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1、河北工程大学毕业设计 1 第 1 章 绪论 1.1 摩托车车轮发展概况 随着工业的飞速发展，摩托车工业也快速的壮大起来，摩托车成为了人们出行所使用的主要交通工具之一。尤其是在发展中国家里，摩托车的拥有数量非常庞大。在我国各大城市里，摩托车已经成为许多家庭的主要交通工具。正是由于摩托车市场的庞大的需求量，从而促使了摩托车企业的快速发展，制造摩托车的工艺也在不断进步。摩托车车轮是摩托车中极其重要的部件之一，它的质量好坏直接影响着摩托车行驶的安全和可靠。早期的摩托车速度较低，其车轮结构为刚性连接，轮胎为高压胎。随着轮胎及车轮技术的发展，低压轮胎逐渐取代了高压轮胎。与此同时，低压轮胎又出现了无内胎轮胎
2、。目前，摩托车车轮主要有三种结构形式：轮圈辐条组合式车轮、辐板式整体车轮和轻合金车轮。轮圈辐条组合式车轮是一种传统的结构型式，该种车轮与早期刚性连接的车轮相比，减震性能较好。但是，这种车轮受结构的限制，车轮的外形变化比较困难，不能适应摩托车外观造型日新月异的需要。并且由于这种结构车轮受轮圈冲孔的限制，不能装配无内胎轮胎，使它的发展大受影响。辐板式整体车轮分为辐板式整体钢车轮和辐板式整体铝车轮。辐板式整体钢车轮主要用于中、低挡小轮摩托车。其钢制轮圈的工艺方法是用钢板卷制后焊接成型，使用一段时间后，焊接部位易生锈造成无内胎车轮漏气。辐板式整体铝车轮有质量小、铝辐板形状容易变化等优势。另外，铝合金轮
3、圈和铝辐板通过表面处理后，可以形成车轮所需要的各种颜色，满足了消费者对多种颜色的需求。轻合金车轮是一种整体式车轮，主要有铝合金车轮和镁合金车轮。镁合金车轮具有比铝合金车轮更诱人的潜在优势。虽然目前镁合金车轮已经开始应用于摩托车，但主要局限于赛车上，它不能像铝合金车轮那样进行大批量生产，其主要是因为：1)镁与氧气有极大的亲和力，在液态下镁可以剧烈氧化和燃烧，在熔炼和整个铸造过程中必须在保护性气氛的覆盖下进行，否则会发生燃烧事故。而目前的保护性气氛都涉及环保问题，不仅会破坏大气臭氧层，而且对人体危害性较大，且极易损坏设备和建筑物。2)镁合金的化学稳定性差，车轮在使用过程中极易发生腐蚀现象。3)目前
4、，尚无公认的适合大批量生产的成套镁合金加工设备和工艺。铝合金的初次登场是在 50 年代，铝合金车轮首次被用于追求高性能的赛车中。因为铝合金车轮质量轻、散热性能好，并且具有良好的外观，所以，铝合金车轮逐步代替了钢制车轮。铝合金车轮具有以下特点：河北工程大学毕业设计 2 1)散热快、安全。由于轿车在高速行驶时，轮胎与地面摩擦会产生较高的温度，制动盘和制动片摩擦会产生较高的温度，在这样的高温作用下，轮胎和制动片均会加速磨损和老化，制动效率下降，轮胎气压升高，易造成爆胎和刹车失灵的事故。铝合金的传热系数比钢材大 3 倍，可将轮胎和制动盘上产生的热量迅速传导到空气中去，避免了轮子在高速运转下产生的种种弊
5、病，从而增强了制动效能、提高了轮胎和制动盘的使用寿命、有效的保障了汽车的安全行驶。2)重量轻、节能。铝材比重比钢材小，平均每只铝合金车圈比钢质车圈要轻 2 公斤左右，一辆轿车以 5 只车轮（包括一只后备车轮）计算可减轻重量 10 公斤。减轻重量也就意味着节省燃料。3)舒适性好。铝合金车圈是精密的铸造件，精加工表面达到 80到 90，失圆度和不平衡很小，特别是铝合金的弹性模数较小，抗振性好，能减少行驶中的车身振动，提高了整车的舒适性。4)外观漂亮。铝合金车圈外表是经抗腐蚀处理再静电粉体涂装，它可以铸成各种花式外形，让人感到有一种美观、精致和豪华的感觉。有车族往往不惜重金更换自己中意的花式外形。基
6、于铝合金材料有众多的优点，我国摩托车工业也主要是生产铝合金车轮，本课题也采用应用广泛的铝合金材料做为摩托车轮毂的材料。1.2 我国压铸技术的发展 压铸工艺是一种高效率的少、无切削金属的成型工艺，从 19 世纪初期用铅锡合金压铸印刷机的铅字至今已有 150 多年的历史。由于压铸工艺在现代工业中用于生产各种金属零件具有独特的技术特点和显著的经济效益，因此长期以来人们围绕压铸工艺、压铸模具及压铸机进行了广泛的研究，取得了可喜的成果。中国压铸业不断追求技术进步，不断追求高品质生产。压铸总体水平与国外先进水平相比虽有差距，但从某些经常用来评价压铸技术水平的指标来看，这种差距正在缩小。压铸是一个高度依赖技
