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XXXXXXXX學院
畢業(yè)設計（論文）
畢業(yè)設計說明書
題 目：
學 號：
姓 名：
班 級：20級（）班
專 業(yè)：
指導教師：
學 院：
答辯日期：20 年 月 日
摘 要
金屬壓鑄是將熔融狀態(tài)或半熔融狀態(tài)的合金澆壓鑄機的壓室，在高壓力的作用下，以極高的速度充填在壓鑄模的型腔內，并在高壓下使熔融合金冷卻而成形的高效益、高效率的精密鑄造方法。
根據(jù)零件的結構和尺寸設計了完整的模具。設計內容主要包括：澆注系統(tǒng)設計、成型零件設計、抽芯機構設計、推出機構設計以及模體結構設計。根據(jù)鑄件的形狀特點、零件尺寸及精度，選定了合適的壓鑄機，通過準確的計算并查閱設計手冊，確定了成型零件以及模體的尺寸及精度，在材料的選取及熱處理要求上也作出了詳細說明，并在結合理論知識的基礎上，借助于計算機輔助軟件繪制了各部分零件及裝配體的立體圖和工程圖,以保障模具的加工制造。
關鍵詞：壓鑄；壓鑄模具；鎂合金；抽芯
Abstract
Metal casting is molten state or half molten state alloy die-casting machine water pressure chamber, in under the action of high pressure, high speed filling in the pressure of the mold cavity inside, and under high pressure make molten alloy cooling and forming of high benefit, high efficiency of precision casting method.
According to the parts of the structure and size design of a complete mould. Design content mainly includes: gating system design, molding parts design, core-pulling mechanism design, launch mechanism design and die structure design. According to the shape of the casting characteristics, parts size and precision, select the appropriate die casting machine, through accurate calculation and consult the manual design, determines the forming parts and die body size and precision, in material selection and heat treatment requirements also make a detailed description, and in combination with theory based on the knowledge, with the aid of computer aided software rendering each parts and assembly body graphic model and engineering drawing, in order to ensure the mould processing and manufacturing.
Keywords: Die casting; Die casting mould; Magnesium alloy; core-pulling
目 錄
摘 要、關鍵詞 I
Abstract、Key words II
目 錄 III
一. 引言 1
二、鑄件成型工藝的可行性分析……………………………………………….………4
2.1 鑄件分析………………………………………………………………..………4
2.2鑄件的原材料分析…………………………………………………………………4
2.3成型工藝分析………………………………………………………………………5
三、 壓鑄機的選擇及分型面的設計……………………………………………………6
3.1 估算零件體積和投影面積……………………………………………………6
3.2壓鑄機的選擇………………………………………………………………………6
3.3壓鑄模分型面的設計………………………………………………………………7
四、澆注系統(tǒng)的設計 ……………………………………………………………………8
4.1 澆注系統(tǒng)的分類及選擇 ……………………………………………………8
4.2 內澆口的設計 ……………………………………………………………………9
4.3 直澆道的設計 …………………………………………………………………10
