《模具概論》第一節(jié)壓鑄成型工藝及模具結(jié)構(gòu)

1、第四章其他模具第一節(jié)壓鑄成型工藝及模具結(jié)構(gòu)中國古代輝煌鑄造史大的進(jìn)步。公元974年鑄造的河北滄州大鐵獅高6. 1 m,長5. 5m,重達(dá)50t。明朝永樂年 間鑄造的永樂青銅大鐘重達(dá)40t,鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文十余萬字。我國早在三千多年以前就用泥范（泥型）來澆注各種鑄件，公元前六世紀(jì)就發(fā)明了生 鐵冶鑄技術(shù)，比歐洲早一千八百多年。隋唐以后，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展鑄造技術(shù)有了很從70年代開始，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代科技的發(fā)展，數(shù)控壓鑄機(jī)、計(jì)算機(jī) 控制壓鑄柔性單元及系統(tǒng)（壓鑄fmc及fms）和壓鑄工藝與設(shè)備計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）的出 現(xiàn)，標(biāo)志著壓鑄成型生產(chǎn)開始從經(jīng)驗(yàn)操作轉(zhuǎn)變到科學(xué)控制新階段，從而使壓

2、鑄件的質(zhì)量、 自動(dòng)化程度及勞動(dòng)生產(chǎn)率都得到極大的提高。一、壓鑄成型工藝（一）壓鑄概述l壓鑄成型定義壓鑄是將液態(tài)或半固態(tài)金屬澆入壓鑄機(jī)的壓室中，金屬液在運(yùn)動(dòng)的壓射沖頭作用下，以 極快的速度充填型腔，并在壓力的作用下結(jié)晶凝i古i而獲得鑄件的一種鑄造方法。2. 壓鑄設(shè)備壓鑄過程是由壓鑄機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，如圖4-1所示。壓鑄機(jī)分熱壓室壓鑄機(jī)和冷壓室壓鑄機(jī)兩大類。圖4-1壓鑄機(jī)(1) 熱壓室壓鑄機(jī)工作的基本原理熱壓室壓鑄機(jī)的壓室通常浸沒在圮坍的金屬液中，如圖4-2 (a)所示。壓鑄過程中， 金屬液在壓射沖頭上升時(shí)通過進(jìn)口進(jìn)入壓室；壓射沖頭下壓時(shí)，金屬液沿著通道經(jīng)噴嘴充 填壓鑄模型腔，待金屈液冷卻凝i古i成型后

3、，壓射沖頭上升，此時(shí)開模取岀鑄件，完成一個(gè) 壓鑄循環(huán)，如圖4-2 (b)所示。圖4-2 (a)熱壓室壓鑄機(jī)1-動(dòng)模2-定模3-噴嘴5-壓室6-壓射沖頭7-進(jìn)口 8-金屬液圖4-2 (b)熱壓室壓鑄機(jī)壓鑄原理圖(2) 冷壓室壓鑄機(jī)工作的基本原理冷壓室壓鑄機(jī)的壓室與保溫圮竭是分開的，如圖4-3 (a)所示。壓鑄時(shí)由人工用料 勺從保溫堪堀內(nèi)舀取金屬液澆入壓室后再進(jìn)行壓鑄。根據(jù)壓鑄模與壓室的相對(duì)位置不同， 冷壓室壓鑄機(jī)又可分為立式、臥式、全立式三種。其壓鑄過程分別為立式冷壓室壓鑄機(jī)， 如圖4-3 (bl)所示；臥式冷壓室壓鑄機(jī)，如圖4-3 (b2)所示；全立式冷壓室壓鑄機(jī)，如 圖4-3 (b3)所示。

4、圖4-3 (a)冷壓室壓鑄機(jī)(a)合模加料(b)壓鑄(0)推出余料(d)開模1-型腔2-直澆道3-壓射沖頭4-金屬液5-壓射缸6-反料沖頭7-余料8-動(dòng)模9-壓鑄件10-定模圖4-3 (bl)立式冷壓室壓鑄機(jī)壓鑄原理圖7(a)合模(b)壓鑄(c)開模1-型腔2-加料口 3-壓室4-壓射沖頭5-定模6-壓鑄件7-動(dòng)模8-金屬液圖4-3 (b2)臥式冷壓室壓鑄機(jī)壓鑄原理圖(a)上壓式1-壓射沖頭2-金屬液3-型腔圖4-3 (b3)全立式冷壓室壓鑄機(jī)壓鑄原理圖3. 壓鑄工藝特點(diǎn)及其應(yīng)用發(fā)展壓鑄是高壓高速充填成型，所以壓鑄工藝和牛產(chǎn)過程、壓鑄件的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以及有關(guān) 性能都有自己的特點(diǎn)。（1）壓鑄工藝特