7、术经验的行业，中国压铸专业人员不足、整体技术素质偏低。无国界的市场，使我国压铸企业面临发展壮大的机会，同时也面临着日益激烈的竞争风险。人才是企业生存和发展的根本，企业要不断地学习运用先进的生产技术，必须培养高素质的技术和管理人才。只有这样，才能使中国压铸业取得更大进步。1.3 压力铸造基本知识 1）压力铸造原工艺过程 河北工程大学毕业设计 3 压力铸造（简称压铸）是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入铸型中，并在压力下凝固而获得铸件的方法。压铸所用的压力一般为3070MPa，充型速度可达 5100m/s，充型时间为 0.050.2s。金属的压力铸造广泛用于汽车、冶金、机电、建材等行业。目前
8、90%的镁铸件和 60%的铝铸件都采用压力铸造成型。金属液在高压下以高速填充铸型，并在压力下冷却，是压铸区别于其他铸工艺的重要特征。压力铸造的主要工序可分为：合型、压射、顶出三个阶段。压铸机的主要结构简图如图下所示。图 1.1 压铸机主要结构简图 1拉杆；2合模座；3动模座；4定模座；5压铸模 1.4 压力铸造的特点 1）优点 生产率高，压铸机没小时可压铸 50150 次，甚至有的可达 500 次；便于实现自动化或半自动化；铸件的尺寸精度高，标准公差可达 IT811；表面粗糙度低，Ra=0.83.2,可直接铸造出螺纹；由于在压力下凝固，且速度快，因此，铸件晶粒细小、表面紧实、强度和硬度高；便于
9、采用镶铸法（嵌铸法）。2）缺点 压铸时由于液态金属填充速度高，液态不稳定，故采用一般压铸法时，铸件易产河北工程大学毕业设计 4 生气孔，不能进行热处理；对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低；不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。1.5 压铸应用范围和注意要点 压铸是实现少无切削加工的精密铸造技术，在汽车、航空、仪表、国防等工业部门广泛用于非铁金属的小型、薄壁、形状复杂件的大批量生产。铸件壁厚均匀，以 3-4mm 的壁厚为宜，最大壁厚应小于 8mm，以防止缩孔、缩松等缺陷。铸件不宜进行热处理或在高温下工作，以免铸
10、件内气孔中的气体膨胀而导致铸件变形或断裂。由于内部疏松，铸件塑性和韧性差，故它不适合于制造受冲击的零件。铸件应尽量避免机械加工，以防内部孔洞外漏。河北工程大学毕业设计 5 第 2 章 压铸件的工艺分析与设计 2.1 压铸件的工艺分析 图 2.1 铸件 本课题中铸件如图 2-1 所示铸件的材料牌号为：ZL104。其合金牌号为：ZAlSi9Mg 该合金的铸造性能好，无热裂倾向、气密性高、线收缩小；但形成针孔的倾向较 大熔炼工艺较复杂。合金的耐蚀性好，切削加工性和焊接性一般。铸造铝合金对 各种铸造工艺的适应性都很好，可以用于砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、壳型铸造、低压铸造、压铸、连续铸造等。同一牌
11、号的合金，用不同工艺铸造，其力学性能有所不同。ZL104 属于铝硅合金，铝硅合金有良好的铸造性能，经变质处理和热处理后，有良好的力学性能和耐蚀性能，是应用最广的铝合金。2.2 压铸件的设计 2.2.1 零件轮辋的主要形式 轮辋是摩托车轮毂与外轮胎直接接触的部件，它的几何形状较为复杂，并且已经形成了统一的标准。根据国家标准，摩托车轮辋系列 GB1320291，轮辋的类型分很多种，河北工程大学毕业设计 6 主要有圆柱型（WM 型）、5斜底式（MT 型）、斜底式（边式）、对开槽式以及深（槽）式。本课题要求为圆柱型轮辋如下图所示：图 2-2 轮辋 圆柱型胎圈座轮辋轮廓尺寸（WM 型轮辋）见下表：轮辋名
12、义宽度代号 A0.15.0 Bmin C G0.5 H0.15.0 Pmin R1min R2 R3max R4min R5min 1.10 28.0 5.0 50 7.0 7.0 3.0 1.5 5.5 1.5 5.0 7.0 1.20 30.5 5.5 5.5 9.0 6.0 1.35 34.0 6.5 6.0 10.0 7.5 3.5 2.0 6.5 1.40 36.0 8.0 10.0 1.50 38.0 7.5 6.5 10.5 8.0 4.0 2.0 7.0 2.0 5.5 11.5 1.60 40.5 7.5 12.0 4.5 8.0 6.0 13.0 1.85 47.0 8.5