4.4 排溢系統(tǒng) …………………………………………………………………………12
五、鑄件成型尺寸的計算 ………………………………………………………………14
5.1 型腔尺寸計算 …………………………………………………………………14
5.2 型芯尺寸計算 …………………………………………………………………14
5.3 中心距位置尺寸計算 …………………………………………………………15
六、導向與脫模機構的設計……………………………………………………………16
6.1導向機構的作用和設計原則…………………………………………………16
6.2導柱、導套的設計…………………………………………………………………16
6.3脫模推出機構的確定………………………………………………………………18
七、側向分型與抽芯機構的設計…………………………………………………………20
7.1 斜導柱抽芯機構設計原則………………………………………………………20
7.2 抽芯機構的確定…………………………………………………………………20
7.3 斜導柱抽芯機構的有關參數(shù)計算………………………………………………20
7.4 滑塊的設計………………………………………………………………………23
7.5 導滑槽的設計……………………………………………………………………23
7.6 鎖緊塊……………………………………………………………………………24
八、冷卻系統(tǒng)設計………………………………………………………………………25
8.1冷卻系統(tǒng)的設計原則 ……………………………………………………………25
8.2 溫度調節(jié)對鑄件質量的影響……………………………………………………25
8.3 對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求…………………………………………………………25
8.4 冷卻裝置的設計要點……………………………………………………………26
8.5冷卻系統(tǒng)設計計算………………………………………………………………26
九、其它結構零部件的設計 …………………………………………………………28
十、小結…………………………………………………………………………………29
注釋和參考文獻…………………………………………………………………………30
謝辭………………………………………………………………………………………31
VII
一、引言
壓力鑄造是近代金屬加工工藝中，發(fā)展較快的一種先進的鑄造方法。液態(tài)金屬在高速高壓作用下射入緊鎖的模具型腔內，并保壓、結晶直至凝固，形成半成品或成品[2]。壓力鑄造作為一種終形和近終形的成形方法，具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟指標優(yōu)良、壓鑄件尺寸精度高和互換性好等特點。在制造業(yè)獲得了廣泛的應用和迅速的發(fā)展，壓鑄件已成為許多產(chǎn)品的重要組成部分。隨著轎車、摩托車、內燃機、電子通信、儀器儀表、家用電器和五金等行業(yè)的飛速發(fā)展，壓鑄件的功能和應用領域不斷擴大，從而促進了壓鑄技術不斷發(fā)展，壓鑄合金品質不斷提高。
在壓力鑄造中，一般作用于原料上的壓力在20～200 MPa，充型時澆口處初始速度為15～70 m/s，充型時間僅為0.01～0．20 s。正是由于這種特殊充型方式及凝固方式，導致壓力鑄造具有自身獨特的特點：
1)可以得到薄壁、形狀復雜但輪廓清晰的鑄件；
2)鑄件精度高、尺寸穩(wěn)定、加工余量少、表面光潔；
3)鑄件組織致密、具有較好的力學性能；
4)生產(chǎn)效率高。壓力鑄造的生產(chǎn)周期短，一次操作的循環(huán)時間約5 s～3 min，這種方法適于大批量生產(chǎn)；
5)壓力鑄造采用鑲鑄法可以省去裝配工序并簡化制造工藝；
6)材料利用率高；
1.2.1國外壓力鑄造業(yè)的現(xiàn)狀
壓鑄技術涉及到機械制造、液壓傳動、材料、冶金、自動化、計算機、化工、電子、傳感器、檢測、電氣等諸多學科并正在向邊緣學科滲透。隨著以上諸多學科的發(fā)展和工業(yè)技術的進步，壓鑄技術也取得了突飛猛進的發(fā)展，具體表現(xiàn)為：
1)壓鑄機及外圍設備整體性能和控制系統(tǒng)水平的大幅度提高。
2)計算機模擬技術在壓鑄中的廣泛應用，加深了對壓鑄充型、凝固過程規(guī)律的認識。
3)壓鑄型材質和制造技術的發(fā)展，提高了壓鑄型使用壽命和壓鑄件質量。
4)薄壁壓鑄件成形技術的開發(fā)與應用，為實現(xiàn)輕量化的目標創(chuàng)造了條件。
5)壓鑄型涂料的開發(fā)，改善了鑄型潤滑特性，提高了壓鑄件表面質量。
1.2.2國內壓力鑄造業(yè)的現(xiàn)狀