5、點(diǎn)與其他金屬成型工藝相比，壓鑄的特點(diǎn)為：1）生產(chǎn)率極高，生產(chǎn)過程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。一般冷壓室壓鑄機(jī)每八小吋可壓 鑄600700次，熱壓室壓鑄機(jī)每八小時(shí)可壓鑄30007000次。而且一幅壓鑄模中的型腔 往往不止一個(gè)，這樣生產(chǎn)的壓鑄件數(shù)也就成倍地增加了。2）鑄件的尺寸精度高，其尺寸穩(wěn)定、一致性好、加工余量少而且有很好的裝配性。壓鑄件的精度可達(dá)it11it13級(jí)，有時(shí)可達(dá)it9級(jí)。表面粗糙度值一般為ra0.83. 2, 最低達(dá)ra0.4o 一般壓鑄件只需對(duì)少數(shù)幾個(gè)尺寸部位進(jìn)行機(jī)械加工，有的零件其至于不需 機(jī)械加工就可育接裝配使用。這樣材料利用率高，可達(dá)60%80%,毛坯利用率達(dá)90%。3）鑄件

6、組織致密，具有較高的強(qiáng)度和硬度。由于壓鑄時(shí)金屬液是在壓力下凝固的，乂 因高速充填，冷卻速度極快，使鑄件表面生成一層冷碩層（約0.30.8 nrni）,該層的金展 晶粒細(xì)小，組織致密。所以壓鑄件強(qiáng)度和硬度較高，堅(jiān)實(shí)耐磨。當(dāng)斥鑄件壁厚適當(dāng)且均勻 |寸，其強(qiáng)度更高。4）可以壓鑄形狀復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁深腔鑄件，因?yàn)榻饘僖涸诟邏合履鼙３指叩牧?動(dòng)性。壓鑄件最小壁厚鋅合金可達(dá)到0. 3 mm,鋁合金約為0. 5 mm。最小鑄岀孔徑為0. 7 mm, 可鑄螺紋的最小螺距為0. 75 mmo5）鑲鑄法可省去裝配工序，簡化制造工藝。在壓鑄件的特定部位上可以直接嵌入所需 的其他材料的制件，例如磁鐵、銅套、絕緣材

7、料等嵌件以滿足特殊要求，既省去了裝配工 序，又簡化了制造工藝。6）鑄件內(nèi)部有氣孔存在，但一般仍能滿足使用要求。由于金屬液充填速度極快，充填 時(shí)卷入型腔中的氣體很難完全排除，致使壓鑄件內(nèi)常有氣孔及氧化夾雜物存在，從而降低 了壓鑄件的質(zhì)量。因此，一般壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，也不宜在高溫下工作。同樣，也不 希望進(jìn)行機(jī)械加工，以免鑄件表層下的氣孔露出來。7）壓鑄機(jī)的壓室和壓鑄模型腔的材料限制了壓鑄合金的種類。高熔點(diǎn)的黑色金屬因其 壓鑄模使用壽命短而目前難以在實(shí)際生產(chǎn)中壓鑄。在同一種合金中，乂有牌號(hào)限制，這是 因?yàn)閴鸿T過程的特點(diǎn)，如激冷、收縮應(yīng)力、成型時(shí)的充填條件等造成的。8）壓鑄件的尺寸受壓鑄機(jī)鎖模力及

8、裝模尺寸的制約，故大型壓鑄件的生產(chǎn)受到限制。0前人型壓鑄機(jī)有所發(fā)展，人型零件的壓鑄問題正逐漸得到解決。9) 壓鑄工藝只適用于大批量牛產(chǎn)。由于壓鑄機(jī)價(jià)格高，壓鑄模制造費(fèi)用高、工時(shí)長、 維修費(fèi)用也高，故生產(chǎn)總成本高，不宜小批量生產(chǎn)。(2)壓鑄工藝的應(yīng)用及發(fā)展壓力鑄造的應(yīng)用范圉很廣。在有色合金中，以鋁合金壓鑄件比例最高(約30%35%), 鋅合金次之。在國外，鋅合金鑄件人部分為壓鑄件，銅合金(黃銅)鑄件僅占?jí)鸿T件總量的 1%2%,鎂合金壓鑄件易產(chǎn)牛裂紋，且工藝復(fù)雜，故少用。目前用壓鑄工藝生產(chǎn)的鑄件重 量可以從兒克到數(shù)十千克。其投影面積可以從零點(diǎn)零兒平方厘米到數(shù)千平方厘米。現(xiàn)代工 業(yè)的各個(gè)部門如汽車、

