压铸工艺与模具设计讲稿 - 1

压铸工艺与模具

材料科学与工程学院 二〇一〇年九月

内容提要

内容提要

压力铸造模具有生产效率高、铸件质量好、铸件尺寸精度和表面光洁度高、综合成本低的突出优点，是净化零件毛坯、实现少无切削加工的重要发展方向，在现代工业中的应用正在迅猛扩大。本课程旨在使学生对压铸工艺有较深入了解的基础上，掌握压铸工艺赖以实施的基础——压铸模的设计程序和设计方法，获得模具设计和制造的基本知识和基本技能训练。

学分：1.5

总学时：32 理论学时：20 实验/实践学时：2/10

[1] 潘宪曾,主编.压铸工艺与模具[M].北京:电子工业出版社,2006年6月. TG249.2 14 [2] 潘宪曾,主编.压铸模设计手册[M].第2版,北京:机械工业出版社,2005. TG241-62 5-3 [3] 杨裕国,主编.压铸模工艺与模具设计[M].北京:机械工业出版社,2008年6月. TG249.2 2 [4] 王鹏驹.压铸模具设计师手册[M].机械工业出版社,2008.1, TG241-62 6 [5] 赖华清,压铸工艺及模具[M].机械工业出版社,2004, TG249.2 13

[6] 模具实用技术丛书编委.压铸模设计应用实例[M]. 机械工业出版社,2005, TG241 15

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压铸工艺与模具

目 录

1 压铸工艺 .............................................................................................................................. 1 1.1 概述 ............................................................................................................................... 1 1.2 压铸机及工作原理 ....................................................................................................... 1 1.3 压铸过程原理 ............................................................................................................... 2 1.4 压铸工艺 p73 ............................................................................................................... 4 1.5 压铸新工艺 ................................................................................................................... 6 2 压铸模设计 .......................................................................................................................... 7 2.1 概述 p119 ..................................................................................................................... 7 2.2 压铸件及其结构工艺性分析 p16 ............................................................................... 8 2.2.1 合金材料 p16 ........................................................................................................ 8 2.2.2 尺寸精度 p36 ........................................................................................................ 8 2.2.3 形状结构 p49 ........................................................................................................ 8 2.3 模具结构分析 ............................................................................................................. 11 2.3.1 分型方案设计 p130 ............................................................................................ 11 2.3.2 选择压铸机 p61 .................................................................................................. 11 2.3.3 浇注系统设计p131 ............................................................................................. 12 2.3.4 绘制铸件图 .......................................................................................................... 16 2.3.5 绘制铸造工艺图 .................................................................................................. 16 2.3.6 绘制模具总装图（成型零件设计） p160 ........................................................ 16 2.3.7 抽芯机构设计 ...................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.8 推出机构设计 ...................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.9 结构零件设计 ...................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.10 压铸模总装图的技术要求 ................................................ 错误！未定义书签。 2.3.11 零件材料及加工技术要求 ................................................ 错误！未定义书签。 3 压铸模设计程序及举例 .................................................................... 错误！未定义书签。 3.1 零件图工艺分析 ......................................................................... 错误！未定义书签。 3.2 初步分析模具结构 ..................................................................... 错误！未定义书签。 3.2.1 浇注系统设计 ...................................................................... 错误！未定义书签。 3.3 绘制铸件图 ................................................................................. 错误！未定义书签。 3.4 绘制铸造工艺图 ......................................................................... 错误！未定义书签。 3.5 选择压铸机 ................................................................................. 错误！未定义书签。 3.6 绘制模具总装图 ......................................................................... 错误！未定义书签。

II

目 录

3.7 结构零件设计 ............................................................................. 错误！未定义书签。 3.8 绘制模具零件图 ......................................................................... 错误！未定义书签。 3.9 必要的校核 ................................................................................. 错误！未定义书签。 4 压铸模设计说明书基本内容 ............................................................ 错误！未定义书签。 参考文献 ................................................................................................ 错误！未定义书签。 附 录 .................................................................................................... 错误！未定义书签。

III

压铸工艺与模具

IV

1 压铸工艺

1 压铸工艺

压铸生产的三要素：压铸合金，压铸模，压铸机。压铸工艺把三者有机组合。 主要内容：压铸基本原理；压铸机类型；压铸用合金；主要压铸工艺参数，如压射比压、充填速度和时间、浇注温度、模具温度、持压时间等；压铸用涂料；压铸工艺的特点及其发展前景。

重点和难点：主要压铸工艺参数对铸件质量的影响及其选择方法。

1.1 概述

一、压力铸造的实质

a、高压：常用压射比压2-200Mpa，最高达1000 MPa； b、充填速度：0.5-50m/s，最高达170 m/s； c、充填时间：0.01-0.2s； 二、压力铸造的特点

a、生产率高：冷室：600-700周次/班，热室：3000-7000周次/班；

b、产品质量好：尺寸精度高，表层晶粒细，组织致密，抗拉强度高，表面硬度高（但延伸率下降），互换性好，文字图案、花纹轮廓清晰；

c、经济效益好：金属利用率高，节约加工工时等；

d、可以生产薄壁复杂件：δmin：锌合金0.3mm，铝合金0.5mm，铜合金0.8mm，镁合金0.8mm；

★目前存在的问题：

e、铸件内部有大量显微气孔，压铸件不能热处理，也不能在高温下工作； f、内腔复杂件压铸困难，不能用砂芯； g、压铸高熔点合金困难，模具寿命低；

h、压铸设备造价高，模具成本高，不适宜小批量生产； 三、压力铸造的应用范围

a、适用合金：锌合金、铝合金、镁合金及少量铜合金； b、铸件重量：一般≤2-3kg，最小0.14g，最大50kg； c、铸件尺寸：投影面积：0.07cm2-4m2； d、大批量生产。