壓鑄模在我國約起始于20世紀40年代，但在工業(yè)上大量應用壓鑄件是始于20世紀50年代，即1958年以后。至20世紀90年代，我國的壓鑄技術達到相當水平，已自行設計和制造出成系列的、性能優(yōu)良的壓鑄機。國產(chǎn)壓鑄機從一般小型到5000kN、6300kN、8000kN、10000kN、12500kN、及16000kN的大型壓鑄機均有生產(chǎn)。但與國外相比，我國壓力鑄造業(yè)仍然存在很多不足，主要表現(xiàn)在以下方面。
1)國外壓射系統(tǒng)始終在不斷地改進，平均5～8年就有一次重大改進。而我國壓射部分的所有壓射參數(shù)的調節(jié)均為人工手動，無參數(shù)顯示系統(tǒng)配套，給壓鑄工藝規(guī)范的實施造成困難，因而壓鑄件的質量無法保證，也難以實現(xiàn)自動化。
2)液壓系統(tǒng)無法實現(xiàn)壓鑄機的自動控制。而國外有名的壓鑄機公司在這方面早已普遍應用。
3)國產(chǎn)壓鑄機大都存在漏油的現(xiàn)象，主要原因是密封件質量差和加工質量問題。
4)剛性是影響壓鑄機精度的重要因素，以前我國壓鑄機壓射性能較差，人們集中精力研究壓射系統(tǒng)的性能，而忽視了強度、精度的提高。
5)壓鑄模使用壽命短。
6)模具可靠性較差。
7)生產(chǎn)率低由于國產(chǎn)模具使用可靠性不穩(wěn)定，生產(chǎn)中故障多，返修量大，班產(chǎn)量不如進口模具高。
8)我國在壓鑄模的設計和制造方面，進展較為緩慢。在壓鑄模設計中，目前仍主要依靠設計人員的經(jīng)驗。
9)外觀質量不理想。國產(chǎn)壓鑄件往往線條不清晰，水流紋不理想，表面粗糙度差。與進口壓鑄件對比，差距明顯。
近年來，由于中國工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸向很多市場邁進。以中國的轎車工業(yè)壓鑄市場為支柱，中國的壓鑄業(yè)已經(jīng)向摩托車行業(yè)、農(nóng)用車行業(yè)、基礎設施建設市場、玩具市場、家電產(chǎn)業(yè)等多個方向快速拓展，其勢頭方興未艾[7]。
1.2.3壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢
由于整個壓鑄過程都是在壓鑄機上完成，因此，隨著對壓鑄件的質量、產(chǎn)量和擴大應用的需求，開始對壓鑄設備提出新的更高的要求，傳統(tǒng)壓鑄機已經(jīng)不能滿足這些要求，因此，新型壓鑄機以及新工藝、新技術應運而生。例如，為了消除壓鑄件內部的氣孔、縮孔、縮松，改善鑄件的質量，出現(xiàn)了雙沖頭（或稱精、速、密）壓鑄；為了壓鑄帶有鑲嵌件的鑄件及實現(xiàn)真空壓鑄，出現(xiàn)了水平分型的全立式壓鑄機；為了提高壓射速度和實現(xiàn)瞬時增加壓射力以便對熔融合金進行有效地增壓，以提高鑄件的致密度，而發(fā)展了三級壓射系統(tǒng)的壓鑄機。又如，在壓鑄生產(chǎn)過程中，除裝備自動澆注、自動取件及自動潤滑機構外，還安裝成套測試儀器，對壓鑄過程中各工藝參數(shù)進行檢測和控制。它們是壓射力、壓射速度的顯示監(jiān)控裝置和合型力自動控制裝置以及電子計算機的應用等[8]。
2、 鑄件成型工藝的可行性分析
2.1 鑄件分析
圖2-1 鑄件立體圖
如圖所示的零件，材料鎂合金，鑄造精度CT5，鑄件圓柱形，側壁有凸臺，其立體圖如圖2-1,根據(jù)零件側壁凸，臺適合采用雙向側抽芯，由滑塊上的型芯成型。為了使模具與注射機相匹配以提高生產(chǎn)力和經(jīng)濟性、保證塑件精度，并考慮模具設計時應合理確定型腔數(shù)目，該模具選擇一次開模及一模一腔。
2.2鑄件的原材料分析
2.2.1 基本特性
鎂合金是以鎂為基加入其他元素組成的合金。其特點是：密度?。?.8g/cm3鎂合金左右），比強度高，比彈性模量大，散熱好，消震性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機物和堿的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等
鎂合金（英文：Magnesium alloy）的比重雖然比塑料重，但是，單位重量的強度和彈性率比塑料高，所以，在同樣的強度零部件的情況下，鎂合金的零部件能做得比塑料的薄而且輕。另外，由于鎂合金的比強度也比鋁合金和鐵高，因此，在不減少零部件的強度下，可減輕鋁或鐵的零部件的重量。
2.2.2 特點
鎂合金相對比強度（強度與質量之比）最高。比剛度（剛度與質量之比）接近鋁合金和鋼，遠高于工程塑料。
在彈性范圍內，鎂合金受到?jīng)_擊載荷時，吸收的能量比鋁合金件大一半，所以鎂合金具有良好的抗震減噪性能。
鎂合金熔點比鋁合金熔點低，壓鑄成型性能好。鎂合金鑄件抗拉強度與鋁合金鑄件相當，一般可達250MPA，最高可達600多Mpa。屈服強度，延伸率與鋁合金也相差不大。
鎂合金還個有良好的耐腐蝕性能，電磁屏蔽性能，防輻射性能，可做到100%
回收再利用。
鎂合金件穩(wěn)定性較高壓鑄件的鑄造行加工尺寸精度高，可進行高精度機械加工。
鎂合金具有良好的壓鑄成型性能，壓鑄件壁厚最小可達0.5mm。適應制造汽車各類壓鑄件。
