箱盖压铸模设计
箱盖压铸模设计
摘要：根据箱盖的结构特点，确定了压铸模结构，叙述了浇注系统的设计和内浇口形式的选择，介绍了内浇口截面和压铸机选择的有关计算。
关键词：压铸模 浇注系统 内浇道截面
Abstract：According to the structural characteristics of the lid, determined the structure of die casting, describes the design and selection of the gate in the form of gating system, introduced the relevant section of the calculation of the gate and die casting machine selection.
Keywords：Casting mold ? Gating system ? The runner-section
1、引言
箱盖是某厂为上海一家协作厂生产的一项压铸件产品，图1为箱盖压铸件简图，其材料为ZL104铝合金，它的最大外形尺寸为237mm×179mm×102.5mm，投影面积为412.5cm2，压铸件平均壁厚为2mm，重量为835.6g。该压铸件的特点是壁厚较薄，型腔较深（H腔=102.5mm）。对于这种薄壁、深腔件在进行压铸模设计时浇注系统的位置、形式以及内浇口尺寸的大小都有严格要求，并具有一定的难度。
如图I端平面是该压铸件唯一的最佳平直分型面，如图1所示。设计成侧向端平面I进浇，可以避免高温、高压、高速铝合金金属液冲击大型芯。为了消除挠曲变形和I端平面进浇形成的内浇口痕迹，I端平面放加工余量1.5mm。
图1 箱盖压铸件及浇注系统
2、浇注系统的设计
压铸模的浇注系统是金属液在压力的作用下，充填型腔的通道。它由直浇道、横浇道、内浇口、溢流槽、排气道等部分组成。它的位置、形状和大小直接影响到金属液的充模时间、充模速度以及充填形式，而这些因素对压铸件的质量都有很大的影响，因此在进行浇注系统设计时必须充分考虑。
2.1 内浇口的设计
在整个浇注系统设计中，内浇口的设计最为重要。因为压铸件的成败在很大程度上取决于经内浇口流入型腔内金属流的形态和方向。
2.1.1 内浇口的位置设计
内浇口的作用是根据铸件的结构、形状、大小，以最佳流动状态把金属液引入型腔。它在压铸件上的位置一般是在分型面确定后才作仔细考虑，与铸件形状以及如何清除浇道余料上的飞边有关。该压铸件的内浇口位置如图1所示。使金属液首先充满型腔深度最大的一侧，是较佳的位置。
2.1.2 内浇口截面积F内的设计
根据经验公式：
F内=（V总/ω内）t （1）
式中F内——内浇口截面积，cm2
V总 ——压铸件总体积，cm3
V总=V铸件+V溢流槽
该压铸件V铸件=309.5 cm3，V溢流槽一般可按压铸件体积5%~7%设定，现取V溢流槽=19cm3。
V总=V铸件+V溢流槽=309.5+19=328.5cm3
根据经验公式：
ω内=k1×k2×ωm （2）
式中ω内——理想的充填速度，m/s
ωm——额定充填速度，常取15m/s
k1——与压铸件壁厚有关的速度修正系数，取1.23
k2——与作用于金属液上比压有关的速度修正系数，取0.8
ω内=15×1.23×0.8=14.76m/s
最佳充填时间： τ=k3 . k4.τm （3）
式中τm ——额定充填时间，常取0.06s
k3——与压铸合金物理性能有关的时间修正系数，取0.9
k4——与压铸件型腔壁厚特征有关的时间修正系数，取1
τ=0.9×1×0.06=0.054s
于是：F内=（V总/ω内）t
=（328.5/147.6）×0.054
=0.12cm2
由图1所示，内浇口有2股进浇，分配到每股内浇口F内=0.12/2=0.06cm2。内浇
口厚度一般取压铸件壁厚的50%左右，取H内=1mm，则内浇口宽度为L内=F内/0.1=0.6cm。
图2 模具结构图
1 定模套板 2 导柱 3、8、20、21 螺钉 4定模 5、6型芯 7动模 9导套
10动模套板 11 动模座板 12 复位杆 13 限位钉 14 推杆固定板 15 推杆
16 推板导柱 17推板导套 18 推板 19 垫块 22 分流锥 23 浇口套 24 止转销
由于铸件壁较薄，随着壁厚的减薄，冷却速度加剧，因此要适当增大内浇口，以确保成型期间让足够金属液进入模腔，并在凝固前完成适当的保压（实际生产中内浇口厚度及长度均不先加工到位，试模后再修整）。
2.2 横浇道的设计
横浇道是金属液从压室通过直浇道之后流向内浇口之间的通道，其作用是将金属液引入内浇口。同时还能借助于横浇道中体积较大的金属液预热型腔，当压铸件冷却收缩时用来补缩与传递静压力，因此横浇道的设计对获得合格的铸件起着重要作用。
横浇道截面积取内浇口截面积的1.25~1.6倍，取1.4倍，截面形状设计为梯形，F横=0.12×1.4=0.168cm2。
2.3 溢流槽和排气槽的设计
在模具设计中要将溢流槽、排气槽和浇注系统作为一个整体来考虑，对这种深腔薄壁件，溢流槽、排气槽的设计更为重要。因为溢流槽和排气槽的采用和设置可以提高压铸件质量，消除局部紊流带来的缺陷，有时还可以弥补浇注系统设计不合理而带来的铸造缺陷。
此模具的溢流槽和排气槽位置如图2所示。排气槽开在溢流槽的后面，深0.03mm。另外，排气槽方向不能对着操作者方向，以免伤人。
3、推出机构的设计及压铸机的选择
本模具采用推杆推出的机构，由于铸件型腔较深，壁厚较薄，不宜在箱盖顶面设置推杆，而箱盖侧壁底端位置窄小。因此，在铸件侧壁底端增设推杆工艺凸台，推杆凸台位置及数量如图1所示。顶杆复位通过4根复位杆实现。
选择压铸机，首先要确定锁模力P锁，P锁的作用是克服型腔内的反压力，以确保锁紧模具分型面，防止金额液飞溅，保证压铸件尺寸精度。
3.1 计算胀型力
该压铸件没有侧抽芯，所以只需满足P锁≥K·P胀。
P胀=∑F·P （4）
式中 ∑F——铸件总投影面积，包括浇注系统
P——压射比压
经计算，考虑浇口及溢流槽等，∑F=512.5cm2，由查表可得，压射比压P取70Mpa，所以P胀=3.584×106 N。
3.2 锁模力
P锁＞K·P胀 （5）
K为安全系统（一般取K=1~1.3），取K=1.21，代入（5）式得P锁＞5.7×106N，故选6300KN或8000KN压铸机。
4、模具结构设计
图2为箱盖模具结构简图，采用不通孔模体，动、定模分别由动、定模套板单体形成，定模镶块和动模镶块嵌入各自的套板中，用螺钉紧固。模具导向为通用导柱导向，推板上也安装了4根推板导柱导向。本模具组成零件少，结构紧凑。
结束语
本设计采用的模具结构，经生产实际验证，结构合理，稳定可靠，铸件形状、尺寸和表面质量均达到图纸要求。
参考文献：
[1] 压铸模设计手册 北京 机械工业出版社 1981
[2] 杨祝国 压铸工艺与模具设计 北京 机械工业出版社 1997
[3] 欧阳永红 模具装配、调试与维修 北京 中国劳动社会保障出版社 2007
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