1.2 压铸机及工作原理

一、压铸机的分类

热室；冷室：卧式、立式、全立式

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压铸工艺与模具

二、工作原理及特点

a、热室：生产工序简单，工艺稳定，生产率高，金属液消耗少，金属液干净，铸件质量好，但压室寿命低，主要用于低熔点合金；压射室温度约等于熔池金属液温度；

b、立式冷室：可采用中心浇口，可以充分利用压型有效面积；但压力损失大；有切断、顶出余料的下油缸，结构复杂；金属消耗多；

c、卧式冷室：压力损失小，有利于传递最终压力；金属流程短，消耗少；结构简单；但不能开设中心浇口，压型有效面积利用率低；应用最广泛；

d、全立式：占地面积少；平稳可靠；放置嵌件方便；但操作不变，生产率低。

1.3 压铸过程原理

一、压铸压力：（压射压力；压射比压：p?P4P?） F?d2压力的变化及作用（保证获得高的充填速度，高的结晶压力） （1）慢速封孔阶段P1、v1

P1：压射冲头慢速v1前进，封住浇口，液态金属被推动，其所受压力P1较低，此时压力P1仅用于克服压室与液压缸对运动活塞的摩擦阻力及液态金属液面升高所引起的反压力；

（2）充填阶段P2、v2

P2：本阶段在压射冲头作用下，金属将完全充满压室至浇口处的空间，压射冲头的速度达到v2；压力P2也由于压室中金属的反作用而超过P1；

（3）增压阶段P3、v3

P3：液体金属充填浇注系统和压铸型型腔，因为内浇口面积急剧缩小，使金属液流动速度v3下降，但压力则上升至P3。在第三阶段结束前，液体金属因压射机构的惯性关系而发生水锤作用，使压力升高，并发生波动，待波动消失后即开始压铸的第四阶段；

（4）保压阶段P4

P4：本阶段的主要作用是建立最后的增压，使铸件在压力P4下结晶凝固，而达到使铸件组织致密的目的。P4大小取决于合金种类、状态（粘度、密度）和铸件的质量要求。

P3愈高所得的充填速度愈高；P4愈高愈易获得外廓清晰、表面光洁和组织致密的铸件；在整个过程中P3、P4是最重要的。

保证P3、P4的条件：

1. 铸件和内浇口应具有适当的厚度； 2. 具有相当厚度的余料； 3. 具有足够的压射压力。 二、压铸速度（压射速度；充填速度）

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1 压铸工艺

压射速度：压铸机压射缸内的液压油推动压射冲头前进的速度； 充填速度：液体金属在压力作用下通过内浇口进入型腔的线速度； （1）确定充填速度的依据：合金的特性和铸件的结构

充填速度过低：铸件轮廓不清晰，甚至不能成型； 充填速度过高：铸件粘型、排气不畅，铸件内孔洞增多。 （2）影响充填速度因素

a、压射速度和内浇口截面积 F冲头V冲头=F内V充；

V充=F冲头V冲头/F内=πD2冲头V冲头/(4F内) （D与V冲头可调） b、根据压射比压计算充填速度：V充=?2gp? p：压射比压；γ：液态金属重度；μ：阻力系数，一般μ＝0.358

（3）调整充填速度的方法：压射比压；压室直径；压室速度；

为满足生产需要，要求：压铸压力、压铸速度都能做到无极可调。

三、液态合金充填压铸型的特点

液体金属在型腔中的运动特征与充填速度、浇口和铸件断面（厚度）之比、浇入金属的粘度、表面张力以及它与型壁间的热相互作用有关。液体金属的充填状态可分为三种：

1. 层流（勃兰特Brandt，巴顿Barton修正），条件： 液态金属：V充≤0.3m/s；δ内/δ件＞1/2 ~ 2/3； 半固态金属：V充≤10m/s；δ内/δ件＞2/3 ~ 3/4； 排气条件好，铸件内无气孔。

层流常用于结晶区间较宽的合金，且形状较为简单。 2. 紊流（弗洛梅尔理论Frommer），条件： 液态金属：V充≤0.5-15m/s；f内/F件＞1/4 ~ 1/2； 半固态金属：V充＝（25-30）m/s。

由于旋涡运动，涡流中易于卷入气体（空气及涂料产生的气体），它们存在于凝固铸件中，形成0.1～1mm的孔洞。

3. 弥散流（大多数学者观点），条件： V充≥20 ~ 30m/s；f内/F件＜1/4 ~ 1/2；

铸件内的气孔尺寸较小，液流速度愈高气孔尺寸愈小；与紊流相比对铸件的机械性能的影响很小；

最大缺点：液流对型壁及型芯摩擦，容易造成合金粘型而使铸件损坏，有时可能使压铸型报废。

一般规定：

锌合金：V充≤100m/s；

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压铸工艺与模具

镁合金：V充≤50-70m/s；

铝合金、铜合金：V充≤40m/s；（因具有较高的粘型倾向）。

1.4 压铸工艺 p73

一、压铸压力和充填速度参数

（1）选择压射比压主要考虑的因素

1. 合金特性：流动性、密度、结晶温度范围、合金的热容量、比强度； 2. 铸件结构：壁厚、几何形状复杂程度、工艺合理性； 3. 浇注系统：浇道阻力、浇道散热速度；

浇道阻力大：主要是由于浇道长，转向多，增压比压选大些； 浇道散热速度：散热速度快——压射比压选高些； 散热速度慢——压射比压选低些；

4. 排溢系统：排气道分布、排气道截面积；溢流槽分布及截面积；

5. 合金通过内浇口速度：要求合金通过内浇口速度高——压射比压选大些； 6. 温度：合金与压铸模温差大：压射比压高；温差小：压射比压低。 压射比压的调整：调整压铸机的压射力、压室直径 （2）选择压射速度主要考虑的因素

