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• 本文标题：发动机缸盖生产工艺研发-压铸模具设计.doc
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• 内容摘要：发动机缸盖生产工艺研发 压铸模具设计 学院， 专业， 姓名， 指导老师， 工业自动化学院 机械工程 顾彩萍 学号， 职称， 160406102642 尹沾松 副教授 中国珠海 二二0年五月  诚信承诺书 本人郑重承诺，本人承诺呈交的毕业设计发动机缸盖生产工艺研发压铸模具设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 本人签名，顾彩萍 日期，2020年5月15日 发动机缸盖生产工艺研发压铸模具设计 摘要 本文将详细地讲述铝合金缸盖零件压铸模具的设计及加工工艺制定。本设计首先选择合适的压铸材料压铸机，确定铸件在哪个平面进行分型，然后根据铸件的结构加工要求来设置浇注溢流排气系统等，最后设置推出机构将已成型的压铸件推出模具。使用AutoCADProE和TopSolid软件进行建模，并模拟压铸模具在工作时的运动。 关键词，气缸盖，压铸模，压铸件，型腔 ResearchanddevelopmentofproductiontechnologyofenginecylinderheadDesignofdiecastingdie Abstract Inthispaperthedesignofdiecastingdieforaluminumalloycylinderheadpartsandtheformulationofprocessingtechnologyaredescribedindetail。Inthisdesignfitlythesuitablediecastingmaterialanddiecastingmachineareselectedtodeterminetheplaneinwhichthecastingisdivided。Thenaccordingtothestructureandrequirementsofthecastingthepouringoverflowexhaustsystemetc。areset。Finallythepushoutmechanismissettopushtheformeddiecastingoutofthemold。UsingAutoCADProEandtopsolidsoftwaretomodelandsimulatethemovementofdiecastingmoldwhenitworks。 Keywords:CylinderheadDiemoldDiecastingcavity 目录 1前言 1 1。1压力铸造的特性 1 1。2压力铸造的优缺点 2 1。2。1压力铸造的优点 2 1。2。2压力铸造的缺点 2 1。3国内外压力铸造的现状 2 1。3。1国内压铸模具现状 2 1。3。2国外压铸模具现状 2 1。4研究的主要问题 3 2工艺准备 4 2。1压铸件的结构 4 2。2工艺性分析 5 2。3压铸件材料的选择 6 2。4压铸机的选定 7 2。4。1计算主胀型力分胀型力锁模力 7 2。4。2压铸机的确定 8 3压铸模的设计 11 3。1浇注系统和排溢系统的设计 11 3。1。1浇注系统的设计 11 3。1。2溢流槽的设计 13 3。1。3排气槽的设计 14 3。2分型面的确定 15 3。3加热和冷却系统设计 16 3。3。1加热系统设计 16 3。3。2冷却系统设计 17 3。3。3模具温度控制装置的选用 20 3。4成型零件主要尺寸的计算 20 3。4。1型腔尺寸计算 21 3。4。2型芯尺寸计算 22 3。4。3中心距离的计算 23 3。4。4镶块壁厚尺寸 24 3。5推出机构的设计 24 3。5。1推杆推出部位设置要点 25 3。5。2推出距离的确定 25 3。5。3推出力的确定 26 3。5。4推杆的尺寸 26 3。5。5推杆的稳定性 26 3。