9、摩托車、拖拉機(jī)、航空、農(nóng)業(yè)機(jī)械、儀器、儀表、日常用品等方面 無不用到壓鑄件。發(fā)達(dá)國家如美國、口本、英國、德國等國的壓鑄件生產(chǎn)主要是在汽車制 造業(yè)的促進(jìn)下發(fā)展起來的。目前，我國壓鑄生產(chǎn)從壓鑄機(jī)質(zhì)量和先進(jìn)技術(shù)的綜合水平以及 生產(chǎn)效率來看，與壓鑄牛產(chǎn)先進(jìn)國家相比還有一定的距離，不過隨著汽車、航空、儀表等 制造業(yè)的發(fā)展，壓鑄生產(chǎn)技術(shù)將隨之有一個(gè)大發(fā)展。今后發(fā)展的主要趨勢應(yīng)該是：1) 進(jìn)一步提高壓鑄模壽命，降低成本，以解決黑色金展壓鑄問題。2) 鎂合金是近幾年國際比較關(guān)注的合金材料。對(duì)鎂合金研究開發(fā)特別是鎂合金壓鑄、 擠壓鑄造、半固態(tài)加工等技術(shù)將得到進(jìn)一步的研究和應(yīng)用。3) 計(jì)算機(jī)在壓鑄中的應(yīng)用是提高壓

10、鑄技術(shù)水平的重要途徑。計(jì)算機(jī)技術(shù)將在壓鑄中得 到多方面的應(yīng)用，例如金屬液充型的計(jì)算機(jī)模擬研究由高壓鑄造轉(zhuǎn)向半固態(tài)壓鑄過程；低 壓鑄造過程的充型模擬研究；利用cad進(jìn)行壓鑄模具設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)精度；開 發(fā)具有壓鑄模澆注系統(tǒng)的cad設(shè)計(jì)軟件等。4) 研究開發(fā)新型壓鑄機(jī)，生產(chǎn)更大的壓鑄件。4. 典型壓鑄產(chǎn)品應(yīng)用如圖4-4典型壓鑄產(chǎn)品所示(1) 圓蓋、圓盤類表蓋、機(jī)蓋、底盤等。(2) 圓環(huán)類一一接插件、軸承保持器、方向盤等。(3) 筒體類一一凸緣外套、導(dǎo)管、殼體形狀的罩殼、儀表蓋、上蓋、深腔儀表罩、照相機(jī) 殼與蓋、化油器等。(4) 多孔缸體、殼體類 氣缸體、氣缸蓋及油泵體等多腔的復(fù)雜殼體。(5

11、) 特殊形狀類一一葉輪、喇叭、字體由筋條組成的裝飾性壓鑄件等。圖4-4典型壓鑄產(chǎn)品5. 壓鑄合金材料及特點(diǎn)壓鑄合金、壓鑄模、壓鑄機(jī)是壓鑄生產(chǎn)的三要素。要獲得優(yōu)質(zhì)的壓鑄件除了要求壓鑄 件的結(jié)構(gòu)工藝性合理，壓鑄模設(shè)計(jì)合理、制造精確，壓鑄機(jī)性能優(yōu)良之外，還要有壓鑄工 藝性良好的合金。常用的壓鑄合金有鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金。鉛、錫合金僅用 于少數(shù)場合。（1）鋅合金壓鑄特點(diǎn)及性能1）優(yōu)良的壓鑄特性。鋅合金具有良好的壓鑄性能，容易壓鑄形狀復(fù)雜，薄壁，尺寸精 度高的產(chǎn)品。2）良好的機(jī)械和加工性能。鋅合金有較高的抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，沖擊韌性和硬度， 較好的伸長率。鋅合金壓鑄件表面非常光滑，比較容易做各