但鎂合金線膨脹系數(shù)很大，達到25～26 μm/m℃，而鋁合金則為23 μm/m℃，黃銅約20 μm/m℃，結構鋼12 μm/m℃，鑄鐵約10μm/m℃，巖石（花崗巖、大理石等）僅為5～9 μm/m℃，玻璃5～11 μm/m℃。
2.3成型工藝分析
2.31精度等級
影響鑄件精度的因素很多，塑料的收縮、注塑成型條件（時間、壓力、溫度）等，塑件形狀、模具結構（澆口、分型面的選擇），飛邊、斜度、模具的磨損等都直接影響制品的精度。按 GB/T14486----1993標準，鑄件件尺寸精度鑄造精度CT5[1]。
2.32脫模斜度
由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮，會緊緊地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脫出困難，強行取出會導致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設計時必須考慮與脫模（及軸芯）方向平行的內、外表面，設計足夠的脫模斜度。本零件設為0.5°
三、 壓鑄機的選用及分型面的設計
3.1.1 估算零件體積和投影面積
用UG建模分析知塑件體積為體積：V=2.39cm3，模具分型面上鑄件的總投影面積為：A= 871.319mm2
查書可知，本零件鎂合金的壓射比壓P=35
3.12壓鑄機的選擇
為了簡化選擇壓鑄機時的計算，在已知模具模具分型面上鑄件的總投影面積和選用的壓射比壓P后，國產(chǎn)壓鑄機可以從圖直接查到所選的壓鑄機型號
采用常用的臥式冷室壓鑄機，其型號為J116C。
壓鑄機主要參數(shù)如下：
壓射力為 85 kN；
壓室直徑為30～55mm；
最大澆注量（鋁）為0.7kg
鎖模力 630kN；
拉缸內空間水平垂直為280mm280mm。
3.2．壓鑄模分型面的設計
為了加工和組裝成型零件，以及安放嵌件和其它活動型芯，為了將成型的壓鑄件從模體中取出，必須將模具分割成可以分離的兩部分或幾部分。在合模時，這些分離的部分將成型零件封閉為成型空腔。壓鑄成型后，使它們分離，取出壓鑄件和澆注余料以及清除雜物。這些可以分離部分的相互接觸的表面稱為分型面。壓鑄模的分型面是模具設計和制造的基準面。它直接影響著模具加工的工藝及壓鑄成型的效果和效率。
分型面選擇的基本原則：
(1)盡可能的使壓鑄件在開模后留在動模部分；
(2)有利于澆注系統(tǒng)、溢流排氣系統(tǒng)的布置；
(3)保證壓鑄件的尺寸精度和表面質量；
(4)簡化模具結構，便于模具加工；
(5)避免壓鑄機承受臨界載荷；
(6)考慮壓鑄合金的性能。
綜上所述，分型面取在鑄件中間，采用哈夫塊形式，減少了模具的成本，提高了模具的精度。
圖3.2 分型面的選擇
四.澆注系統(tǒng)的設計
4.1澆注系統(tǒng)的分類及選擇
澆注系統(tǒng)按金屬液進入型腔的部位和內澆口形狀，大體可分為下列幾種類型：側澆口、中心澆口、頂澆口、環(huán)形澆口、縫隙澆口和點澆口等。
1.側澆口的特點：
(1) 適應性強，可按鑄件的結構特點，布置在外側面；
(2) 為了改善充填條件，可設置輔助性的外側分支澆口；
(3) 鑄件內孔有足夠位置時，可布置在內側面，使模具結構緊湊，又可保持良好的熱平衡條件，如環(huán)形、框形等鑄件；
(4) 適用于多腔模，提高生產(chǎn)效率；
(5) 去除澆口方便。
2．中心澆口的特點：
(1) 金屬液從型腔中心部位導入引向分型面，有利于排氣；
(2) 金屬液流程短，分配均勻；
(3) 模具結構緊湊；
(4) 澆注系統(tǒng)金屬消耗量較少；
(5) 改善壓鑄機的受力狀況，提高壓鑄模中有效棉結的利用率；
(6) 一般常用于單型腔的模具；
(7) 澆口需要切除。
3．點澆口的特點：
(1) 金屬液由鑄件的頂部充填型腔，流程短且均勻；
(2) 改善壓鑄機的受力狀況，提高壓鑄模有效面積的利用率；
(3) 金屬液導入型腔處，直接受到?jīng)_擊，容易產(chǎn)生飛濺和粘膜現(xiàn)象，影響壓鑄件的質量；
(4) 模具結構復雜；
(5) 常用于外形對稱的薄壁鑄件。
4.環(huán)形澆口的特點
(1) 金屬液充滿環(huán)形澆口后，再沿環(huán)形型腔壁充滿型腔，可避免正面沖擊型芯；
(2) 排氣條件良好，壓鑄件的內部質量及表面質量都較高；
(3) 可在環(huán)形澆口和環(huán)形溢流槽處設置推桿，使壓鑄件上不留推桿的痕跡；
(4) 澆注系統(tǒng)金屬液消耗量較大，澆口需要切除；
(5) 適用于圓筒類或中間帶孔的壓鑄件。
5.縫隙澆口的特點
(1) 適用于型腔較深的模具，為了便于加工，常常在型腔部分垂直分型；
(2) 內澆口設置在型腔深處；
(3) 金屬液顯長條縫隙狀順序填充型腔，排氣條件良好。
根據(jù)本次設計的工件的結構，生產(chǎn)時采用一模一腔的形式，采用的具體樣式如圖所示：
金屬液從一端澆口注入，順著型芯方向充填，在另一端設置溢流槽。充填排氣條件良好，有利于提高壓鑄件質量。
4.2 內澆口的設計
4.2.1 內澆口的選擇
設計內澆口時，主要是確定內澆口的地位置和方向，并預計合金充填過程的流態(tài)，可能出現(xiàn)的死角區(qū)和裹氣部位，以便設置適當?shù)囊缌鞑酆团艢獠邸?
