压铸模具设计与制造单元3 2 1侧抽芯压铸模具结构设计课件

学习情境3侧抽芯压铸模具与制造侧抽芯压铸成型分析侧抽芯压铸模具结构设计侧抽芯压铸模具计算机辅助设计侧抽芯压铸模具制造侧抽芯压铸模具装配、试模学习情境3侧抽芯压铸模具设计与制造侧抽芯压铸模具结构设计?带侧抽芯压铸模具的设计步骤如下：分型面确定成型零件设计浇注系统的设计计算滑块抽芯力抽芯机构设计推出机构设计冷却系统设计确定外形尺寸绘制模具装配图侧抽芯压铸模具结构设计一、引入：1.模具结构确定了解压铸件图纸要求，进行压铸件结构工艺性、尺寸精度、材料、生产批量、客户特殊要求分析。侧抽芯压铸模具结构设计压铸件结构简单，可采用压铸成型，压铸件生产批量不大，可采用单型腔成型，浇注系统采用侧浇口形式，压铸件采用推杆推出，压铸件有一侧孔，结合推出机构，选用斜销抽芯机构，斜销在定模，滑块在动模。冷却系统可采用直通式冷却通路。因此压铸件所采用的是斜销抽芯，推杆推出，侧浇口压铸模具。侧抽芯压铸模具结构设计模具结构方案的确定办法：根据压铸件的生产批量及压铸件精度要求确定模具的型腔数目；根据压铸件的形状和尺寸大小确定模具成型零件的结构形式、浇注系统形式、侧抽芯机构、压铸件的推出方式和模具的冷却形式。侧抽芯压铸模具结构设计模具结构方案的确定办法：根据压铸件的生产批量及压铸件精度要求确定模具的型腔数目；根据压铸件的形状和尺寸大小确定模具成型零件的结构形式、浇注系统形式、侧抽芯机构、压铸件的推出方式和模具的冷却形式。侧抽芯压铸模具结构设计2.模具侧抽芯结构确定压铸件上有外侧孔或内、外侧凹时，压铸件不能直接从模具中脱出，此时必须将成型侧孔或侧凹的零件做成活动的，这种零件称为侧型芯。在压铸件脱模前必须抽出侧型芯，然后再从模具中推出压铸件，完成侧型芯的抽出和复位的机构称为侧向分型抽芯机构。侧抽芯压铸模具结构设计侧向分型与抽芯机构组成1—限位块2、8—楔紧块3—斜销4、7—滑块5、6—型芯9—止转导向块10—接头侧抽芯压铸模具结构设计常用侧向分型与抽芯机构的类型设计模具时，根据压铸件的结构选用合适的类型：（1）斜销抽芯机构（2）斜滑块抽芯机构（3）液压与气动抽芯机构（4）弯销抽芯机构（5）齿轮齿条抽芯机构（6）手动抽芯机构侧抽芯压铸模具结构设计二、侧抽芯压铸模具结构设计1.分型面的确定本零件的分型面基本上没什么分歧，产品侧面有一个￠26孔需要做滑块处理。其它部位均可用动、定模做出，具体的分型方案如下图。侧抽芯压铸模具结构设计2.型腔数目的确定及型腔的排列由于压铸件采用一模一件成型，所以型腔布置在模具中间，这样有利于浇排系统的排列和模具的平衡。侧抽芯压铸模具结构设计3．浇排系统设计（1）计算铸件的体积根据零件的三维模型，利用三维软件可直接查询铸件的体积为：V1=45mm3由于产品批量不是特别大，每年才2万件。所以，模具做一模一腔即可。那么，一次压铸所需的铸件体积为：V=45mm3（2）计算铸件的质量查手册《常用铝合金牌号》取密度ρ=2.8g/mm3铸件的质量：M1=V1*ρ=45*2.8=126g侧抽芯压铸模具结构设计（3)浇排系统的设计设计浇口的原则一般是先从设计里面再设计外面，也就是先设计内浇口部份，然后是横浇道部份，接着就是直浇道部份和排渣及排气部份。①内浇口的设计，浇口设计中最主要的就是内浇口设计了，它主要分两部份：一是浇口位置的选择，通常你选择了怎么样的浇口位置就决定你的模具结构；另一个就是浇口尺寸的计算。内浇口位置的选择：产品上有三个孔及一个侧滑块，产品进料的可进料部位有多，分析下来有两种位置，分别如图a、图b、图c。侧抽芯压铸模具结构设计图a图b图c侧抽芯压铸模具结构设计图a:从两个孔中间及滑块附件进料，特点是：滑块在压机操作者右侧，对压机生产时关闭安全门没影响，进料距离短、利于成型、但进料离抽芯太近，易冲击滑块而导致滑块变形等；图b:从两个孔中间及滑块附件进料，特点是滑块在压机操作者左侧，影响压机安全门的关闭，不利于生产。所以这种方案一开始就可以排除。