6模架的设计 27 4压铸机的校核 30 参考文献 32 谢辞 33 附录 34 1前言 压铸件能否很好地成型最主要是依靠模具的设计，所以在进行模具设计时，要特别关注整个模具的构成，以及模具各个部品间的结构是否会相互冲突是否安全可靠，这样能够让压铸过程顺利进行的同时也能保证铸件的质量。其次，压铸模设计的好坏，直接影响压铸件的形状表面质量强度以及尺寸等。 压铸模具设计主要有以下几个步骤，首先，根据零件的产品要求，分析并确定铸造材料尺寸精度构成以及技术要求，根据前面的数据来确定机床切削的位置需要留多少余量给切削加工，另外，还要确定采用什么工艺进行加工以及加工时的基准面在哪里。其次，选择压铸机时可以先根据锁模力初选型号，初定型号后还需考虑压铸时的压射比压开模距离以及压室的直径等因素影响是否需要修改压铸机型号。初步选定压铸机后，要根据模具的结构选择合适的分型面。一般模具的分型面会放在铸件的平直面，这样会让模具压铸生产时更加简单方便。但也可以选曲面作为分型面，选择曲面时往往是因为压铸件有特殊的结构要求，或者是让脱模的时候更加顺利。接下来是确定一副模具内要设置多少个型腔，设置一模多腔可以一次压铸多个尺寸较小的铸件，生产效率会因此得到提高。最后根据零件的尺寸和结构，合理选择镶块动定模套板导柱导套等尺寸和位置[1]。 铸件模架推出机构复位机构浇注系统排溢系统抽芯机构加热与冷却系统是压铸模的主要结构[1]。铸件的结构决定了模具的型腔镶块以及型芯的尺寸结构。压铸件的外表面主要是由型腔来确定，而像孔凹槽等内表面则是用型芯来成型。 一些形状怪异或者是壁厚特别薄的零件都可以用压力铸造的方法将它铸造出来，而且压力铸造能够在短时间内压铸出大量形状相同的产品，由此可知，它的生产效率特别高。但它也不可避免地拥有缺点不宜小批量生产，因为压铸模铸造成本高，小批量生产不经济。在设计模具的时候要充分利用压铸的优点，尽量避开它的缺点，从而使压铸出来的产品质量更好[2]。 1。1压力铸造的特性 与其他铸造方法不一样的是，压力铸造可以在0。06~2秒时间内将模具的型腔填充好，可见它填充时的速度是非常快的，而这是因为压铸的压射比压极高，有时甚至可以达到500Mp[3]。压铸机是否合适影响着压铸效果的好坏，如果按照压铸的形式分类，那么压铸机有热压室和冷压室两种，压铸机还可以分为立式和卧式的，这是由于压铸机压室的结构不一样，压室布置方式自然也不一样，使得压铸机不一致。但是铸造模具需要消耗大量的时间，因而模具价格昂贵，而且并不是任何一种材料都适合压铸。当产品是小批量生产时，可能会造成亏损，由此，压铸比较适合大批量生产时使用[4]。 1。2压力铸造的优缺点 1。2。1压力铸造的优点 1)压铸能够将形状复杂薄壁深腔的工件压铸出来，压铸一次就可以使铸件成型，减少了机械加工的时间[4]。有时只要个别部位修正，或可直接投入使用。 2，由于压铸模生产的压铸件组织致密，成型的压铸件的强度和表面硬度较高，有的可以不经热处理直接使用，也能满足使用要求。 3，压力铸造生产零件的工艺流程短操作简易，自动化程度高，设备占地面积比较小。 4，尽管压铸受材料的限制，但能够用于铸造生产的零件，其毛胚材料可以回收再次使用，因此可见材料利用率是很高的。 5，压铸生产效率高。在大批量生产同一工件时，采用压铸是不二之选。 1。2。2压力铸造的缺点 1)压铸件内部有时会出现气孔，这是因为在填充的时候型腔里面还有残留的气体，而这些气体就会形成压铸件内部的气孔。这些内部有气孔的铸件最好不要再次进行热处理，又或者是在温度非常高的环境下工作，因为残留的气体会使铸件的质量降低，甚至会导致铸件裂开[5]。已成型的压铸件在用机床进行加工时，切削的量过多，会容易使铸件表面露出气孔，影响铸件质量。 2)不适用于小批量生产。 1。3国内外压力铸造的现状 1。3。1国内压铸模具现状 压铸在中国已经有五十多年的历史了，如今压铸模具产业已经具有一定的规模，并以每年8%~12%的增长速度发展，然而在国际上的知名度还是很低。国内的总产量一直在增加，但是大部分的模具都只是国内在使用。目前我国压铸模具的技术还不能生产出相比于其他国家质量更好的，使得国内的一些需求量大的企业向国外的压铸模具企业伸出橄榄枝，这样的贸易逆差让国内压铸企业举步维艰[6]。