铝合金壳体压铸模具设计范文

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摘要：

本文先对铝合金壳体的结构及压铸工艺进行分析，并用UG软件完成铝合金壳体压铸模设计。经实践验证，所设计的压铸合理，所得到的铸件表面光洁，产品质量符合要求。

关键词：

压铸模具；三维设计；UG；工艺设计

1铝合金后壳闷盖压铸件结构与工艺分析

1.1压铸件结构从图1中可看出，该后壳闷盖铸件结构比较简单，铸件壁厚基本均匀，存在两个铸出孔，但是因为铸出孔的壁略厚，热节很容易出现，该压铸件整体壁厚较为均匀，壁厚选择时应综合考量多种因素：压铸件结构、材料性能以及所设计的压铸工艺等，只有采用薄壁或者均匀的壁厚才能要符合各个方面的需求。

1.2铸件外侧边缘的最小壁厚良好的铸件成形条件，要求保持一定的外侧边缘壁厚，边缘壁厚s与深度h的关系为s≥(1/4～1/3)hmm。当h＜4.5mm时，则s≥1.5mm。

1.3压铸材料该压铸件材质为压铸铝合金，其牌号为YZAlSi9Cu4，抗拉强度为240MPa，布氏硬度85HBS，平均收缩率为0.6%。所选合金引起铸造性能良好，特别适合于压铸。

1.4铸造圆角半径为了使金属液流动更流畅，且很容易气体排出，结构中设计使用铸造圆角，且利用圆角来替代结构锐角还可以避免产生裂纹。所设计的结构圆角的半径值取决于结构壁厚值，范围一般为0.5～1mm。

1.5脱模斜度选取脱模斜度要综合考量多种因素：铸件几何形状（深度、壁厚、型腔或型芯表面）、粗糙度、加工纹路方向等。考量上述各因素，所设计铸件的壳体脱模斜度：外表面的α=30′，而其内表面的β=1°。

2压铸工艺参数设计

2.1压铸机选择选择压铸机必须先确定锁模力。锁模力作用有二：一个是用来平衡反压力，以达到锁紧分型面的目的；一个是用来阻止飞溅的金属液，以达到获得目标尺寸精度的目的。设计的铸件不存在分胀型力，因为此模具是没有侧抽芯的（压铸件无侧孔与侧凹）。因此F锁≥KF主=1.25×1288.352=1610.44kN根据上述计算得到锁模力的值还有铸件重量，根据这两个主要因素进行压铸机选择，最后选用机型为：卧式冷室压铸机（2500kN）———J1125型，主要参数：①最大金属浇注量———3.2Kg，②模具厚度———250~650mm，③动模座板行程———400mm，④压射力———143~280kN。

2.2压铸压力压铸工艺中压铸压力是主要参数之一，因此掌握液态金属在压铸过程中上的压力变化情况，对压铸过程中各阶段的压力进行合理控制，具有重要意义：①获得合格铸件———致密的组织，清晰的轮廓；②初算压射比压———根据所选压射力计算。压射比压还与模具型腔空间、铸件壁厚、金属液流程等因素相关，结合所设计模具的具体参数，以及初算值，此压铸模的压射比压最终定为90MPa。

2.3压铸速度压铸速度的选择有以下两方面：压射速度选择和充型速度选择。两种速度的选择至关重要，其直接决定了铸件内在外在的质量及轮廓清晰度等。选择充型速度时考虑因素：①铸件的大小、②铸件结构的复杂程度、③铸件所选合金的种类、④压射比压的高低。具体选择：①充型较容易的———壁厚简单或有较高的内部质量要求的铸件，选择：低速、高比压、大浇口；②需要快速充型———复杂薄壁或有较高的表面质量要求的铸件，选择：高速，高比压。综合考量，根据本压铸件的具体特点———结构较简单，选择中速，范围为20～90m/s。

2.4压铸时间确定压铸时间，其由三部分所需时间组成：充型时间、持压时间及压铸件在压铸模具中停留的时间。几种因素综合作用产生了这种结果：压力、速度、温度、金属液特征，以及铸件结构（主要是壁厚和体积）和模具结构（特别是浇注系统和排溢系统）等因素。充型时间大多在0.01～0.2s之间。其长短由铸件的大小以及结构的复杂程度决定：结构简单体积大的铸件，需要相对长些的充型时间；结构较复杂和壁厚较小的铸件，所需时间短。经实践检验，充型时间定为0.2s左右，对于本文设计的中小型铝合金压铸件是比较合理的。持压时间作用是：压射冲头有足够的时间对未凝固的金属施压，使得结晶过程可以在压力下进行，增强补缩，成功获得致密组织。影响时间长短的因素：所选合金熔点、结晶温度范围和铸件壁厚等。熔点高、范围大、壁厚大的铸件所需时间较长，2～3s；当所确定时间过短，则缩松现象会出现，但并不是持压时间延长就能起到显著的效果。1～2s为一般持压时间范围。本设计中铸件的平均壁厚为3mm、考虑其结构以及合金性质，选择3s作为持压时间。