侧抽芯压铸模具结构设计图c:滑块在上端，进料在三个孔中间，进料距离虽然有点长，但两个孔与孔之间位置比较宽，利于以后进料的调整。同时，该产品的整体大小也不是特别大，所以进料距离长短影响不是太大。滑块在上端，进料是对其冲击不大，不会产生早期变形等滑块失效。同时，这样设计，模具的整体安装尺寸比较好，模具中心基本上在压机中心，便于压铸机锁模。所以，根据三种方案的对比，最终选择图c做为进料位置。侧抽芯压铸模具结构设计内浇口的宽度及角度也有一定讲究，内浇口太宽或太窄，都可能会使金属直冲浇口对面的型壁，从而产生涡流，将空气和杂质包住而产生废品。一般宽度尺寸为：长方形铸件等于0.6～0.8倍的铸件边长；圆形铸件等于0.4～0.7倍的铸件外径；圆环形铸件等于0.25～0.33倍的铸件外径；内浇口长度一般取(2～3)mm为宜。如果太长，影响压力传递，降温大，铸件表面易形成冷隔、花纹等。如果太短，内浇口磨损严重，且易产生喷射现象。侧抽芯压铸模具结构设计综上所述，这个产品属于典形的圆形铸件，产品外径为100mm,那么的浇口宽度先按58mm（每边28mm）来计算。内浇口的形式采取侧浇口形式，这种浇口特点是：适应性强、充型条件好、去除方便。同时，为了避免在充型过程中两侧的合金跑得太快而卷气，所以在设计时考虑将内浇口角度向中心做15度的斜度，以引导料的走向。同时，内浇口的厚度的经验数据见下表。侧抽芯压铸模具结构设计铸件壁厚0.6～1.51.5～3.03.0～6.0＞6合金种类复杂件简单件复杂件简单件复杂件简单件为铸件壁厚的%内浇口厚度锌合金0.4～0.80.4～1.00.6～1.20.8～1.51.0～2.01.5～2.020～40铝合金0.6～1.00.6～1.20.8～1.51.0～1.81.5～2.51.8～3.040～60镁合金0.6～1.00.6～1.20.8～1.51.0～1.81.5～2.51.8～3.040～60铜合金0.8～1.21.0～1.81.0～2.01.8～3.02.0～4.040～60侧抽芯压铸模具结构设计本产品壁厚为2.5mm，属于简单件，浇口厚度可在1.0～1.8之间选择。为了便于浇口去除方便，而且也便于后续调整，浇口厚度先按1.4mm来计算。那么，就可以推算出内浇口的面积为Ag=56*1.4=78.4mm2。内浇口与产品的最终连接如图。侧抽芯压铸模具结构设计侧抽芯压铸模具结构设计②横浇道的设计。就是横浇道的截面积必须大于内浇口面积，这样便于压力的传递，同时也避免卷气。产品内浇口与横浇道最终需连接部位的截面积为A1=20*6=120mm2。那么，也就意味着横浇道的截面积必须大于120mm2。同时，为了保证压力的顺利传递，在做浇道时尽可能考虑R角及斜面过渡，最终做出的横浇道如下图。侧抽芯压铸模具结构设计侧抽芯压铸模具结构设计③直浇道部份设计。设计原理与横浇道设计一样，它是起连接冲头与横浇道作用的。但在绘制直浇道前，需了解冲头的直径。根据实际经验公式：冲头截面积=内浇口面积Ag*kk——系数，根据成型难易程度选择12-20；=78.4*16=1254.4根据圆面积公式求得，理论的的冲头直径是Ф39.97，加上机械能的损耗，选择Ф50的冲头。侧抽芯压铸模具结构设计而直浇道的宽度实际上就是横浇道最终的宽度小端27mm，大端3度往上拔模，厚度是比它厚1-2mm即可，主要是便于压力的传递。不是说越厚就越好。越厚的话，浇口冷却速度太长，影响生产效率，同时还增加了铝的损耗。最终设计的直浇道与整个流道系统的图形如下图：侧抽芯压铸模具结构设计④设计排溢系统1.溢流槽应排布离浇口最远处,见图a；2.溢流槽应排布铝液交汇处；3.溢流槽应尽量靠近预制孔处，图b；4.溢流槽应排在回流处,图c；5.溢流槽的大小与深度必须与产品重量、投影面积、浇口流量成正比；6.溢流槽尾部必须注意排气方便用加工中心加工出来；7.结构形式如图所示，由于产品合箱面机加工，所以选择图b。