13、 10.5 14.0 9.0 5.0 12.5 7.0 15.0 2.15 55.0 7.5 18.5 2.50 63.5 9.5 3.0 19.河北工程大学毕业设计 7 2.75 70.0 10.5 12.0 11.0 3.0 0 3.00 76.0 该课题中轮辋 R5=10mm、G=10.2mm、A=40.6mm、B=5mm。2.2.2 轮毂零件的分析 轮毂零件图如下图所示：由零件图可以看出，该轮毂虽然结构较为复杂，但它的对称度很好，轮辋采用圆柱型（WM 型）。轮毂有七个成 51.43的条幅，轮毂中部设有花键连接，整体壁厚没有非常薄的地方，铸造性良好，且容易出模。该轮毂的轮辋与轮盘整体成型
14、，是一件式铝轮毂。(a)(b)图 2.3 轮毂零件(a)及三维图(b)2.2.3 压铸件的尺寸精度 压铸件的尺寸精度取决于压铸件的设计、模具结构以及模具制造的质量。通常压铸件的尺寸精度比模具的精度低 34 级。压铸件的尺寸稳定性取决于工艺因素、操作条件、模具修理次数及其使用期限等各个方面。压铸件的尺寸精度一般按机械加工精度来选取，在满足使用要求的前提下，尽量选取较低的精度等级。此外，同一压铸件上下部同部分的尺河北工程大学毕业设计 8 寸可按照实际使用要求选取不同的精度，以提高经济性。1)长度尺寸 压铸件能达到的尺寸公差及配合尺寸公差等级由压铸工艺与模具设计表 25 得铝合金为 1213 级 配
15、合尺寸公差等级为 14 级。2)厚度尺寸 壁厚、肋厚受到分型面和活动成形零件的影响选取0.04mm。3)表面粗糙度 铸件的表面粗糙度取决于压铸模成形零件型腔表面的粗糙度，通常压铸件的表面粗糙度比模具相应成形表面的粗糙度高两个等级。本模具为新模，压铸件的表面粗糙度应为 GB 10311983 的 Ra2.50.63um。4)加工余量 机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，
16、铸件的不同加工表面，可以采用相同的加工余量数值。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 453.7，由压铸工艺与模具设计，选取加工余量等级为 DF，则根据直径 453.7 查表 214，选取机加工余量为单边 1.2mm。在铸件的个别地方有些余量比 1.2mm 小，这种情况根据实际情况而定。河北工程大学毕业设计 9 第 3 章 压铸工艺 3.1 压力 压力是使压铸件获得致密组织和轮廓的重要因素，压铸压力有压射力和压射比压两种形式。3.1.1 压射力 压射力是压铸机压射机构中推动压射活塞运动的力.它是反映压铸机功能的一个主要参数，压射力的大小,由压射缸的截面积和工作液的压力所决定.。
17、公式如下：F=P 24D 31 式中：F压射力-压射力(N-牛)P压射油缸-压射油缸内工作液的压力(Pa-帕)D压射缸的直径(m-米)=3.1416 经计算的 F=38423.46N 3.1.2 比压及其选择 压射比压是压室内金属液单位面积上所受的力，即压铸件的压射力与压射冲头戴面积之比。充填时的比压称压射比压，用于克服金属液在浇注系统及型腔中的流动阻力，特别是内交口处的阻力，使金属液在内浇口处达到需要的速度。压射比压可按下式计算：24ybFpd 32 式中：bp压射比压，Pa d压射冲头或压室直径，m 河北工程大学毕业设计 10 表 3.1 压射比压的选择 合金 铸件厚度3mm 铸件厚度3m
18、m 结构简单 结构复杂 结构简单 结构复杂 锌合金 30 50 50 60 铝合金 25 50 45 80 镁合金 30 50 50 80 铜合金 50 70 80 110 3.2 速度 压铸过程中，速度受压力的直接影响，又与压力共同对内部质量、表面轮廓清晰度等起重要作用。3.2.1 压射速度 压射速度又称冲头速度，它是压室内的呀射冲头堆动金属液的移动速度，也是压射冲头速度。如下表：表 3.2 压铸件平均壁厚与填充时间及内浇口的速度 压铸件平均壁厚/mm 填充时间/ms 内浇口速度/(m/s)1 1014 4655 1.5 1420 4455 2 1826 4250 2.5 2232 4048