压射速度分为低速压射和高速压射两个阶段：合金到达内浇口前——低速，合金到达内浇口时——高速。

1. 低速压射速度：根据浇注到压室内的金属量确定： 浇注金属液量占压室容积的百分数％ 压射速度m/s ≤30 0.3-0.4 30-60 0.2-0.3

＞60 0.1-0.2

2. 高速压射速度：按铸件平均壁厚、填充时间、合金通过内浇道速度用公式计算。 二、温度参数

（1）浇注温度：金属液进入压室至充填型腔时的平均温度

温度过高：合金收缩大，铸件易产生裂纹，铸件晶粒粗大，易粘型； 温度过低：易产生冷隔、表面流纹和浇不足等缺陷。

原则：在保证质量的前提下尽可能降低浇注温度，最好使合金呈粥状。 原因：

1. 减少型腔表面温度的波动和液体金属对型腔的冲蚀，延长模具寿命； 2. 减少产生涡流和卷入空气；

3. 减少金属在凝固过程中的体积收缩；提高铸件精度和内部质量。

对含硅量高的合金不易使合金呈“粥状”时压铸，否则有大量硅析出，硅以游离态存在于铸件内部，使加工性能变坏。

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1 压铸工艺

（2）压铸模温度：预热温度；连续工作保持温度 使用前要预热，其目的和作用同金属型。

1. 避免液体金属冷却速度太快，造成气孔、冷隔、浇不足、缩孔、裂纹等缺陷； 2. 防止铸铁件表面产生白口；

3. 保护金属型，避免急冷、急热而剧烈收缩和膨胀，延长金属型寿命； 4. 减轻铸件包紧力，利于脱型； 5. 确保操作者的安全。

一般选择压铸型的温度为：t型＝1/3t浇±Δt，Δt：温度控制公差，一般为25℃。 三、充填、持压及停留时间

（1）充填时间：金属液自开始进入型腔到充满压铸型的过程所需的时间。 选择填充时间主要考虑的因素：

1. 铸件结构特征：铸件壁厚小时，填充时间应短些； 2. 合金特性： 合金的熔化潜热低时，填充时间应短些；

合金的导热性好时，填充时间应短些；

3. 模具温度：模具温度低时，填充时间应短些； 4. 浇注温度：浇注温度低时，填充时间应短些； 5. 排气效果：排气效果好时，填充时间应短些；

6. 浇道系统：内浇道的位置造成金属液流程较长、转向较多时，填充时间应短些； 7. 模具热平衡：模具型腔的导热性好时，填充时间应短些；

模具的热容量大时，填充时间应短些。

（2）持压时间：金属液充满型腔后，在压力作用下，使铸件完全凝固所需时间。 持压的作用：使压力传递给未凝固的金属，保证铸件在压力下结晶凝固，以获得致密的铸件。

选择依据：铸件壁厚、合金结晶温度范围；

（3）停留时间：从持压作用完成到开模顶出铸件为止

停留时间过短：铸件温度高、强度低，在顶出时易变形，而且铸件内部的气孔可

能会造成铸件鼓泡。

停留时间过长：铸件温度低，收缩大，铸件对型芯抱紧力大，顶出阻力大；对热

脆性合金还易产生开裂；同时生产率下降。

选择依据：合金性质、铸件壁厚、铸件结构特征。 一般按1mm需3秒钟计算。 四、压铸型用涂料

涂料的作用：防止粘型；减小顶出铸件时的摩擦阻力；避免压铸模过分受热。 对涂料的要求：

1. 在高温时具有良好的润滑性； 2. 对铸型材料具有良好的润湿性；

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压铸工艺与模具

3. 挥发点低，在100-150℃时，稀释剂能很快挥发； 4. 对压铸型及压铸件没有腐蚀作用；

5. 性能稳定，存放期长，在空气中稀释剂不应挥发过快而变稠； 6. 在高温时不会产生有害气体；

7. 不会在压铸型型腔表面产生积垢，且易于清除。

1.5 压铸新工艺

一、真空压铸（1958）

优点：

1. 提高铸件致密度，改善力学性能；

2. 铸件可以热处理，也可以缩短铸件在型内的停留时间而不会鼓泡； 3. 由于压射时型内的反压力减小，可以提高合金充填能力。

压铸时一般型腔内的真空度为：(1-6)×104Pa，真空度的高低主要与铸件结构和其它工艺参数，如压射压力、合金充型线速度等，有关。 二、充氧压铸（加氧压铸：1969）

充氧压铸又称加氧压铸、无孔洞压铸，其实质为在压射金属液开始之前，向压铸型型腔及压室内吹进纯氧气，以代替空气和其他气体，而后向充满氧气的型腔内压射金属液。喷射进入型腔的金属液与氧气作用，形成尺寸小于1μm的固态氧化物颗粒，弥散分布于压铸件中，其总质量约为铸件质量的(0.1-0.2)％，可消除铸件中的孔洞，提高铸件组织的致密度，使压铸件的力学性能大为提高。如：铝合金铸件的强度可以提高约10％，伸长率可提高1.5-2倍。同时，由于铸件无气孔，它可以被热处理，热处理后的强度又可以增加约30％，屈服值增加100％，冲击韧性也显著增加。 三、精确、快速、致密压铸

双冲头压铸：克服卷气、收缩产生的真空。 内浇口采取定向凝固，便于补缩。 四、半固态压铸

合金呈现状态：树枝状晶体→网状→打碎，呈球形、团块→然后压铸。 Equation Chapter (Next) Section 1

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压铸模设计

2 压铸模设计

2.1 概述 p119

一、压铸模的组成

（1）模体：（动模、定模） 1. 成型部分：型腔、型芯、镶块；

2. 浇注系统；浇口套、分流锥、内浇口、横浇道、直浇道； 3. 溢流排气系统；溢流槽；排气槽、排气塞；

4. 抽芯机构；活动型芯；滑块、斜滑块；斜销、弯销、齿轴、齿条；楔紧块、楔紧销；限位钉、限位块；

5. 导向零件；导柱、导套；

6. 模体部分：动、定模套板（两块）；动、定模座板（两块）；支承板；垫块 7. 其它：安全装置、冷却系统、加热系统、螺钉、销钉等紧固件。 （2）模架

1. 推出机构：推杆、推杆固定板、推板；复位杆、导柱、导套、限位钉； 2. 预复位机构：摆轮、摆轮架；预复位推杆； 3. 模架附件：模角垫块、垫板（两块）。 二、压铸模设计流程 p129