侧抽芯压铸模具结构设计图2-12c图a图c图b侧抽芯压铸模具结构设计图a溢流槽进料处不允许残留b溢流槽进料处允许残留（后加工）侧抽芯压铸模具结构设计（5)最终设计出来的浇排系统如下图。图2-14侧抽芯压铸模具结构设计4．成型零件结构设计（1）产品收缩的确定产品的收缩分为自由收缩和受阻收缩两种，根据产品形状及合金成份不同，收缩也各不相同。因此，要精确确定收缩率就很困难，在计算成型尺寸时，往往综合产品影响收缩的诸多因素来选用综合收缩率进行计算，可参考表2进行选取。侧抽芯压铸模具结构设计表2压铸合金综合收缩率φ合金种类收缩率φ/%备注自由收缩受阻收缩铅锡合金0.4～0.50.2～0.4上下限数值的确定方法：根据铸件尺寸和影响收缩的因素加锌合金0.5～0.80.4～0.6铝合金0.5～0.80.4～0.65以调整，但特殊情况也可超出表中范围镁合金0.6～0.850.5～0.75铜合金0.8～1.20.7～1.0侧抽芯压铸模具结构设计本产品是属于铝合金，产品在收缩是会受到到型芯、动模冲头、滑块等形状的影响，从而形成受阻收缩。同时，产品整体形状不算复杂，所以，收缩按铝合金——受阻收缩（取中间值）0.5%来计算。侧抽芯压铸模具结构设计（2）成型部份的镶拼方式本产品的整体尺寸不大，高度也不高，为了提高模具强度，采用整体式型腔结构。此产品中的3-M6螺纹底孔，需要铸出底孔直径5mm，由于直径太小，应当设计为销孔。同时，为了保证型芯强度，底部设计加一R0.5的圆角，所以，型芯的固定端尺寸变成了￠6。另外一个轴承孔直径为24mm，此处为了便于加工方便，也要采用镶拼结构。毛坯需要放加工余量1mm，铸件底孔直径变成了23mm，而且，轴承孔口在直径加工后需要保留0.5*45°倒角，并且客人希望倒角不后加工，那么就意味着毛坯上的倒角就要做到1*45°,所以此处型芯的固定端尺寸变成了￠25。具体镶拼结构见图2-15。侧抽芯压铸模具结构设计侧抽芯压铸模具结构设计5．侧抽芯推出机构设计带侧抽芯机构的模具在设计推出机构时，还必须考虑干涉现象。合模过程中，如果推杆未及时退到侧滑块下端面以下，则要发生侧滑块撞击推杆的现象，这种现象叫做干涉。侧抽芯压铸模具结构设计斜销抽芯机构的工作过程与各零件功能斜销设计：斜角、直径、长度、固定方式（1）抽芯距离的计算活动型芯从成型位置抽至压铸件的投影区以外，在不妨碍压铸件推出的位置时，型芯所移动的行程为抽芯距离。抽芯距离的计算如下：式中：抽芯距离（mm）；h：侧孔，侧凹或侧凸形状的深度成长度（mm）；K：安全值，见表注：1.所抽拨的型芯直径大于成型深度时，安全值K应按直径尺寸查取。2.同一抽芯滑块上有许多型芯时，安全值K应按型芯最大间距查取。侧抽芯压铸模具结构设计表3常用抽芯距离的安全距离Kh抽芯形式弯销、斜销、手动斜滑块齿轴、齿轮液压<103～52～3>15—10～303～530～805～8—8～1080～180180～3608～12（2）确定斜销的倾角一般斜销倾角取15°～25°，这里取20°侧抽芯压铸模具结构设计（3）确定斜销的尺寸斜销的直径取决于抽拔力及其倾斜的角度，可按设计资料的有关公式进行计算。表4常用抽芯直径及吨位经验表序号抽芯力斜销直径油缸吨位备注1<1000N￠301T～2T斜销常用21000～3000N￠35～￠403T～5T两种都常用33000～6000N￠45～￠605T～8T两种都常用4>6000N不常用8T以上液压常用侧抽芯压铸模具结构设计（4）斜销固定端基本形式表5斜销固定端的安装形式安装形式特点配合段直径较工作段直径大，用于延时抽芯配合段与工作段直径尺寸相同，最常用的一种形式固定端台阶为120°圆锥形，适用于10°～25°斜销（通用件）固定端台阶采用弹簧圈，用于抽芯力较小的场合侧抽芯压铸模具结构设计（5）滑块与导滑槽设计滑块是斜销抽芯机构中的一个重要零部件，它上面安装有侧向型芯或侧向成形块，压铸成型时压铸件尺寸的准确性和移动的可靠性都需要靠它的运动精度保证。