19、 平均壁厚为 2.5mm，取填充时间为 30ms，内浇口速度为 40m/s。由以下公式：241(1)0.1Vnud t 33 式中：u压射速度 V型腔容积 n型腔数 d压射冲头直径 t填充时间 经计算的 u=22cm/s 河北工程大学毕业设计 11 3.3 温度 合金浇注温度是指金属自压室进入型腔的平均温度。由于对压室内的金属液温度测量不方便，通常用保温炉内的金属液温度表示。3.3.1 合金浇注温度 合金浇注温度是指金属液自压室进入型腔的平均温度。由于对压室内的金属液温度测量不方便，通常用保温炉内的金属液温度表示。浇注温度高能提供金属液流动性和压铸件表面质量，但同时影响模具寿命。各种压铸合金的
20、浇注温度如下表所示：表 3.3 各种压铸合金的浇注温度 合金 铸件厚度3mm 铸件厚度3mm 结构简单 结构复杂 结构简单 结构复杂 锌合金 含铝 420440 430450 410430 420440 含铜 520540 530550 510530 520540 铝合金 含硅 610650 640700 590630 610650 含铜 630650 640720 600640 620650 含镁 640680 660700 620660 640680 镁合金 640680 660700 630660 640680 铜合金 普通黄铜 870920 900950 850900 870920 硅
21、黄铜 900940 930970 890920 900940 由图可知含硅的铝合金壁厚在 36mm 可取 620。3.3.2 模具的温度 在压铸过程中，模具需要一定的温度，模具的温度是压铸工艺中又一重要的因素，它对提高生产效率和获得优质铸件有着重要的作用。模具温度的选择，应根据铸件的形状大小和结构特点，合金的性质与浇注条件等各个方面的因素综合考虑。推荐的模具的预热温度及工作温度如下表所示：表 3.4 推荐的模具工作温度表 合金类型 模具预热温度（）模具工作温度（）锌合金 120160 160200 镁合金 150180 180250 铝合金 150180 180260 铜合金 200250 2
22、50300 河北工程大学毕业设计 12 取模具预热温度为 150，工作温度为 200。3.4 压铸机的选择 3.4.1 压铸机的分类 压铸机通常按压室的手热条件的不同分为冷压室压铸机和热压室压铸机两大类。冷压室压铸机又因为压室和模具放置的位置和方向不同分为卧式、立体式和全立式 3 种。3.4.2 压铸机的选用 1）卧式室压铸机的特点 冷室压铸机规格型号全面，对产品尺寸及合金种类的适应范围广，生产操作简便，生产效率高，可与自动化周边设备联机实现自动化生产，压射行程的分段控制、调节容易实现，对不同要求的压铸件工艺的满足性好。2）热压铸机的特点 热室压铸机结构简单，操作方便，易于实现自动化生产；不需
23、要浇铸程序，工序简单，生产效率高；热损失少，金属损耗少；金属液始终在密闭通道中，氧化夹杂物不易卷入，进入型腔的金属液干净，铸件质量好；压射比压小，压射过程中没有增压段；压室、冲头、鹅颈管、喷嘴等热作件寿命短，更换不方便。3）立式压铸机的特点 立式压铸机的金属液压射过程中卷入气体少；方便于中心浇铸系统设置；维修与操作麻烦，生产过程中有切断和料饼推出程序，生产效率低；以中小型机为主，生产过程中用量较少；目前立式压铸机主要用于电机转子等特殊产品的压铸生产。随着卧室冷室压铸机压射性能的不断提高，为提高生产效率，目前微电机转子已越来越多的采用卧式冷室压铸机生产。3.5 压铸机锁模力的计算 压铸时，为保证
24、铸件尺寸精度和内部质量，并防止金属飞溅，必须锁紧模具分型面。应按模具计算锁模力，选用压铸机。计算公式如下：FsFfa)河北工程大学毕业设计 13 fF=pA p=4Fy/D2y afF=pA1tan 41 式中：Fs需压铸机锁模力（N)；K系数，一般取 11.3，壁薄复杂件取大值；fF压铸时的反压力（N);afF有横抽芯时作用于滑块禊紧面上的法向反压力(见下图(N);p压铸机压射比压（下表)(MPa);A铸件、浇注系统、余料、溢流槽在分型面上投影面积的总和（mm2);Fy压铸机压射力（N);Dy压室直径（mm);A1活动型芯成形端面投影面积总和（mm2);表 3.5 常用压射比压（MPa)合金
25、 铸件厚度3mm 铸件厚度3mm 结构简单 结构复杂 结构简单 结构复杂 锌合金 30 50 50 60 铝合金 25 50 45 80 镁合金 30 50 50 80 铜合金 50 70 80 110 经计算的 Fs=1953.42KN 由下表可查：河北工程大学毕业设计 14 表 3.6 压铸机的常见参数 压铸机的常见参数 选用 J1125C 型压铸机 3.5.1 合模距离的校核 每台压铸机都有最小合模距离 Hmin 和最大开模距离 Hmax 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