1. 零件图工艺分析：从压铸工艺性观点分析产品零件的合金材料、结构、尺寸精度及其它特点，确定是否适合于压铸。

2. 初步分析模具结构： a选定分型面、确定型腔数量；

b选择内浇口位置，确定浇注系统的总体布置； c确定抽芯数量，选取抽芯方案；

d确定推出元件的位置，选择合理的推出方案； e对带嵌件的铸件，要考虑嵌件的装夹和固定方式。 3. 绘制铸件图：

a标注机械加工余量，加工基准，出模斜度及其它工艺方案； b绘出铸件的各项技术指标；注明压铸合金种类、牌号及技术标准。 4. 绘制铸造工艺图：包含浇注系统、聚渣包（溢流槽）、排气槽等； 5. 选择压铸机：

a按照合金种类选择压铸机类型，按铸件（还应当包括浇注系统、溢流系统等）在分型面上的投影面积和质量特点初步选定压铸机，同时要兼顾设备生产负荷的均衡性；

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压铸工艺与模具

b确定压射比压，计算锁模力，选定压铸机型号、规格； c估算开模行程、推出力，是否需要液压抽芯等；

d选用压铸机需要配备的附件，如液压抽芯器、通用模座等。 6. 绘制模具总装图： a成型零件的主要尺寸； b镶块的主要尺寸； c型芯的主要尺寸； d推杆、复位杆等尺寸；

e各部分尺寸计算、公差选用、材料选用及标注； f压铸件的收缩率； g模具制造公差等。 7. 绘制模具零件图 8. 必要的校核：

胀型力、压室容量、推杆及复位杆尺寸等。

2.2 压铸件及其结构工艺性分析 p16

2.2.1 合金材料 p16

基本要求：力学性能、耐腐蚀性能、加工性能和其他性能符合产品要求；流动性好；热裂倾向小；收缩率小；熔点低；货源充足，价格低。

另外：考虑生产管理。 常用：铝合金，锌合金； 少用：镁合金，铜合金。

2.2.2 尺寸精度 p36

尺寸公差：铝、镁合金压铸件：选取CT5～CT7；表2-23 锌合金：选取CT4～CT6； 铜合金：选取CT6～CT8； 角度公差：一般推荐2级精度；（p45）表2-34 形位公差：平面度、平行度、同轴度。表2-35

2.2.3 形状结构 p49

壁厚、筋、铸孔、最小壁厚、园角半径、脱模斜度、螺纹、齿轮、凸纹与直纹、槽隙、铆钉头、网纹、文字、标志、图案、嵌件

一、壁厚：推荐正常壁厚，控制最大及最小壁厚；最大一般要小于6mm，最小要大于0.5mm。

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压铸模设计

表1 压铸件的最小壁厚和正常壁厚(表2-44)

壁的单面面积 a×b(cm2) ≤25 ＞25～100 ＞100～500 ＞500 铝合金 镁合金 铜合金 壁厚h（mm） 最小 正常 最小 正常 最小 正常 最小 正常 0.5 1.5 0.8 2.0 0.8 2.0 0.8 1.5 1.0 1.8 1.2 2.5 1.2 2.5 1.5 2.0 1.5 2.2 1.8 3.0 1.8 3.0 2.0 2.5 2.0 2.5 2.5 4.0 2.5 4.0 2.5 3.0 锌合金

二、筋：用来增加零件的刚性和强度，同时也可以改善压铸的工艺性，使金属的流道畅通，消除单纯依靠加大壁厚而过分聚集金属引起的气孔、裂纹和收缩缺陷。

有关数据：b＝t－1.4h；h1≤5t；h2＞0.8；?≥3°；

r1＝(0.5bcos?－hsin?)/(1－sin?)；r2＝(t＋b)/3；

三、铸孔：压铸的特点是能直接铸出比较深的小孔，小孔的孔径与深度的关系见下表。

合金 锌合金 铝合金 镁合金 铜合金

最小孔径d/mm 经济上技术上合理的 可能的 1.5 0.8 2.5 2.0 2.0 1.5 4.0 2.5 深度为孔径d的倍数 不通孔 通孔 d＞5 5＜d d＞5 5＜d 6d 4d 12d 8d 4d 3d 8d 6d 5d 4d 10d 8d 3d 2d 5d 3d 9

压铸工艺与模具

四、铸件外侧边缘的最小壁厚：为了保证铸件良好的成型条件，铸件的外侧边缘应保持一定的壁厚。

?11?s??~?h，其中s：边缘壁厚；h：深度，当h＜4.5mm时，s≥1.5mm。 ?43?五、铸造圆角半径：铸造圆角可以使金属液流动变的流畅，气体易于排出，并可避免因锐角而产生裂纹。（表2-49）

相等壁厚时：r最小＝Kh；r最大＝h；R＝r＋h； 对锌合金：K＝1/4；对铝、镁、铜合金：K＝1/2； 不同壁厚时：r≥(h1＋h2)/3；R＝r＋(h1＋h2)/2；

六、脱模斜度：脱模斜度与铸件几何形状，如高度、深度、壁厚，及型腔或型芯表面状态，如粗糙度、加工纹路方向等有关；在允许范围内尽量采用较大的斜度以减小所需的推出力或抽芯力。（表2-50）

配合面的最小脱模斜度 非配合面的最小脱模斜度 外表面α 内表面β 外表面α 内表面β 0o10′ 0o15′ 0o15′ 0o45′ 锌合金 0o15′ 0o30′ 0o30′ 1o 铝、镁合金 0o30′ 0o45′ 1o 1o30′ 铜合金 表中数值仅适用于型腔深度或型芯高度≤50mm，表面粗糙度不大于Ra0.1；但大端与小端尺寸的单面差的最小值为0.03mm；