內澆口的主要形式如圖3-3所示。其中圖a因除去內澆口時易損傷鑄件，因此較少采用。圖b、c適用于平板類鑄件。圖ｄ適用于厚壁鑄件，圖b、c、d在去除澆口時都不會損傷鑄件。圖e、f、g、h適用于深腔鑄件（其中圖ｆ制造比較困難），因為它們具有合理的金屬液引入方向，有利于型腔排氣及避免金屬液進入型腔時沖擊型芯。
結合本零件的特點，為了方便去除澆口時都不會損傷鑄件，設計時選擇圖b
類型結構
4.4.2．內澆道截面積計算
確定合理的內澆口的截面積，涉及到多方面的因素，目前在生產(chǎn)實踐中，主要結合具體條件，按經(jīng)驗選用。
澆口厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表4-2
表4- 2內澆口厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)
鑄件壁厚
＞1.5～3
＞3～6
合金種類
復雜件
簡單件
復雜件
簡單件
內澆口厚度/mm
鎂
0.6～1.5
1.0～1.8
1.5～2.5
1.5～3.0
根據(jù)鑄件結構，內澆口的厚度取為0.6mm。
4.2.3.內澆口長度h
為了減少壓力損失，內澆口長度取為2～3mm,本次設計取h=2mm。
4.3 直澆道的設計
所選用的壓鑄機的類型不同，直澆道的結構形式也不同。臥式冷室壓鑄機的直澆道結構要比立式冷室壓鑄機的直澆道要簡單。
臥式冷室壓鑄機用直澆道，圖3-4所示為臥式冷室壓鑄機用直澆道的結構，它是由壓鑄機上的壓室和壓鑄模上的澆口套組成，在直澆道上的這一段稱為余料，其余設計要點如下：
1）根據(jù)所需壓射比壓和壓室充滿度選定壓室和澆口套的內徑D；
2）澆口套的長度一般應小于壓鑄機的壓鑄沖頭的跟蹤距離，便于余料從壓室脫出；
3）橫澆道入口應開設在壓室上部內徑三分之二以上部位，避免金屬液在重力作用下進入橫澆道，提前開始凝固；
4）分流器上形成余料的凹腔的深度等于橫澆道的深度，直徑與澆口套相等，沿圓周的脫模斜度約5°；
5）有時將壓室和澆口套制成一體，形成整體式壓室。整體式壓室內孔精度好，壓射時阻力小，但加工較復雜，通用性差；
6）采用深導式直澆道，如圖3-5所示，可以提高壓室的充滿度，減小深腔壓鑄模的體積，當使用整體式壓室時，有利于采用標準壓室或現(xiàn)有的壓室；
7）壓室和澆口套的內孔，應在熱處理和精磨后，再沿軸線方向進行研磨，其表面粗糙度不大于Ra 0.2μm。
直澆道部分澆口套的結構形式如圖3-6所示。圖a 裝拆方便，壓室同澆口同軸度偏差較大。圖b 裝拆方便，壓室同澆口同軸度偏差較小，但澆口套耗料較多。圖c 裝拆不便，壓室同澆口同軸度偏差較大。圖d 澆口套通冷卻水，模具熱平衡較好，有利于提高生產(chǎn)率。 圖e 用于采用整體壓室時點澆口的澆口套。圖f 用于臥式冷壓室壓鑄機，采用中心澆口的澆口套。
結合本零件的特點，為了方便裝拆方便，設計時選擇圖b類型結構，具體結構如圖：
圖4.3 直澆道
3．橫澆道的設計
橫澆道是直澆道末端到內澆口的前端的連接通道，有時橫澆道可劃分為主橫澆道和過渡橫澆道。
對于小而薄的鑄件，可利用橫澆道或擴展橫澆道的方法來使模具達到熱平衡，容納冷污金屬液、涂料殘渣和氣體，即開設盲澆口道，如圖3-7所示。
對于臥式冷室壓鑄機，一般情況下工作時，橫澆道在模具中應處于直澆道的正上方或側上方，以保證金屬液在壓射前不過早流入橫澆道，如圖3-8所示。
4.4 排溢系統(tǒng)
排溢系統(tǒng)包括溢流槽和排氣槽。排溢系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)，在整個型腔充填過程中是一個不可分割的整體。溢流槽與排氣槽是使金屬液態(tài)合金在充填鑄型的過程中，能及時地排出型腔中的氣體、氣體夾雜物、涂料殘渣及冷污金屬等，作為保證鑄件的質量、消除某些壓鑄件的缺陷重要措施之一。其效果往往與溢流槽和排氣槽在型腔周圍或局部的合理布局、位置和數(shù)量的分配、尺寸和容量的大小及本身的結構形式等因素有關。
（1） 溢流槽
設置溢流槽還可以作調節(jié)型腔部件溫度、改善充填條件以及必要時作為工藝搭子頂出鑄件之用。因此，溢流槽通常設置在金屬液最先沖擊或最后充填的部位；或在兩股或多股金屬液匯流、易裹入氣體或產(chǎn)生渦流的部位；以及鑄件局部過厚或過薄的部位。一般溢流槽設置在分型面上、型腔內、防止金屬液倒流等位置。
溢流槽的外邊，還應開排氣槽，一方面可以消除溢流槽內的氣體壓力，使金屬液順利溢出，另一方面還能起到排氣作用。
由于零件較小，采用流動性高的鎂合金，零件的結構采用哈夫塊，對半分。所以本模具沒有設置溢流槽
（2）排氣槽
排氣槽是充型過程中型腔內受到排擠的氣體得以逸出的通道。其主要作用是將型腔內的氣體排逸到型腔外面去。