26、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。由下式：min12Hhh max123410Hhhhhmm 3410Lhhmm 42 式中：Hmin压铸机最小合模距离（mm）；maxH压铸机最大开模距离（mm）；河北工程大学毕业设计 15 L压铸机动模座板的行程（mm）；1h定模部分的厚度（mm）；2h动模部分的厚度（mm）；3h铸件推出距离（mm）：4h铸件及浇道总高度（mm）；经计算合理 河北工程大学毕业设计 16 第 4 章 压铸模的设计 4.1 压铸模的基本结构 压铸模由定模和动模两部分组成。定模固定在压铸机定模安装板上，定模上有形成直浇道的浇
27、口套，浇口套与压铸机的喷嘴或压室相接；动模固定在压铸机动模安装板上，并随动模安装板作开合模移动。合模时，动模与定模闭合构成型腔和浇注系统，金属液在高压下充满型腔。开模时，动模与定模分开，借助设在动模上的推出机构将压铸件推出。压铸模的结构组成较复杂，结构形式多种多样，图 1.1 所示模具为典型压铸模的结构组成，根据模具上各个零件所起的作用，压铸模分为以下几个部分：4.1 压铸模的结构组成 1定模板；2螺钉；3锁紧块；4斜滑块；5螺钉；6定模镶块；7封水环；8浇口套；9动模型芯；10分流锤；11导柱；12导套；13垫块；14推杆固定板；15复位杆；16推板；17动模座板；18定模镶块；19止水环：
28、20推杆；21动模型芯；22动模板；23、24、25螺钉；26滑块推拉杆；27气缸 河北工程大学毕业设计 17 4.2 分型面的选择 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、铸造工艺条件、铸造模具的结构和制造成本、模具的热平衡等因素，这些因素难以兼顾，故应综合这些因素来考虑分型面的确定。选择分型面应注意如下要点：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。另外，分型面有
29、如下分类。1)在单分型面类别中又分为直线型、倾斜型、折线型以及曲线型分型面。2)在多分型面中又分为双分型面、三分型面以及组合分型面 根据以上选择分型面的方法，选择铝合金铸件的分型面如下图所示：图 4.2 分型面示意图 上图所示的是铸件模具的分型面示意图。图中黑色粗线代表了分型面，这种设计对本铸件来说比较合适。上、下模具在分模时均不会影响铸件，且分型面在铸件断面轮廓较大的地方，属于直线型单分型面。另外，分型面在上、下模内的深度也不深，有利于铝合金液体河北工程大学毕业设计 18 顺畅的进入型腔，这样设置模具结构简单。4.3 浇注系统 浇注系统的结构。浇注系统主要由直浇道、横浇道、内浇口、和余料组成
30、。压铸机的不同，浇注系统就有所不同。本课题选用下图浇注系统：图 4.3 浇注系统结构 1直浇道 2横浇道 3内浇口 1）口位置的确定 由于铸件的几何中心有通孔，所以采用中心浇口。2）浇口设计 内浇口是浇注系统最终的一段，直接与型腔相通。它的作用是使横浇道输送的低速金属液变为高速输入型腔中，并使之形成理想的流态而顺序地填充至型腔。内浇口的位置、形状和大小可以决定金属液的流速、流向和流态，对铸件质量有直接关系。薄的内浇口，金属液流速高，对填充薄壁和形状复杂零件有利，能获得外形清晰的铸件。但过薄会使金属液呈喷雾状高速流入型腔，与空气混合在一起，金属液滴与型腔接触后很快地凝固，在铸件表面形成麻点和气泡
31、，并由于冲刷型面，容易和型腔产生黏附现象；内浇口增厚，金属液流入速度相对降低，有利于排除型腔中的气体及传递静压力，使铸件结晶致密，表面粗糙度低。但内浇口过厚会使流速过分降低，延长填充时间，金属液河北工程大学毕业设计 19 温度下降，使之与型腔接触表面形成硬皮，造成铸件轮廓不清晰，成型不良，并给切除浇注系统时增加困难。内浇口的尺寸确定可由以下公式算的：ggGAv t 51 式中：gA内为内浇口断面积(mm2)为铸件质量(克)为液态金属密度(g.cm-3)gv为内浇口金属液的流速，m/s 为填充型腔时间(S)不同材料的铸件均不一样。表 4.1 液态金属密度值 合金种类 铅合金 锡合金 锌合金 铝合