当深度或高度＞50mm，或表面粗糙度大于Ra0.1时，脱模斜度可适当减小。 七、加工余量：尽量不要机加工，必须时也尽量小，见下表2-50。

基本尺寸mm ≤100 ＞100～250 ＞250～400 ＞400～630 ＞630～1000 每面加工余量 0.5 0.75 1.0 1.5 2.0 根据所用合金种类，分析零件的形状、结构、精度和各项技术指标。确定机加工部位，加工余量和机加工时的工艺措施以及定位基准等。

八、表面质量：一般分为三级，一级Ra1.6，二级Ra3.2，三级Ra6.3。

九、其他：螺纹、齿轮、凸纹与直纹、槽隙、网纹、文字、标志、图案、嵌件等； p53

合金 10

压铸模设计

2.3 模具结构分析

2.3.1 分型方案设计 p130

分型面的分类：单分型面：直线、倾斜、折线、曲线；

多分型面：双分型面、三分型面、多分型面。

分型面的选择要点：选择铸件的分型面涉及到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、模具的热平衡等因素；这些因素往往难以兼顾，确定分型面时要予以综合考虑。其要点为：

1. 开模时保持铸件随动模移动方向脱出定模： 措施：a、通过调整型芯抱紧力；

b、借助侧向抽芯机构；

2. 有利于浇注系统、溢流系统和排气系统的设置； 3. 要求不影响铸件的尺寸精度； 4. 简化模具结构；

5. 其他：避免压铸机承受临界负荷；考虑铸造合金的性能；考虑生产时对模具的清理工作量和清理效果等。

2.3.2 选择压铸机 p61

一、确定压射比压，计算锁模力，选定压铸机型号和规格

根据铸件结构特征、合金特性及技术要求选择合适的压射比压，结合模具结构，估算投影面积，初步计算锁模力。（此后未特别注明的参量单位，均用国际标准单位）

（1）计算压铸机的锁模力：F锁≥K(F主＋F法分) （3-5）

F主：压铸时的主胀形力，F法分：作用于滑块楔紧面上的法向分压力，

K：安全系数（一般取K＝1～1.3）。与铸件的复杂程度、以及压铸工艺等因素有关，铸件壁厚越小、越复杂，压铸时所需要的压射速度越高，压射比压越大，压铸温度越高，使模具分型面所受到的冲击越大，K应取较大值。

（2）主胀型力（反压力）的计算：

1. F主＝∑SP＝(S铸＋S浇＋S余＋S溢)·P （3-1） P：压射比压Mpa

∑S：铸件（包括浇注系统、溢流系统、排气系统、余料）在分型面上的投影面积之和；也可以只计算铸件投影面积，外加30％作为浇注系统、溢流系统、排气系统和余料进行预算。

2. 确定压射比压：一般根据合金种类并按铸件特征及要求选取(Mpa) p15，表1-2

锌合金 铝合金 镁合金 铜合金 一般件 13～20 30～50 30～50 40～50 承载件 20～30 50～80 50～80 50～80 耐气密性或大平面薄壁件 25～40 80～120 80～100 60～100 电镀件 20～30

11

压铸工艺与模具

3. 压铸机所容许的压射比压：p＝4P射/(πD2)

压射力的大小可在一定范围内任意调节。P射：压射力 （3）作用于抽芯机构上分胀形力（法向反力）的计算： F法分＝∑(p×A芯tgα)，α：楔紧块的楔紧角 p64，图3-8

（4）模具上型腔偏离压铸机的压力中心时锁模力的计算： F偏＝F锁(1+2e)；或F偏≥1.24F锁

e：型腔投影面积重心最大偏离率（水平或垂直）。P65（3-7）

二、压室容量的估算p71

G室＞G浇

G室：压室容量kg；

G浇：铸件重量、浇注系统重量、溢流系统重量及余料重量之和； G室＝πD2LρK/4； D：压室直径；

L：压室包括浇口套长度； ρ：液态合金密度；

K：压室充满度，一般取60％～80％，不得小于40％。

三、模具厚度的核算p71

模具厚度核算：Hmin＋10mm≤H设计≤Hmax－10mm 四、动模座板行程的核算

动模座板行程实际上就是压铸机开模后模具分型面之间的最大距离。

设计模具时，应根据铸件形状、浇注系统和模具结构核算能否满足取出铸件的要求；

L取＜L行－10mm；

L取：开模后分型面之间能取出铸件的最小距离（mm） L行：动模座板行程（mm）

2.3.3 浇注系统设计p131

一、内浇道设计

主要确定内浇道的位置、形状和尺寸

12

压铸模设计

（1）设计要点

1. 内浇口的设置部位应使金属液充填型腔时不致立即封闭分型面，以利于排气，也不直接冲击型芯，以利于减小型芯的磨损；

2. 使金属液沿着型壁顺序充填；

3. 尽量避免正面冲击型芯、型腔，以减小金属液的流动阻力； 4. 在满足充填、排气条件下选择较短的型腔；

5. 以厚的内浇口和横浇道从铸件局部厚实处充填，以利于静压力传递，消除缩孔； 6. 考虑模具的热平衡； 7. 利于顺序凝固； 8. 利于浇注系统的清除；

9. 铸件内有镶嵌件时，浇道不应离镶嵌件太远，以免金属液流到镶嵌件附近时已降低温度，不能稳固地包住镶嵌件；

（2）内浇道的截面积计算 1. 流量计算法：A＝V/tv A：内浇口截面积；

V：铸件体积（包括浇注系统，排溢系统）；

t：填充时间（s）；可由手册查表得知，主要与铸件厚度有关；

v：内浇道流速、即充填速度(m/s)；主要与合金种类有关；可由手册查表得知；一般：铝合金20～60；锌合金30～50；镁合金40～90。

2. 列线图法：列线图中共包含有七个参数，分别为：充填时间、通过内浇口的金属体积、压射冲头的直径、压射冲头的速度、金属液的流量、内浇口截面积、内浇口处金属液的流速。根据铸件的体积（包括溢溜槽）和平均壁厚，在图中做出充填时间等。