然而从另外一角度看，也正是由于这些问题，为我国压铸业的发展提供了广阔的空间。 1。3。2国外压铸模具现状 在市场规模上，日本在压铸模具方面的产值和国内需求都有大幅度的衰退。技术上的抛光和研磨加工，在日本的模具厂商内是很重视的。而德国则是通过提高机械和放电加工的精度以及效率，使得手动加工的时间减少。日本只将生产技术含量高的部品放在本国生产，而技术含量相对来说较低的则转移到人力成本低的地区进行生产，这也是造成日本国内的压铸模具需求量减少的原因之一[7]。 1。4研究的主要问题 1，分型面的确定。根据零件的工艺要求，确定在哪个面分型更有利于后续的脱模，同时减少侧向的抽芯机构。 2，布置浇注和排溢系统。根据零件的尺寸结构加工要求，同时还需考虑压铸机的样式，进行选择浇道浇口排气槽溢流槽的大小以及其放置的位置。 3，脱模方式选择。压铸成型后，一般情况下，在分型时，压铸件留在动模一侧。为使压铸件在不损坏不变形的状态下顺利脱模，应根据压铸件的结构特点，选择正确合理的脱模方式[8]。 2工艺准备 2。1压铸件的结构 此次设计的柴油机气缸盖零件铸件的尺寸为，若采用一模多腔或多模多腔会使压铸模具的尺寸增大很多，那么模具铸造的费用也会随之增高。考虑到此次设计的模具是用于大批量生产的，且从实际的适用性和经济效率来看，该发动机缸盖零件适宜采用一模一腔的形式[9]。铸件结构如图2。1所示。 图2。1柴油机气缸盖尺寸图，a， 图2。1柴油机气缸盖工程图，b， 图2。2柴油机气缸盖三维图 2。2工艺性分析 由图2。1可知该零件设有直径为的螺栓孔8个直径为的限位孔2个直径均为的进气孔和排气孔各一个，以及位于零件中心的活塞腔一个。零件的表面粗糙度为。 铸件若有尖锐的地方，在模具设计时会专门将其设置为圆角，这样既能够减少在填充的时候金属液冲损型芯的几率，也能使填充时金属液能更好地流动，从而防止铸件的精度和尺寸发生变化[9]。此外，设置圆角也有助于排出型腔里面的气体。铸件的圆角尺寸由压铸模设计手册[6]表235可知，如图2。1柴油机气缸盖尺寸图，a，所示。 根据国内压铸模设计的资料可知，缸盖类铸件大多采用铝合金铸造成形，因此本设计也选用铝合金作为铸件的材料，并且初步选择压铸机的形式为卧式冷室压铸机[9]。由图2。3柴油机气缸盖三维图可知，该铸件的结构对称均匀类似于平板类的工件，因此浇注系统布置在铸件的外侧面，其中内浇口选择扁平侧浇口形式推出机构选择推杆形式。选用单分型面结构，同时，为了铸件在脱模的时候更顺利我们把分型面设置在如图2。1柴油机气缸盖工程图，b，所示的AA平面上。 根据压铸模设计手册[9]表236确定铸件的脱模斜度，本设计选内外表面配合面的最小脱模斜度分别为。铸件的脱模斜度如图2。3所示。 图2。3柴油机气缸盖脱模斜度分析 2。3压铸件材料的选择 根据压铸模具设计实用教程[9]表21化学成分和表22力学性能及应用范围，可选择压铸件的材料为YL108(YZAlSi12Cu2Mg1)。压铸对材料的选择有一定的要求，与一些高熔点的合金相比，铝合金压铸能够使压铸机的使用寿命变长，而且铝合金的来源丰富，但其也并不是十全十美的，因此我们来分析一下铝合金的特点。 优点，1，密度较小，固态铝合金的密度为，液态铝合金密度为，，比强度高。 2，无论是在高温环境还是低温环境，铝合金都能保持较好的力学性能。 3，铝合金不仅导热性好，它的导电性还有机械切削性也是相当不错的。 4，铝合金具有良好的耐腐蚀性以及抗氧化。 5，铝合金的压铸性能好。 缺点，1，强度低，此外耐磨性能也较为差， 2，由于铝硅系合金易粘模，出模时易发生形变， 3，铝合金的体积收缩性大，容易产生缩孔。 根据压铸模具设计实用教程[9]表22压铸铝合金力学性能及应用范围可知铝合金的力学性能如下， 2。4压铸机的选定 在高温的环境下铝合金容易与铁发生化学反应，造成粘模，而热室压铸机的在工作时一直处于高温的状态，若用热室压铸机来压铸，那么模具的寿命会很短，因此本设计选用冷室压铸机来压铸铝合金。卧式冷室压铸机的操作简便，压铸成型的效率高，自动化比较容易实现，填充的时熔融液体进入型腔经过的路径转折小，这样能够减少压力的损耗[10]。综上所述，选用卧式冷室压铸机。 2。4。