32、金 镁合金 铜合金 3/.r g cm 8.10 6.67.3 6.4 2.4 1.65 7.5 表 4.2 不同情况下的流动值 比压2.kg cm 壁厚/mm 1.4 4.8 8 流速1/.v ms 1000 7.5 6 4.5 表 4.3 不同情况下的填充时间值 合金种类 铸件厚度 均匀 不均匀 时间 T/s 铅合金、锡合金 0.072 0.108 锌合金 0.060 0.090 河北工程大学毕业设计 20 铝合金 0.054 0.081 镁合金、铜合金 0.048 0.054 表 4.4 内浇口厚度可参考下表 铸件壁厚/mm 0.61.5 1.53 36 6 合金种类 复杂件 简单件 复
33、杂件 简单件 复杂件 简单件 为铸件厚度%内浇口厚度/mm 锌合金 0.40.8 0.41.0 0.61.2 0.81.5 1.02.0 1.52.0 2040 铝合金 0.61.0 0.61.2 0.81.5 1.01.8 1.52.5 1.83.0 4060 镁合金 0.61.0 0.61.2 0.81.5 1.01.8 1.52.5 1.83.0 4060 铜合金 0.81.2 1.01.8 1.02.0 1.83.0 2.04.0 4060 由以上算出gA0.02432m 3）直浇道设计 直浇道是传递压力的首要部位。卧室冷压室压铸机用直浇道设计：1、卧式冷压室压铸机用直浇道是由压室和浇
34、口套形成。2、压室和浇口套可以制成整体，也可以分别制造。若为后者，压室是压铸机的附件，浇口套装在定模上随压铸零件不同而不同。图 4.4 卧室压铸机直浇道 河北工程大学毕业设计 21 a直浇道结构 b直浇道起模斜度 1压室 2浇道套 3分流器 4余料 直浇道设计要点有及注意 浇道的直径 D 根据压铸件所需的压射比压和压室充满度确定 直浇道厚度 H，一般取直径 D 的 1/31/2。浇口套靠近分型面一端在长度 15 25mm 范围的内孔上加工出 130 2 的脱模斜度。与直浇道相连接的横浇道一般设置在浇口套的上方，防止金属液在压射前流入型腔。当卧式冷压室压铸机采用中心浇口时，直浇道的设计同立式冷压
35、室压铸机。要求直浇道位于浇道套内孔的上方，防止金属液在压射前流入型腔。浇口套和分流锥结构和尺寸可参照相关手册。已知根据压射比压和压室充实度来选择内径D。压铸机型号为J1125C则压室直径为60mm，浇口套长度计算为90mm。4）横浇道的设计 横浇道是连接直浇道和内浇口的通道。作用：把金属液从直浇道引入内浇口内；横浇道中的金属液还能改善模具热平衡，在压铸件冷却凝固时起到补缩与传递静压力的作用直浇道是传递压力的首要部位。横浇道的结构形式:横浇道的结构形式和尺寸，主要取决于压铸件的形状、大小、型腔个数，以及内浇道的形式、位置、方向和流入口的宽度等因素。本课题选横浇道如下图所示：河北工程大学毕业设计
36、22 图 4.5 横浇道 横浇道的截面形状和尺寸可按下表进行选择：表 4.5 横浇道尺寸计算 由横浇道的长度计算公式：L=0.5h+（2535）mm 式中：L横浇道长度，mm h直浇道导入口处直径，mm 经计算的 L=38mm 4.4 成形零件的设计 在压铸模结构中，构成成形空腔以形成压铸件几何形状的零件称为成形零件。这些零件的质量决定了压铸件的质量和精度。本设计采用整体镶块组合方式。4.4.1 模具镶块的设计 河北工程大学毕业设计 23 镶块固定时必须保持与相连的构件有足够的强度和稳定性，并且便于加工和装卸，绝大多数镶块是安装在动、定模套板内，其形式有通孔和不通孔两种形式。在动、定模套板上，
37、镶块安装孔的形状和大小要一致，这样便于两块套板配做加工，容易保证两孔的形位公差要求。镶块在分型面上的布置是根据型腔的排布形式确定的。如下图所示：图4.6镶块结构 4.4.2成型件尺寸精度 1）成型零件的工作尺寸 成型零件的工作尺寸是指在模具中，用于形成压铸件内外轮廓的型腔和型芯的尺寸，是保证压铸件尺寸精度的关键。必须通过计算确定，而且选取合适的公差。压铸件的收缩率 由于压铸合金由液态至固态是一个收缩的过程，要想得到公称尺寸为 A 的压铸件，模具型腔的尺寸A就必须大于 A；二者的差值（AA）与公称尺寸 A 之比为收缩率，用表示。即：52 铸件结构不同，所用合金种类不同，其收缩率就不同，见下表：表