3. 经验公式：

a、LT＝0.0268V0.745 ——适用于所有压铸合金

L：内浇口宽度（cm）；T：内浇口厚度（cm）；V：铸件和溢溜槽体积（cm3）； b、A＝0.18G ——适用于重量小于150克的锌合金和中等壁厚铝合金压铸件 A：内浇口截面积（mm2）；G：铸件质量（克）。 （3）内浇道的厚度 表4-4 1. 经验数据：一般为0.4-3.0mm

铸件厚度越大，内浇道厚度越大；铸件结构越复杂，内浇道厚度越大；合金熔点越高，内浇道厚度越大；合金粘度越大，内浇道厚度越大。

2. 内浇口厚度与凝固模数的关系：为了使型腔填充后，金属液在压力下凝固，要求在充填结束后内浇口仅有一半厚度已凝固。

凝固模数的计算公式：M＝V/A

M：凝固模数（cm）；V：压铸件体积（cm3）；A：压铸件表面积（cm2）；

13

压铸工艺与模具

对于壁厚基本均匀的薄壁压铸件，凝固模数约等于壁厚的1/2。

内浇口厚度与凝固模数的关系：内浇道厚度d（注意单位：M：cm；d：mm；）：

锌合金：d＝3.3M＋0.4 铝合金：d＝3.7M＋0.5 镁合金：d＝2.3M＋0.4 （4）内浇道的宽度 表4-5 经验数据：

方形或矩形：铸件边长的0.6-0.8倍；侧向注入 圆形板件：铸件外径的0.4-0.6倍；割线注入

圆环形、圆筒形：铸件外径和内径的0.25-0.3倍；切线注入 方框形：铸件边长的0.6-0.8倍。侧壁注入 ★ 内浇道的长度一般为：2-3mm。 二、直浇道设计p137

卧式冷室压铸机：余料厚度＝直径的1/2~1/3，或15-20mm；斜度为1.5o~2o。 三、横浇道设计p141

（1）设计要点：

1. 横浇道截面积应从直浇道起到内浇口止，逐渐减小，以免形成负压； 2. 圆弧形状的横浇道可以减小金属液的流动阻力，但截面积应逐渐减小，防止涡流卷气，圆弧形横浇道出口处的截面积应比进口处减小10％～30％。

3. 横浇道应有一定的厚度和长度；过薄热量损失大；过厚冷却速度下降，生产率下降，增大金属消耗。保持一定长度的目的，主要是对金属液起到稳流和导向的作用。

4. 横浇道截面积在任何情况下都不应小于内浇口截面积；多腔压铸模主横浇道截面积应大于各分横浇道截面积之和。

（2）横浇道尺寸： 尺寸选择：表4-10 截面形状 计算公式 Ar=(3～4)Ag（冷室压铸机） Ar=(2～3)Ag（热室压铸机） h＝(5～8)T（卧式冷室压铸机） h＝(8～10)T（立式冷室压铸机） h＝(8～10)T（热室压铸机） ?＝10o～15o b=Ar/h＋h×tg? r=2～3 说明 Ag－内浇口截面积（mm2） Ar－横浇道截面积（mm2） h－横浇道深度（mm） T－内浇口厚度（mm） ?－出模斜度 r－园角半径（mm） b－横浇道宽度（mm） 在确定横浇道截面积之后可以根据下面公式计算横浇道的深度和宽度：

h?C1Ar，h：横浇道的深度或直径，C1：系数，表4-11

14

压铸模设计

b?C2Ar，b：横浇道的宽度，C2：系数，表4-11

0.678 0.561 0.794 0.931 1.595 1.881 1.727 2.149 一般b＝3A内/h；b最小＝(1.25～1.6)A内/h；h≥(1.5～2)×H平铸件平均厚度 四、溢流槽设计p151

（1）溢流槽的作用：

1. 排除在填充过程中流动金属前沿的冷金属； 2. 容纳混有气体、氧化物、涂料等异物的金属；

3. 在一定程度上帮助控制金属流的填充形式，防止局部产生涡流； 4. 消除或转移缩孔、气孔、涡流和冷隔等缺陷； 5. 改善模具温度分布状态； 6. 布置推杆，利于顶出铸件； 7. 增加铸件留在动模内的抱紧力； 8. 防止铸件变形。 （2）溢溜槽的设计要点： 1. 便于从压铸件上清除；

2. 合理设计溢流口，避免过早堵塞排气槽； 3. 避免溢流口与铸件之间产生热节；

4. 不应在一个溢溜槽上开设几个溢流口或一个很宽的溢流口，以免产生倒流； 5. 溢流口的截面积应大于连接在溢流口后面的排气槽截面积；

6. 溢流口的布置应有利于排除型腔内的气体，排除混有气体、氧化物、分型剂残渣的金属液，改善模具的热平衡。

（3）溢溜槽的容积： 压铸件壁厚（mm） 0.90 1.30 1.80 2.50

五、排气槽设计：

在填充过程中，排气道能排除浇道、型腔及溢流槽内的混合气体，以利于填充，减少铸件缺陷，获得轮廓清晰致密度高的铸件。

15

C1 C2 1.128 0.922 1.247 溢溜槽容积占相邻型腔区容积的百分比（％） 铸件具有较低的粗糙度 铸件表面允许少量折皱 150 75 100 50 50 25 25 25 压铸工艺与模具

1. 排气槽尺寸：宽度8～25mm；

2. 排气槽深度：锌合金：0.05～0.12mm；铝合金：0.10～0.15mm；

镁合金：0.10～0.15mm；铜合金：0.15～0.20mm；

注意：

1. 排气槽在离开型腔20-30mm后，可将深度加大到0.3-0.4mm，以提高排气效果； 2. 在需要增加排气槽面积时，以增大排气槽宽度和数量为宜，不宜过分增加其深度，以防金属液溅出；