12、種表面處理。3）高效的生產(chǎn)。采用熱室壓鑄機(jī)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，壓鑄時(shí)金屬液溫度在420度左右, 可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)，產(chǎn)品生產(chǎn)成本底。4）產(chǎn)品應(yīng)用。結(jié)構(gòu)用途：如汽車化油器、鎖具、齒輪、框架；作為結(jié)構(gòu)零件：要求對(duì) 機(jī)械強(qiáng)度、尺寸精度、鑄件內(nèi)部質(zhì)量等要求高。裝飾用途：如日用品、玩具、裝飾品、燈 飾、手表外殼、手機(jī)外殼、金屬扣、衛(wèi)浴配件等。對(duì)壓鑄件表面質(zhì)量要求比較高、要求表 面光潔、造型美觀。（2）鋁合金壓鑄特點(diǎn)及性能1）鋁是很輕的金屬，可以用來制造各種要求減輕質(zhì)量的零部件，如汽車、航空、航天 零件。2）有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。3）抗氧化腐蝕性能好。在空氣中，鋁的表面容易生成一層致密的三氧化二硫氧化膜，能阻

13、止進(jìn)一步被氧化。但鋁在堿性介質(zhì)和鹽水屮是不耐腐蝕的。4）鋁具有高強(qiáng)度和良好的塑性，可以加工成各形狀。5）產(chǎn)品應(yīng)用。汽車、摩托車配件領(lǐng)域。重量輕、導(dǎo)熱性能好、高強(qiáng)度、良好的塑性； 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、化油器殼體、齒輪泵、汽車底盤、剎車踏板等；電鉆外殼、電機(jī) 轉(zhuǎn)子、保護(hù)罩；電子，電器配件：手機(jī)外殼，電腦外殼電視接線盒等。（二）壓鑄工藝壓鑄工藝是把壓鑄合金、壓鑄模和壓鑄機(jī)這三個(gè)壓鑄生產(chǎn)要素有機(jī)組合和運(yùn)用的過程。 壓鑄時(shí)，影響金屬液充填成型的因素很多，其中主要有壓射壓力、壓射速度、充填時(shí)間和 壓鑄模溫度等。這些因素是相互影響和相互制約的，調(diào)整一個(gè)因素會(huì)引起和應(yīng)的工藝因素 變化，因此，正確選擇與控制工

14、藝參數(shù)至關(guān)重耍。1壓力壓力是使壓鑄件獲得致密組織和清晰輪廓的重要因素，壓鑄壓力有壓射力和壓射比壓 兩種形式。2. 速度壓鑄過程屮，速度受壓力的直接影響，又與壓力共同對(duì)內(nèi)部質(zhì)量、表面輪廓清晰度等 起著重要作用。速度有壓射速度和內(nèi)澆口速度兩種形式。3. 溫度壓鑄過程中，溫度規(guī)范對(duì)充填成型、凝固過程以及壓鑄模壽命和穩(wěn)定生產(chǎn)等方面都有 很大影響。壓鑄的溫度規(guī)范主耍是指合金的澆注溫度和模具溫度。4. 時(shí)間壓鑄工藝屮的時(shí)間是指充填時(shí)間、增壓建壓時(shí)間、持壓時(shí)間和留模時(shí)間。5. 壓室充滿度澆入壓室的金屬液量占?jí)菏铱側(cè)萘康某潭确Q為壓室的充滿度，通常以百分率計(jì)。壓室 充滿度過小，上部空間過大，金屈液包卷氣體嚴(yán)重，

15、使鑄件氣孔增加，述會(huì)使合金液在壓 室內(nèi)被激冷，對(duì)填充不利。故一般充滿度應(yīng)控制在40%80%范圍內(nèi)，而以75%左右為最 適宜。6. 壓鑄用涂料壓鑄過程中，需要在模具型腔、型芯、沖頭和壓室等工作表面，以及滑塊、推出元件 等運(yùn)動(dòng)零件的摩擦部位噴涂潤滑材料與稀釋劑的混合物，此混合物統(tǒng)稱為壓鑄涂料。7. 壓鑄件的整修和處理與其他鑄造方法相比，壓鑄件所需清理工作量雖小，但幾乎所有壓鑄件都還是要進(jìn)行 一定的清理，有些還要進(jìn)行整形或后處理。二、壓鑄模具基木結(jié)構(gòu)壓鑄模是進(jìn)行壓鑄生產(chǎn)的主要工藝設(shè)備。壓鑄生產(chǎn)能否順利進(jìn)行，壓鑄件質(zhì)量有無保 證都與壓鑄模結(jié)構(gòu)的合理性和先進(jìn)性有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析，了