38、 4.6 压铸合金的综合收缩率 合金种类 A 自由收缩率 A 受阻收缩率 A 混合收缩率 铅锡合金 0.40.5 0.20.4 0.30.4 锌合金 0.60.8 0.30.6 0.40.6 100%AAA河北工程大学毕业设计 24 铝硅合金 0.70.9 0.30.7 0.50.7 铝镁合金 0.81.0 0.40.8 0.60.8 黄铜 0.91.1 0.50.9 0.70.9 铝青铜 0.11.2 0.61.0 0.81.0 压铸件收缩率的确定原则：1)结构复杂、型芯多的压铸件收缩率大，反之收缩率小。2)薄壁件收缩率小，厚壁件收缩率大。3)脱模温度越高，其收缩率越大。综上所述本课题铸件为
39、铝硅合金故取自由收缩率为 0.70.9，受阻收缩率 0.30.7，混合收缩率 0.50.7。4.4.3 成型尺寸的计算 成型零件的工作尺寸可分为五类，一是型腔尺寸；二是型芯尺寸；三是成型部分的中心距离和位置尺寸；四是螺纹型环尺寸；五是螺纹型芯尺寸。1）型腔尺寸 模具在使用中，随着反复的脱模，型腔被逐渐磨损，尺寸会变大，因此，计算型腔尺寸时，公称尺寸应使用铸件外形的最小极限尺寸。模具型腔尺寸按下式计算：00(0.7)DDD 53 00(0.7)HHH 54 式中：D和H型腔尺寸或型腔深度尺寸；D铸件长度变换后的公称尺寸；H铸件高度最小极限尺寸；铸件计算收缩率；铸件公称尺寸的偏差；成型部分公称尺寸
40、的制造偏差。则已知铸件收缩率为0.5%；要求精度为IT13，取=1/5。既有：1H=0.060(79.879.80.0050.70.3)=0.06080.0 1D=0.10453.7(453.70.0050.70.5)=0.10455.6 河北工程大学毕业设计 25 2D=0.10433.3(433.30.0050.70.5)=0.10435.1 动模镶块如下图所示 (a)(b)图4.7动模镶块零件图（a）及三维图（b）定模镶块如下图所示：(a)(b)图4.8定模镶块零件图（a）及三维图（b）河北工程大学毕业设计 26 2）型芯尺寸 由于型芯磨损后尺寸变小，在计算型芯尺寸时，应保持压铸件内形尺
41、寸接近最大极限尺寸。型芯尺寸计算公式：55 式中：d、h型芯尺寸或型芯高度尺寸；d、h铸件内形的最小极限尺寸；铸件计算收缩率；铸件公称尺寸的偏差；成型部分公称尺寸的制造偏差。则已知铸件收缩率为0.5%；要求精度为IT13，取=1/5。既有：1d=00.05(144.5144.50.0050.70.25)=00.05145 2d=00.05(49.949.90.0050.70.25)=00.0550 1h=00.05(69.869.80.0050.70.25)=00.0570.1 2h=00.05(109.8109.80.0050.70.25)=00.05110.1 3）型芯的结构设计 型芯也有
42、整体式和组合式之分，形状简单的主型芯和模板可以作成整体式。形状比较复杂多采用组合式型芯。本课题的型芯如下图所示：定模型芯 (a)00(0.7)ddd00(0.7)hhh河北工程大学毕业设计 27 (b)图 4.9 定模型芯的零件图（a）及三维图(b)动模型芯 (a)河北工程大学毕业设计 28 (b)图 4.10 动模型芯零件图（a）及三维图（b）4.5 溢流和排气系统 排溢系统和浇注系统在整个型腔充填过程中是一个不可分割的整体。排溢系统由溢流槽和排气槽两大部分组成。如下图所示：图 4.11 排溢系统简图 河北工程大学毕业设计 29 1型腔；2溢口；3溢流槽；4排气槽；5推杆；为了保证铸件外观品
43、质，使清除溢流凝料的切痕留在铸件内侧，溢流槽设在轮辐之间的三角孔处，溢流口设在轮缘内侧。利用各成型零件之间的间隙排气。4.6 推杆的设计和布置 1、推出机构的组成如下图所示：图 4.12 推出机构 1推管；2复位杆；3推杆；4挡钉；5推板导套；7推杆固定板；8推板导柱；（1）推出元件。推出机构中直接接触、推动铸件的零件称为推出元件。常用的推出元件有推杆、推管、推件板、成型推板等。（2）复位元件。复位元件的作用是使推出机构在推出铸件后，在合模状态时回复到推出铸件前的准确位置。复位元件一般为复位杆。（3）导向元件。导向元件的作用是保证推出机构按既定方向平稳可靠地往复运动，有时还承受推板等构件的重量
44、。（4）限位元件。限位元件保证推出机构在压射力作用下不改变位置，起到止退、限位作用。常用的限位元件有档钉、挡圈等。（5）结构元件。使推出机构各元件装配、固定成一个整体的元件为结构元件，如推板、推杆固定板、连接件等。2、推杆的选择 推杆推出端截面的形状受压铸件被推部分的形状和镶块镶拼结构的影响较大，常见的河北工程大学毕业设计 30 形状有圆形、正方形、矩形、半圆形。其中圆形制造最为方便，应用最为广泛。本课题选用的推杆如下图所示：图 4.13 推杆零件及三维图 3、推杆的尺寸计算 推杆推出压铸件时，压铸件尚处于高温状态，此时压铸件的强度低于室温时的须用强度。为避免推杆超出压铸件的最大受推力，顶坏压