3. 排气槽的截面积：一般为内浇口截面积的20％～50％；必要时可以按下式计算： F排＝0.0024V/(t·K)

F排：排气槽截面积（mm2）；V：型腔和溢溜槽的体积（cm3）；t：气体的排出

时间s，可近视按充填时间算；

K：充型过程中，排气槽的开放系数，K=0.1～1.0。主要考虑：小铸件，金属液

流速低，排气槽处于金属液最后充填位置时，K值取大些；相反，K值取小些。

2.3.4 绘制铸件图 2.3.5 绘制铸造工艺图

2.3.6 绘制模具总装图（成型零件设计） p160

一、成型零件的结构

分类：整体式（图5-1）、镶拼式（图5-2） （1）整体式结构

1. 整体式结构模具的特点： ①强度高、刚性好；

②与组合镶拼式相比，压铸件表面光滑平整； ③减少模具的装配工作量，缩小模具外形尺寸； ④易于设置冷却水道；

⑤对于压铸高熔点合金可以提高模具寿命。 2. 整体式结构模具的使用场合：

①型腔较浅的小型单腔模具或型腔加工比较简单的模具；

②压铸件形状简单、精度要求不高和熔点较低的合金（锡、铅、锌）的模具； ③铸件生产批量小可不需进行热处理的模具；

④受压铸机拉杠位置限制，模具外形尺寸不能过大，不能采用镶拼结构的模具。 （2）镶拼式结构 1. 镶拼式结构的特点：

①对于复杂成型表面可以用机加工代替钳工，简化加工工艺，提高模具质量； ②合理利用材料，降低成本； ③易损件易于更换和维修；

16

压铸模设计

④镶拼处的间隙利于排气；

⑤合理的镶拼结构可以减少热处理变形，也便于热处理后进行修整； ⑥镶块坯料易于锻造，组织均匀，质量较高；

⑦可按铸件的几何形状在镶块上构成复杂的分型面，而在套板上仍为平直分型面。 缺点：

①增加装配时的困难，且难以满足较高的组合尺寸精度； ②模具的热扩散条件变差；

③镶拼处易产生飞边；既影响模具寿命，又会增加去除毛刺的工作量；

随着电火花、线切割等先进加工工艺的不断发展，在加工条件许可的情况下，除为了满足压铸工艺要求排除深腔内的气体或便于更换易损件而采用组合镶块外，其余成型部分应尽可能采用整体镶块——即尽量减少镶块数量。

2. 镶拼式结构模具的使用场合： ①型腔较深或较大型模具； ②多型腔模具；

③成型表面比较复杂的模具。 3. 镶拼式结构的设计要点：

①便于机械加工，以达到成型部分尺寸精度和配合精度； ②保证型芯和镶块强度及相对位置的稳定性； ③不应产生锐边和薄壁；防止热处理变形；

④镶拼间隙方向与出模方向一致；防止毛刺阻碍取出铸件； ⑤有利于热处理； ⑥便于维修与调换；

⑦不妨碍铸件外观，有利于去除飞边；

4. 镶块的固定形式（表5-1）：不通孔式、通孔台阶式、通孔无台阶式等等 5. 型芯的固定形式：

型芯固定时必须保持与相关构件之间有足够的强度、稳定性，以便于机械加工和装卸，在金属液的冲击下或铸件卸除抱紧力时不发生位移、弹性变形和弯曲断裂现象。

主要形式：台阶式、加强式、接长式、压配式、螺栓式、螺钉式、销钉式等等。 6. 镶块和型芯的止转形式（赖华清p104）： 销钉式、平键式、半园键式、平面式等。 二、成型零件尺寸计算 p165

（1）成型零件的主要尺寸 1. 镶块的主要尺寸： 镶块璧厚尺寸，表5-4 整体镶块台阶尺寸，表5-5

组合式成型镶块固定部分长度，表5-6。

17

压铸工艺与模具

2. 型芯的主要尺寸：表5-7 圆型芯尺寸；

圆型芯成形部分长度、固定部分长度和螺孔直径。 （2）成型部分尺寸计算、公差选用及标注p168 1. 压铸件的收缩率

压铸件的实际收缩率φ实是指室温时的模具成型尺寸减去压铸件实际尺寸的差与模具成型尺寸之比，即：

φ实＝(A型－A实)/A型

A型：室温下模具成型尺寸；A实：室温下压铸件实际尺寸。

设计压铸模具时计算成型零件尺寸所采用的收缩率为计算收缩率φ，它包括了铸件收缩值及模具成型零件在工作温度时的体积膨胀值，按下式确定：

φ＝(A′－A)/A

A′：通过计算模具成型零件的尺寸；A：铸件的基本尺寸。

铸件的收缩率应根据铸件的结构特点，阻碍收缩的条件，收缩方向，铸件璧厚，合金成分以及有关工艺因素等确定，其一般规律为：

①铸件结构复杂，型芯多，阻碍收缩大时则收缩率小；

②铸件包住型芯的径向尺寸处在受阻收缩方向收缩率小；与型芯轴线水平方向的尺寸处在自由收缩方向，收缩率较大；

③薄壁铸件收缩率较小，厚壁铸件收缩率较大；

④铸件出模时温度越高，铸件与室温的温差越大，则收缩率也越大； ⑤包容嵌件部分的铸件尺寸在收缩时由于受到嵌件的阻碍，收缩率小；

⑥铸件的收缩率也受到模具热平衡的影响，同一铸件的不同部位，即使收缩受阻条件相同，由于温度的不均衡，收缩率也不一致，近浇口端铸件温度高，收缩率较大，离浇口远的一端，温度低，则收缩率也小，对于尺寸较大的铸件尤为明显。