1）排氣不良的危害
① 增加熔體充模流動的阻力，是型腔充不滿；
② 在制品上呈現(xiàn)明顯可見的熔接縫，其力學性能降低；
③ 滯留氣體時塑件產(chǎn)生質量缺陷；
④ 型腔內氣體受到壓縮后產(chǎn)生瞬時局部高溫，使塑料熔體分解；
⑤ 由于排氣不良，降低了充模速度。
2）排氣系統(tǒng)的設計方法
① 利用分型面排氣是最好的方法，排氣效果與分型面的接觸精度有關；
② 對于大型模具，可以用鑲拼的成型零件的縫隙排氣；
③ 利用頂桿與孔的配合間隙排氣；
④ 利用球狀合金顆粒燒結塊滲導排氣；
⑤ 在熔合縫位置開設冷料穴
本模具可以利用配合間隙排氣，通常中小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點的固定型芯端部與模板的配合間隙進行排氣，這里不再單獨設計排氣槽。
五. 鑄件成型尺寸的計算
成型零件表面受高溫、高壓、高速金屬液的摩擦和腐蝕而產(chǎn)生損耗，因修型引起尺寸變化。把尺寸變大的尺寸稱為趨于增大尺寸，變小的尺寸稱為趨于變小尺寸。在確定成型零件尺寸時，趨于增大的尺寸應向偏小的方向取值；趨于變小的尺寸應向偏大的方向取值；穩(wěn)定尺寸取平均值。
根據(jù)參考文獻[16]，成型零件尺寸的計算公式如下：
式中：—成型件尺寸；—成型零件制造偏差；—壓鑄件尺寸（含脫模斜度、加工余量）；—收縮率；n—補償系數(shù)；—壓鑄件尺寸偏差。
n為損耗補償系數(shù)，由兩部分構成，其一是壓鑄件尺寸偏差的，其二是磨損值，一般為壓鑄件尺寸偏差的，因此。成型零件尺寸制造偏差=。
已知鑄件尺寸公差等級為CT5，根據(jù)參考文獻查表可得鑄件基本尺寸的相應尺寸公差。由鑄件圖可知型腔尺寸有：Φ39，Φ39.6，Φ41.0。型芯尺寸有：Φ39.95，Φ40.33，Φ6.5。中心尺寸有：L3.6，L22.5。
5.1型腔尺寸計算
型腔的尺寸是趨于增大尺寸，應選取趨于偏小的極限尺寸。計算公式為：
L1=[39×(1+0.005) - 0.7×0.46]=38.87
L2=[39.6×(1+0.005) - 0.7×0.46]=39.48
L3=[41×(1+0.005) - 0.7×0.50]=40.85
5.2型芯尺寸計算
型芯的尺寸是趨于減小的尺寸，應選取趨于偏大的極限尺寸。計算公式為：
L1=[6.5×（1+0.005）+0.7×0.36]=6.78
L2=[39.95×（1+0.005）+0.7×0.46]=40.47
L3=[40.33×（1+0.005）+0.7×0.50]=40.88
5.3中心距位置尺寸計算
中心距離尺寸是趨于穩(wěn)定的尺寸，其偏差規(guī)定為雙向等值。公式為：
L1=[3.6×（1+0.005）+0.7×0.32]±（0.32÷5）=3.84±0.06
L1=[22.5×（1+0.005）+0.7×0.42]±（0.42÷5）=22.85±0.08
6、 導向與脫模機構的設計
6.1導向機構的作用和設計原則
(1)導向機構的作用
導向機構是保證模具的動模與定模合模時正確定位和導向的重要零件，通常采用導柱導向，主要零件包括導柱和導套。其具體作用有：
a、定位作用
b、導向作用
c、承載作用
d、保持運動平穩(wěn)作用
e、錐面定位機構作用
(2) 導向機構的設計原則
a、 導柱（導套）應對稱分布在模具分型面的四周，其中心至模具外緣應有足夠的距離，以保證模具強度和防止模板發(fā)生變形；
b、 導柱（導套）的直徑應根據(jù)模具尺寸選定，并應保證有足夠的抗彎強度；
c、 導柱固定端的直徑和導套的外徑應盡量相等，有利于配合加工，并保證了同軸度要求；
d、 導柱和導套應有足夠的耐磨性；
e、 為了便于塑料制品脫模，導柱最好裝在定模板上，但有時也要裝在定模板上，這就要根據(jù)具體情況而定。
6.2導柱、導套的設計
導柱導向是指導柱與導套（導向孔）采用間隙配合使導柱在導套（導向孔）內滑動，配合間隙一般采用H7/h6級配合[8]。
(1)導柱的設計
導柱的結構形式有兩種：一種為單節(jié)式導柱，另一種為臺階式導柱。小型模具采用單節(jié)式導柱，大型模具采用臺階式導柱[8]。
在導柱的工作部分上開設油槽，可以改善導向條件，減少摩擦,故導柱采用加油槽的階梯式導柱
根據(jù)國家標準選用直徑為25mm長度為146mm的導柱。其示意圖如下：
圖6.1 導柱
(2) 導套的設計
由于導柱已選定，由塑料模具設計與制造可查得與之相配的導套其直徑為25mm，長度為60mm其示意圖如下[8]：
圖6.2 導套
(3) 導向孔的總體布局