45、铸件。推杆的截面积可按下式进行计算：56 式中：A推杆推出段端部的截面积，2mm tF推杆承受的总推力，10N n推杆数量；压铸件的许用强度，MPa（参考下图）表 4.7 压铸件的许用强度 tFAn河北工程大学毕业设计 31 下图为推杆的尺寸推荐：表 4.8 推杆的尺寸计算 由上两图可取：d=14mm n=14 =7000N tF=10N 则：由公式：tFAn得 A=3142mm 河北工程大学毕业设计 32 4、推出距离 推出距离一般根据动模高出分型面的成形部分的高度来确定，如下图所示：图 4.14 推出距离示意图 20Hmm时，92tSHK 57 20Hmm时，13tHSH 58 式中：tS
46、推出距离，mm H滞留压铸件的最大成形部分的长度，mm K安全系数，K=35mm。由上式的推出距离为tS=35mm。4.7 冷却系统 压铸模的冷却方法主要有风冷和水冷两种。1）风冷 河北工程大学毕业设计 33 风冷冷却的风力通常来自鼓风机或压缩口气。冷却的方法是将压缩空气对 准压铸模动模和定模的成形部分进行反复喷吹，以使模具的热量尽快散发到空气中，从而降低模具的温度。2）水冷 水冷是指在模具内开设冷却水通道，将冷却水循环通入成形镶块或型芯内，从而实现冷却。水冷速度比风冷速度快的多，因此能有效地提高生产率。水冷法的冷却介质除了主要用水外，还可采用其他一些冷却介质以提高冷却效果，如下表：表 4.9
47、 水以为的冷却介质 序号 冷却介质 配比/%沸点/应用说明 1 水 50 140 扩大了有效冷却范围，适应除铜以外的各种 金压铸件 乙烯乙醇 50 2 水 75 110 可连续使用两年不更换 乙二醇 25 3 液氧化二苯基 300 防止模具早期开裂有良好效果 4 2CO 适用铜合金压铸件，效果良好 本课题铸件为摩托车轮毂，铸件尺寸大且较薄，模具需充分冷却，以保证铸件品质。根据型腔形状，在定模块、动模块。型芯上均开设环形冷却水道。河北工程大学毕业设计 34 第 5 章工作原理及模架的设计 5.1 工作原理 本设计压铸模具装配图如图所示：图 5.1 压铸模具装配图 本设计开模具原理：开模时，动模部
48、分后移，由于铸件对动模镶块、动模型芯、定模镶块和定模型芯的包紧力及压射冲头对浇口内的余料推力作用，分型面打开，楔紧块脱离。滑块推拉杆拉动滑块脱离，实现侧抽芯。开模一定距离时，推杆和推板将铸件顶出。5.2 模具安装技术要求 1）压铸模外形和安装部位的技术要求：各模板的边缘均应倒角 C2，安装面应光滑平整，不应有突出的螺钉头、销钉、毛刺和击伤的痕迹。在模具非工作表面上醒目的地方打上明显的标记，包括以下的内容：产品代号、模具编号、制造日期、和模具制造厂家名称或代号。在定、动模上分别设有吊装螺钉，质量较大的零件(25kg)也应设置起吊螺钉。模具安装部位的有关尺寸应符合所选用压铸机的相关对应尺寸，且装拆
49、方便，压室的安装孔径和深度必须严格检查。河北工程大学毕业设计 35 分型面上除导套孔、斜销孔外，所有模具制造过程中的工艺孔、螺钉孔多应堵塞，并且与分型面平齐。2）总体装配精度的技术要求：模具分型面对定、动模板安装平面的平行度，见表 表 5.1 定、动模板安装平面的平行度（单位：mm）最大直线长度 160 160250 250400 400630 公差值 0.06 0.08 0.10 0.12 本安装分型被测面面最大直线长度为 200mm，所以定、动模板安装平面的平行度公差为 0.12mm。导柱、导套对定、动模座板安装面的垂直度，见表 表 5.2 导柱、导套对定、动模座板安装面的垂直度（单位：m
50、m）最大直线长度 40 4063 63100 100160 公差值 0.015 0.020 0.025 0.030 本安装被测面面最大直线长度为 90mm，所以导柱导套对定、动模板安装平面的垂直度公差值为 0.030。在分型面上，定模、动模镶块平面应分别与定模、动模模板齐平，可允许略高，但控制在 0.050.10mm 范围内。推杆、复位杆应分别与型面平齐，推杆允许突出型面，但不大干 0.1mm。复位杆允许低于分型面，但不大于 0.05mm。模具所有活动部件，应保证位置准确，动作可靠，不得有卡滞和歪斜的现象，要求固定的零件不得相对窜动。浇道的转接处应光滑连接，镶拼处应紧密，未注脱模斜度不小于 5