2. 模具制造公差

模具制造公差是成型部分在进行机械加工过程中允许的误差，在通常情况下取铸件公差的1/5～1/4；

3. 成型部分尺寸计算要点 p170

①影响铸件尺寸精度的因素：铸件结构、模具结构、成型部分的制造误差、配合间隙、收缩率的选择、压铸工艺、生产操作、压铸合金的成分、压铸机性能等。

根据上述影响铸件精度的因素，要对成型尺寸进行精确计算是比较困难的。为了保证铸件的尺寸精度在所规定的误差范围内，在计算成型部分制造公差时，主要以铸件的误差值以及偏差方向作为计算的调整值，以补偿因收缩率变化而引起的尺寸误差，并考虑试模时有修正的余地以及正常生产过程中的模具磨损。

②模具成型尺寸的基本计算公式 A′±Δ′＝(A＋A·φ＋nΔ－Δ′)± Δ′

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压铸模设计

A′：计算后的成型尺寸；

A：铸件的基本尺寸:型腔-外形最大尺寸; 型芯-最小尺寸; 中心距、位置-平均尺寸 φ：压铸件的计算收缩率（％）；

n：补偿和磨损系数，当铸件为IT11～13级精度时，取n＝0.5；当压铸件精度为IT14～16级精度时，取n＝0.45；

Δ：铸件偏差mm：根据铸件尺寸查表2-26~2-37（注意使用新标准） Δ′：模具成型部分的制造偏差。

型腔和型芯尺寸的制造偏差Δ′按下列规定：

当铸件精度为IT11～13时，取Δ′＝1/5Δ； 当铸件精度为IT14～16时，取Δ′＝1/4Δ； 中心距离，位置尺寸的制造偏差Δ′按下列规定：

当铸件精度为IT11～14时，取Δ′＝1/5Δ； 当铸件精度为IT15～16时，取Δ′＝1/4Δ；

铸件偏差Δ的正负符号，应按铸件尺寸在机械加工或修整、磨损过程中的尺寸变化趋向而定。

模具成型部分的制造偏差Δ′的正负符号，应按成型部分尺寸在机械加工或修整、磨损过程中的尺寸变化趋向而定。

即，型腔：A′+Δ′＝(A＋A·φ－nΔ－Δ′)+ Δ′

型芯：A′-Δ′＝(A＋A·φ＋nΔ－Δ′)- Δ′ 通常铸件精度取IT11～13，故Δ′＝1/5Δ＝0.2Δ 因此，型腔：A′+Δ′＝(A＋A·φ－0.7Δ)+ Δ′ 表5-12

型芯：A′-Δ′＝(A＋A·φ＋0.7Δ)- Δ′ 表5-13 中心距：A′±Δ′＝(A＋A·φ)±Δ′ 表5-14 成型尺寸的分类及注意事项：

型腔：磨损后尺寸增大，因此，计算型腔尺寸时，应保持铸件外形尺寸接近于最小极限尺寸；

型芯：磨损后尺寸减小，因此，计算型芯尺寸时，应保持铸件内形尺寸接近于最大极限尺寸；

两个型芯或型腔之间的中心距离和位置尺寸：与磨损量无关，应保持铸件尺寸接近于最大和最小两个极限尺寸的平均值。受模具的分型面和滑动部分（如抽芯机构等）影响的尺寸应另行修正。

为了简化型腔尺寸计算，铸件相应尺寸A的偏差规定为下偏差，即单向负偏差，公称尺寸为最大值。当偏差不符合规定时，应在不改变铸件尺寸的条件下，变换公称尺寸及偏差，以适应计算。

如：

为了简化型芯尺寸计算，铸件相应尺寸A的偏差规定为上偏差，即单向正偏差，

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压铸工艺与模具

公称尺寸为最小值。当偏差不符合规定时，应在不改变铸件尺寸的条件下，变换公称尺寸及偏差，以适应计算。

如：

中心距、位置尺寸：双向等值正负偏差。 例子：

3 3

3

锌合金，受阻φ＝0.3～0.4；混合φ＝0.4～0.6；自由φ＝0.6～0.8； 铝合金，受阻φ＝0.3～0.5；混合φ＝0.5～0.7；自由φ＝0.7～0.9； 材料：ZL102，未注公差为IT12

φ100、φ200为型腔尺寸；53为型腔深度；φ20、φ40、φ90为型芯尺寸；47为型芯深度；φ160为中心距尺寸。

计算：φ100+Δ′＝(100.6＋100.6×φ－0.7Δ)＋Δ′

＝(100.6+100.6×0.004－0.7×0.6)+0.2×0.6＝100.58+0.12

φ200+Δ′＝(200+200×φ－0.7Δ)+ Δ′

＝(200+200×0.006－0.7×0.6)+0.2×0.6＝200.78+0.12

?查标准53

+Δ

＝(53+53×0.008－0.7×0.3)+0.2×0.3＝53.21+0.06＝53.16+0.03

由于受分型面影响而增大的尺寸，要将计算尺寸再减去0.05mm，并适当提高制造公差，故取53.16+0.03

φ20-Δ′＝(20+20×0.004+0.7×0.3)-0.3×0.2＝20.29-0.06 φ40-Δ′＝(39.4+39.4×0.004+0.7×0.6)-0.6×0.2＝39.98-0.12 φ90-Δ′＝(90+90×0.004+0.7×0.3)-0.3×0.2＝90.57-0.06 47-Δ′＝(47+47×0.004+0.7×0.25)-0.25×0.2＝47.36-0.05 φ160±Δ′＝(160+160×0.004)±0.3×0.2＝160.64±0.06

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压铸模设计

有出模斜度的尺寸（p171）：

无加工余量的铸件尺寸：图5-3a

a.型腔尺寸以大端为基准，另一端按出模斜度相应减小； b.型芯尺寸以小端为基准，另一端按出模斜度相应增大； 有加工余量的铸件尺寸：

a.单面加工余量时：型腔尺寸以非加工面的大端为基准，加上斜度值及加工余量，另一端按出模斜度相应减小；型芯尺寸以非加工面的小端为基准，减去斜度值及加工余量，另一端按出模斜度相应放大；图5-3c b.两面有加工余量时：型腔以小端为基准；型芯以大端为基准。图5-3b

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