除压室、浇道和型腔中的气体的通道，一般包括排气槽和溢流槽，而溢流槽又是储存冷金属和涂料余烬的处所，一般开设在成型工作零件上。（3） 成型工作零件：定模镶块和动模镶块合拢后，形成压铸件内外表面的零件称为模具成型工作零件。成型工作零件包括固定镶块、活动镶块和型芯（件27、28、29、30）。（4） 抽芯机构：抽动与开合模方向不一致的活动型芯的机构，合模前、后完成插芯动作，在压铸件推出前完成抽芯动作（由件1、2、3、4、5、6、23构成）。（5） 推出、复位机构：克服保紧力作用，将压

18、铸件从模具中脱出，并完成推出元件复位的机构（由件10、11、13、14、15、16、19、20构成）。（6） 导向机构：引导动、定模开模和合模运动的机构（由件22、32构成）。（7） 模具支承与固定零件：包括各种套板、座板、支撑板和垫块等模具结构件，其作用是将模具各部分按一定的规律加以组合和固定，并使模具能够安装到压铸机上（件4、8、9、12、21、24、25、26等）。（8） 模具加热与冷却系统：因压铸件的形状、结构和质量上的需要，在模具上设置的冷却和加热装置。六、思考题1. 压铸模设计时应遵循哪些原则？2. 压铸模具分型面设计应遵循哪些原则？3. 侧浇口与中心浇口有何不同？ （签名）李建英