1计算主胀型力分胀型力锁模力 此铸件属于一般件，根据压铸模具设计实用教程[9]表32比压推荐值可知，铝合金在30~50MPa，此处取值P=40MPa。 铸件的在分型面上的投影面积， 主胀型力， 式中 ， ， 。 锁模力， 式中 ，压铸机应有的锁模力，kN， ，安全系数，。 2。4。2压铸机的确定 根据上一小节的计算结果以及图2。4，初步可选择J1163型号压铸机，经过查表比较后发现型号为DC1600C的卧式冷室压铸机更符合要求，其参数见表2。1。另外，该型号的压铸机模板尺寸见压铸模具设计手册[14]第106页所示。 图2。4国产压铸机比压投影面积对照图 表2。1DC1600C型卧式冷室压铸机主要参数 卧式冷室压铸机其结构及主要组成如图2。5所示。 图2。5卧式冷室压铸机的结构 3压铸模的设计 3。1浇注系统和排溢系统的设计 内浇口横浇道直浇道和溢流排气系统均属于浇注系统，在设计的时候能够将这个系统内部的关系调节好有利于控制金属液在填充型腔过程中的流动状态压力的传递以及它的速度，同时也能使得排气的效果更佳，因此，浇注系统设计是否恰当直接影响着压铸件表面的质量以及内部情况的好坏。 3。1。1浇注系统的设计 浇注系统是金属压铸模的一条重要通道，在高温高压的环境下，熔融状态的金属液可以通过该通道快速进入型腔进行填充。根据铸件的尺寸以及铸件的工艺要求，内浇口设置为侧浇口的结构，设定为单分型面。根据压铸模设计手册[14]第四章第二小节以及压铸件的结构尺寸来确定浇口的大小。 式中 ，内浇口截面积，mm2， ，通过内浇口的金属液质量，g， ，液态金属的密度，gcm3，参数见压铸模设计手册[14]表44， ，填充速度，ms，参数见压铸模设计手册[14]表45， ，型腔的填充时间，s，参数见压铸模设计手册[14]表46。 内浇口厚度按压铸模设计手册[14]表47中的推荐值来确定，此处选厚度为3mm。 直浇道的设计， 压铸机上的压室和压铸模上的浇口套共同组成了直浇道。其中金属液的填充速度主要受压室直径的影响，而决定浇注方式的关键因素则是浇口套的结构，它很大程度影响铸件的质量。 1，根据压射比压以及压室的充满度来确定压室和浇口套内径D。 2，为了防止熔融的液体因为重力作用进入横浇道，导致其提前凝固，所以横浇道的一般会布置在靠近压室上部。 3，为了安全考虑且能够将余料顺利的从压室内取出，压铸机压射冲头的跟踪距离一般不得小于浇口套的长度。 4，直浇道厚度H，，其脱模斜度需在大于等于1。5而小于等于2的范围内。 根据上述的要求可取压室的直径Do=70mm，则有浇口套内径D=70mm，脱模斜度为2。查表422浇口套常用尺寸可得知浇口套的尺寸结构，如图3。1所示。浇道的设置如图3。2所示。 由压铸模具设计手册[14]表421可得到浇口套的内径为，。 图3。1浇口套的尺寸结构 图3。2浇道的设置 3。1。2溢流槽的设计 为减少顶出铸件时顶杆在铸件上留下的痕迹，可以将推杆设置在溢流槽上。除这一用处外，溢流槽还有以下作用， 1，在填充金属液时，型腔内的气体和杂质可以通过溢流槽排出型腔，若没有排出这些气体与杂质，它们就会留在压铸件内，这样会使得压铸件的力学性能工作性能等都会发生变化，影响了压铸件的质量[11]。 2，为了避免在压铸时产生局部涡流而影响到压铸件的质量，可以通过调节金属熔体的填充流态，也就是控制溢流槽的位置大小等要素。 3，将溢流槽布置在动模上，可以使铸件对动模的包紧力增大，同时也能防止开模时铸件留在定模里面。 溢流槽的设计要点， 1，在设计时需考虑溢流槽去除时是否简便，去除后会不会改变铸件的形状，会不会使铸件的尺寸精度降低。 2，要控制好溢流槽的数量以及尺寸，溢流槽过多过大均会导致金属液倒流。 3，布置的时候要考虑模具的其他结构。例如，在设计时可以与浇注系统联系在一起，两者配合以至于能够得到质量更好的铸件。 4，溢流口的截面积不得小于接在溢流槽后的排气槽截面积。 根据压铸模具设计手册[14]表443选择将溢流槽设置在分型面上，结构是环形的。其尺寸的大小由表446可知，如图3。3所示。 图3。3溢流槽的尺寸结构 3。1。3排...
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