2.5压铸温度保证合格铸件的主要工艺参数———金属液的浇注温度以及模具的工作温度，影响它的因素有许多：铸件的结构、壁厚、充型的压力、速度以及合金种类等。需要通过综合考量上述参数，保证压铸温度稳定处于合理范围内，提供良好的充型条件。浇注温度不在合理的范围内会造成产品质量下降甚至不合格：①过高的浇注温度———冷却时会造成过大的收缩，产品易形成裂纹，产生较粗大的晶粒，较差的力学性能，甚至造成粘模，降低模具寿命；②过低的浇注温度———造成缺陷包括冷隔、表面花纹和浇注不足等。为了获得合格铸件，除了需要考虑浇注温度外，还应该同时考虑压力、压铸模具温度、充型速度以及铸件所选合金。本压铸件选用铝硅合金，根据其流动性及模具特性，选定620℃作为压铸温度。

3后壳闷盖压铸件模具结构设计

3.1分型面的确定该零件结构简单，按分型面选取原则，应选择最大投影截面处，如图2所示分型面。

3.2浇注系统的设计浇注系统由四部分组成：①直浇道、②横浇道、③内浇口、④冷料穴。具体设计：①整体式压室———压室与浇口套的连接方式；②横浇道的截面形状———扁梯形；③内浇口———环型侧浇口；④侧浇口———布置在铸件的分型面上；⑤一模四腔，图3为具体结构形式。

3.3溢流槽与排气系统设计对溢流槽进行结构设计，综合考量各种因素选择的截面形状为梯形（图4）。合理的结构具有以下作用：①改善模具的热平衡状态———调节模具各处的温度，减少铸件出现流痕、冷隔和浇不足的现象，转移缩孔、缩松、涡流裹气；②排出型腔中的气体———配合排气槽迅速排气；③储存冷污金属液———涂料残渣和气体的混合体。

3.4顶出系统的设计在压铸过程中，一个完整的成形周期结束后需要开模取压铸件，会在凸模一侧发现被包裹着的压铸件，需要将其取下，此任务需要附加一种顶件机构来执行。模具结构设计中顶出系统占有重要地位，构成顶出系统主要有三部分：①顶出、②复位、③导向。本套模具采用两种顶杆顶出机构，分别用于铸件顶出和浇道顶出，顶杆直径分别为6mm和8mm。在系统中设计限位装置：①限位块、②复位杆，用以提高机构的复位精度以及防止机构部件运动过程中行程超限。

3.5成型零件尺寸计算

3.5.1型腔与型芯尺寸:

3.5.2计算中心距离、位置尺寸：式中:L'-成型部分的中心距离、位置的平均尺寸（mm）；L-压铸件中心距离、位置的平均尺寸（mm）。

3.6冷却系统的设计选择高效、易控制的模具冷却方法———水冷，用以获得高质量铸件和长的模具使用寿命。水冷的冷却效果取决于冷却水道的布局，将其布置在型腔内：①温度最高、②热量比较集中、③模具下面、④操作者的对面一侧。为了提高输水胶管安装便利性，要求统一水道的外径几何尺寸。其结构布置见图5所示。

3.7压铸模总装图作出后壳闷盖压铸模具的总装配图（图6）。压铸模由两部分组成：定模、动模。定模静止不动，位于定模板上，动模随着随动板移动，位于随动模固定板上，通过动模相对于动模的运动实现合模、开模。①合模：二者闭合形成型腔，高压下使用浇注系统用金属液对型腔进行充填；②开模：保压后二者分离，推出机构完成从型腔中推出产品的任务。

4结束语

本文采用UG软件对后壳闷盖零件进行实体造型，并完成了后壳闷盖零件的工艺性分析、压铸工艺参数及模具结构设计，型腔的受以下几种因素限制：制造、工艺及生产效率等，综合考量上述各因素，定为比较合理的一模四腔布局。经实践生产表明，选择90MPa的压铸比压，在20～90m/s范围内选择压铸速度，0.2s的铸时间，3s的持压时间，620℃的压铸温度，所得到的后壳闷盖件具有光洁表面，满足产品质量要求。

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作者：邵桂阳 姜峰 张志浩 朱东升 单位：长春师范大学 工程学院 吉林化工学院 材料成型系