導向零件應合理地均勻分布在模具的四周圍或靠近邊緣的部位，其中心距模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后發(fā)生變形。根據(jù)手冊推薦值選定的導柱分布情況如下圖所示：
圖6.3 導向孔總體布局
6.3脫模推出機構的確定
本模具采用的為一次頂出脫模機構，它包括常見的推桿、推管、推板、推塊或活動鑲塊等脫模機構。該機構是最常用的頂出方式。即塑件在頂出機構的作用下，通過一次動作即可頂出?；谝陨显瓌t，該模具的脫模零部件設在動模上，選擇推桿頂出形式[9]。
(1)推桿橫截面直徑的確定
根據(jù)該塑件和模具的結構特點，在開模后塑件的收縮不僅不對側凹成型零件產(chǎn)生包緊，反而會松開，故脫模力較小，可忽略不計，所以只能憑經(jīng)驗初選推桿的直徑為 d=1mm。
(2)推桿的形式
頂桿可以分為普通頂桿、成形頂桿、錐面頂桿，該模具的頂桿形式選擇普通頂桿，如下圖所示。
圖6.4 推桿
推桿長度的計算 ，頂桿總長度為：
h桿=[h凸+б1]+h動墊+[S頂+б2]+h頂固
式中： h桿 為推桿的總長度；
h凸 為凸模的總高度；
h動墊 為動模墊板的厚度；
S頂 為頂出行程；
h頂固 為頂桿固定板的厚度；
б1為富裕量，一般為（0.05～0.1）mm，表示頂桿端面應比腔型的平面高出；
б2為頂出行程富裕量，一般為3～6mm。
根據(jù)以上公式計可得，推桿的總長度為124mm。
7、 側向分型與抽芯機構的設計
7.1斜導柱抽芯機構設計原則
a、 活動型芯一般比較小，應牢固裝在滑塊上，防止在抽芯時松動滑脫。型芯與滑塊連接部位要有一定的強度和剛度；
b、 滑塊在導滑槽中滑動要平穩(wěn)，不要發(fā)生卡住、跳動等現(xiàn)象；
c、 滑塊限位裝置要可靠，保證開模后滑塊停止在一定位置上而不任意滑動；
d、 鎖模塊要能承受注射時的側向壓力，應選用可靠的連接方式與模板連接。鎖模塊和模板可做成一體。鎖緊塊的斜角θ1應大于斜導柱的傾斜角θ，一般取θ1-θ >2°～3°，否則斜導柱無法帶動滑塊運動。
e、 滑塊完成抽芯運動后，仍停留在導滑槽內，留在導滑槽內的長度不應小于滑塊全長的2/3，否則，滑塊在開始復位時容易傾斜而損壞模具。
f、 防止滑塊和推出機構復位時的相互干涉，盡量不使推桿和活動型芯水平投影重合。
g、 滑塊設在定模的情況下，為保證塑料制品留在定模上，開模前必須先抽出側向型芯，最好采取定向定距拉緊裝置[10]。
7.2 抽芯機構的確定
由于該模具比較簡單，抽芯力不大，故采用斜導柱外側抽芯機構。
7.3 斜導柱抽芯機構的有關參數(shù)計算
該模具中有六根斜導柱且長度相差不是很大，為設計和生產(chǎn)方便同時也為了降低了生產(chǎn)成本本次計算全部按最長的的斜導柱為主[11]。
(1) 抽芯距S
抽芯距指型芯從成型位置抽至不妨礙脫模的位置時，型芯或滑塊在抽芯方向所移動的距離。《塑料模具設計》[5]查的抽芯距的計算公式為型芯從成型位置抽至不妨礙脫模位置再加上3~5mm余量，這里取4mm，按磨具中最長的型芯來計算其長度為20故抽芯距為24mm。
(2) 斜導柱傾斜角α的確定
斜導柱的傾斜角是決定斜導柱抽芯機構工作效果的一個重要參數(shù)，它不僅決定了
抽芯距離和斜導柱的長度，更重要的是它決定著斜導柱的受力狀況。
圖7.1斜導柱受力圖 圖7.2 抽芯距的計算
Q=P cosα （7.1）
式中： P1---開模力；
Q--抽拔阻力（與抽拔力大小相等方向相反）；
P---斜導柱所受的彎曲力。
由上式可以看出，當所需的抽拔力確定以后，斜導柱所受的彎曲力P與cosα成反比，即α角增大時，cosα減小，彎曲力P也增大，斜導柱受力狀況變壞。
另外，從抽芯距S與α角的關系來看，如圖8.2所示。
S=H tgα=L sinα （7.2）
式中： L---斜導柱的有效工作長度。
當S確定以后，開模行程H及斜導柱工作長度L與α成反比，即α角增大，tgα也增大，則為完成抽芯所需的開模行程減小，另外，α角增大時sinα增大，斜導柱有效工作長度可減小。
綜上所述，當斜導柱傾斜角α增大時，斜導柱受力狀況變壞，但為完成抽芯所需的開模行程可減??；反之，當α角減小時，斜導柱受力狀況有所改善，可是開模行程卻增加了，而且斜導柱的長度也增加了。這會使模具厚度增加。因此，斜導柱傾斜角α過大或過小都是不好的，一般α角取10°～20°，最大不超過25°。
對于該模具，由于抽拔力不大，但抽芯距離較大故選擇較大傾角，綜合考慮斜導柱的傾斜角取α=18°。
(3) 斜導柱長度的計算
斜導柱的長度是根據(jù)側型芯的抽芯距S，斜導柱直徑d，固定軸肩的直徑D，傾斜角α以及安裝斜導柱的模板厚度h來決定的。
圖8.3 斜導柱長度示意圖
L=L1+L2+L3+L4+L5 （8.8）
=12+30.58+52.57+52.05+8
≈155（mm）
其中： L----斜導柱總長