16、解 所選用的壓鑄機(jī)的工作特性和技術(shù)參數(shù)，掌握不同情況下金屬液的充填特性以及考慮加工 制造條件和經(jīng)濟(jì)效果。(-)壓鑄模的基木結(jié)構(gòu)及功能1. 壓鑄模結(jié)構(gòu)組成與壓鑄過程合模時(shí)，動(dòng)模與定模閉合構(gòu)成形腔和澆注系統(tǒng)，金屬液在高壓下通過模具澆注系統(tǒng)充填型腔；開模 時(shí)，動(dòng)模與定模分開，壓鑄機(jī)上的頂出機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模具上的推出機(jī)構(gòu)將壓鑄件推出模外，如圖4-5所示。1112131516171819201推板；2推桿固定板；3墊塊；4限位擋塊；5拉桿；6墊片;7螺母；8彈簧；9 側(cè)滑塊；10楔緊塊；11斜銷；12圓柱銷；13動(dòng)模鑲塊；14側(cè)型芯；15定模鑲塊；16定模 座板；17、26、30 內(nèi)六角螺釘；18澆口套；19

17、導(dǎo)柱；20導(dǎo)套；21型芯；22定模套板；23動(dòng)模套板；24支承板；25、28、31推桿；29限位釘；32復(fù)位桿；33推板導(dǎo)套；34推 板導(dǎo)柱；35動(dòng)模座板2. 典型壓鑄模結(jié)構(gòu)cad/cam,如圖4-6所示。動(dòng)模套板推板支撐塊側(cè)型芯定模套板澆口套壓鑄件 動(dòng)模鑲塊鑲件上模鑲塊楔緊塊斜銷圖4-6典型壓鑄模結(jié)構(gòu)cad/cam3. 壓鑄模的基本結(jié)構(gòu)及功能（1）定模：定模與壓鑄機(jī)壓射機(jī)構(gòu)連接，并i古i定在定模安裝板上，澆注系統(tǒng)與壓室相通，如圖4-7所示。（2）動(dòng)模：直澆道與壓鑄機(jī)的噴嘴或壓室相連接，固定在壓鑄機(jī)的移動(dòng)模板上，并隨1-定模2-動(dòng)模3-成型部分 圖4-7定模動(dòng)模成型部分（3）成型工作零件：定模

18、鑲塊和動(dòng)模鑲塊合攏后，構(gòu)成型腔的零件稱為成型工作零件。包括固定的和活動(dòng)的鑲塊和型芯，如圖4-7所示。(4)澆注系統(tǒng)：連接壓室與模具型腔，引導(dǎo)金屬液進(jìn)入型腔的通道，如圖4-8所示。圖4-8澆注系統(tǒng)(5) 溢流與排氣系統(tǒng)：排除壓室、澆道和型腔中的氣體的通道，一般包括排氣槽和溢 流槽，一般開設(shè)在成型工作零件上，如圖4-9所示。圖4-9溢流與排氣系統(tǒng)(6) 推出機(jī)構(gòu)：是將壓鑄件從模具中推出的機(jī)構(gòu)，如圖4-10所示。0.12 0. 141圖4-10推出機(jī)構(gòu)(7) 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu):是抽動(dòng)與開合模方向運(yùn)動(dòng)不一致的成形零件的機(jī)構(gòu)在壓鑄件推出前圖4-11側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)（8）導(dǎo)向零件:是引導(dǎo)定模和動(dòng)模在開模與合模時(shí)可靠地

19、按照一定方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的零 件，如圖4-11所示。圖4-11導(dǎo)向零件（9）支承部分:是模具各部分按一定的規(guī)律和位置組合和固定后，安裝到壓鑄機(jī)上的零 件，如圖4-12所示。圖4-12支承部分(10) 其他:除前述各部分零件外，模具內(nèi)還有其他緊固件、定位件等。4. 分型面的選擇1 分型面的類型,如圖4-13所示。a)b)c)d)(a)平直分型面 (b)傾斜分型面 (c)階梯分型面 (d)曲面分型面圖4-13分型面的類型2. 分型面的選擇原則(1) 盡可能使壓鑄機(jī)開模后留在動(dòng)模；(2) 分型面應(yīng)盡量設(shè)計(jì)在壓鑄件端面輪廓最大的地方；(3) 分型面應(yīng)盡量設(shè)在金屬流動(dòng)方向的末端；(4) 分型面的選擇應(yīng)有利于保證壓鑄件的質(zhì)量；(5) 盡可能選擇平直分型面；(6) 分型面的選擇應(yīng)保證側(cè)向活動(dòng)型芯能順利抽出。(-)壓鑄模設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循的原則(1) 壓鑄模所成型的壓鑄件應(yīng)符合幾何形狀、尺寸精度、力學(xué)性能和表