L1----斜導柱大端斜面中心至最高點長度
L2-----斜導柱大端斜面中心至滑塊端面點長度
L3----滑塊孔半徑在斜導柱上投影長度
L4----斜導柱工作長度
L5----斜導柱錐度長度，一般取5～10㎜
7.4滑塊的設計
滑塊是斜導柱機構中的可動零件，滑塊與側型芯既可做成整體式的；也可做成組合式的，由于該塑件抽芯距離較大，零件大部分在滑塊上成型，為了提高強度，故選擇滑塊與側型芯做成整體式?；瑝K和導柱的配合精度為H7/h7。滑塊的結構如下圖所示：
圖7.4 滑塊
7.5 導滑槽的設計
斜導柱驅動滑塊是沿著導滑槽移動的，故對導滑槽提出如下要求：
a、 滑塊在導滑槽內運動要平穩(wěn)；
b、 為了不使滑塊在運動中產(chǎn)生偏斜，其滑動部分要有足夠的長度，一般為滑塊寬度的一倍以上；
c、 滑塊在完成抽拔動作后，仍留在導滑槽內，其留下部分的長度不應小于滑塊長度的2/3，否則，滑塊在開始復位時容易發(fā)生偏斜，甚至損壞模具；
d、 滑塊與導滑槽間應上、下與左、右各有一對平面呈動配合，配合精度可選H7/g6或H7/h7，其余各面均應留有間隙[10]；
基于以上要求，為了節(jié)約成本，便于加工該模具才型芯固定板上直接開滑槽，用耐磨塊加以固定其結構及與滑塊的配合如下圖所示：
圖7.5 導滑槽與斜滑塊配合示意圖
7.6 鎖緊塊
鎖緊塊的斜角應α1導柱的傾斜角α。一般α1=α+（2～3）°。這樣在開模時鎖緊塊能很快離開滑塊的壓緊面，避免壓緊塊與滑塊間摩擦過大。另外，合模時，只是在接近合模終點時，鎖緊塊才接觸滑塊，并最后壓緊滑塊，使斜導柱與滑塊的斜孔壁脫離接觸，以免注射時斜導柱受過大的力。
鎖緊塊設在模板上，采用螺釘固定的形式。其結構和固定形式如下圖所示：
圖7.6 楔緊塊的結構
31
八、冷卻系統(tǒng)設計
無論何種材料進行壓鑄成型，均會有一個比較合適的溫度范圍，在此溫度范圍內，塑料熔體的流動性好，容易充滿型腔，脫模后收縮和翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，力學性能以及表面質量也比較高。為了使模溫能控制在一個合理的范圍內，必須設計模具溫度的調節(jié)系統(tǒng)。因為壓鑄模溫調節(jié)能力，不僅影響到塑件質量，而且也決定著生產(chǎn)效率。實際上模溫設計恰當與否，直接關系到生產(chǎn)成本與經(jīng)濟效益。
8.1冷卻系統(tǒng)的設計原則：
1）冷卻回路數(shù)量應盡量多，冷卻通道孔徑要盡量大；
2）冷卻通道的布置應合理；
3）冷卻回路應有利于降低冷卻水進、出口水溫的差值；
4）冷卻回路結構應便于加工和清理；
5）冷卻水道至型腔表面的距離應盡可能相等；
6）冷卻水道要避免接近熔痕部位，以免熔接不牢，影響塑件的精度
8.2 溫度調節(jié)對鑄件質量的影響
1、改善成形性 每一種合金都有其濕度的成形模溫，在生產(chǎn)過程中若能始終維持相適應的模溫則其成形性可得到改善，若模溫過低，會降低塑件熔體流動性，使壓鑄件輪廓不清，甚至充模不滿；模溫過高，會使壓鑄件脫模時和脫模后發(fā)生變形，使其形狀和尺寸精度降低。
2、 成形收縮率 利用模溫調節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定，能有效減少壓鑄成型收縮的波動，提高塑件的合格率。采用允許的的模溫，有利于減少壓鑄的成形收縮率，從而提高尺寸精度。并可縮短成形周期，提高生產(chǎn)率。
3、 模具型芯與型腔溫差過大，會使塑件收縮不均勻，導致壓鑄件翹曲變形。尤以壁厚不均和形狀復雜的塑件為甚。需采用合適的冷卻回路，確保模溫均勻，消除塑件翹曲變形。
4、 尺寸穩(wěn)定性 對于結晶性塑料，使用高模溫有利于結晶過程的進行，避免在存放和使用過程中，尺寸發(fā)生變形
5、 力學性能 適當?shù)哪?，可使塑件力學性能大為改善。
8.3 對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求
a、 根據(jù)選用的壓鑄品種，確定溫度調節(jié)系統(tǒng)是采用冷卻方式還是加熱方式；
b、 希望模溫均勻，塑件各部分同時冷卻，以提高生產(chǎn)率和塑件質量；
c、 采用較底的模溫，快速、大流量通水冷卻一般效果比較好；
d、 溫度調節(jié)系統(tǒng)要盡量做到結構簡單，加工容易，成本低廉。
8.4 冷卻裝置的設計要點
a、 冷卻水孔的數(shù)量愈多，對塑件的冷卻也就愈均勻；
b、 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即將孔的排列與型腔形狀相吻合；
c、 塑件局部壁后處，應加強冷卻；