侧抽芯压铸模具结构设计（6）限位装置设计合模时，为了保证斜销准确可靠进入滑块斜孔，侧滑块在完成抽芯动作后必须停留在终止的位置上。侧抽芯压铸模具结构设计（7）楔紧装置设计在压铸过程中，侧滑块会受到合金熔体的推力，必须设计楔紧块。侧抽芯压铸模具结构设计案例：减速器盖抽芯机构设计产品侧面有一直径为26mm的孔需要做滑块处理，抽芯的设计一般按以下步骤进行：抽芯力的估算→抽芯距的确定→确定抽芯机构（1）抽芯力的估算由于影响抽芯力的因素较多，要精确计算抽芯力的大小确实有困难。生产中主要考虑包紧力，并综合其他因素进行计算。计算时参考图:侧抽芯压铸模具结构设计侧抽芯压铸模具结构设计公式为：F抽=F阻cosα-F包sinα故F抽=cLp(μcosα-sinα)公式中:F抽——抽芯力(N)；F包——包紧力(N)；F阻——抽芯时摩擦阻力(N)；c——被铸件包紧的型芯断面周长(mm)；L——被铸件包紧的型芯的长度(mm)；p——单位包紧力（MPa），铝合金p=10-12Mpa，锌合金p=(6-8)Mpa，铜合金p=(12-16)Mpa;α——型芯的脱模斜度(°)；μ——压铸合金对型芯的摩擦系数。锌、铝、镁合金时，取μ=0.25，铜合金时取μ=0.35侧抽芯压铸模具结构设计本案例的铸件抽芯部份的图形如下图所示侧抽芯压铸模具结构设计由于￠26的拔模斜度分别由两部份组成:一段为6mm，1°的斜度；另一段为19mm，15°的斜度。所以，的抽芯力也分两部份来计算：F抽1=26*3.14*6(0.25cos1°-sin1°)=120NF抽2=26*3.14*19(0.25cos12°-sin12°)=67N从上面的计算可以看出，脱模斜度越大，包紧力就越小，所以19mm那段基本上没什么包紧力。总的所需要的抽芯力即为F抽=F抽1+F抽2=190N即可；侧抽芯压铸模具结构设计（2）抽芯距的确定抽芯后活动型芯应完全脱离铸件，使铸件能顺利推出型腔，此时型芯在抽芯方向所移动的距离就称为抽芯距。S抽=S移+K公式中:S抽——抽芯距(mm);S移——脱模时抽芯方向模具移动的距离(mm)；K——安全值，常取K=(5～10)mm，移动距离小时取小值，移动距离大时取大值，液压抽芯时安全值可大于15mm。侧抽芯压铸模具结构设计本铸件在设计浇排系统时，就考虑到抽芯为避免抽芯距离太长而将未端渣包放置在定模一侧，产品在抽出滑块分型面后并没有别的干涉部位。所以，考虑抽芯距只需要将产品形状抽出就可以了（即25mm），再加上一定的安全距离，所以抽芯距F抽=25+5=30mm。侧抽芯压铸模具结构设计（3）确定抽芯机构抽芯机构有斜销、斜滑块、齿轴齿条、液压抽芯等，但一般常用的就有两种：斜销跟液压抽芯。斜销抽芯结构简单、制造方便，可利用开合模抽芯复位，生产效率高，所以在中小型抽芯中使用较多。本案例抽芯距离较短、抽芯力也不大，所以也适合采用斜销抽芯。侧抽芯压铸模具结构设计（4）斜销的直径计算斜销的直径虽然可以参照公式去算，但在实际设计中，已经很少用到公式了，一般是根据抽芯部位所需的包紧力还有结合一定的滑座与导尺的摩擦系数。有一些经验数据如表6：侧抽芯压铸模具结构设计表6常用抽芯直径及吨位经验表序号抽芯力斜销直径油缸吨位备注1<1000N￠301T～2T斜销常用21000～3000N￠35～￠403T～5T两种都常用33000～6000N￠45～￠605T～8T两种都常用4>6000N不常用8T以上液压常用侧抽芯压铸模具结构设计本案例的抽芯力为190N，抽芯力很小，如果仅考虑抽芯力的话，可能需要的斜销直径很小。但毕竟压铸模在生产时的环境比较恶劣，热胀冷缩系数很难把握，有时候需要更多地考虑滑块与型腔、滑座与导尺之间的摩擦力，所以，在设计压铸模具时，斜销直径尽可能做大点。综合考虑，本案例选用￠30的斜销。侧抽芯压铸模具结构设计（5）斜销的长度及抽芯机构的设计图2-22侧抽芯压铸模具结构设计6.推杆推出机构设计此模具顶杆受力位置在大分型面处的肉厚上，四周包紧力很大，并且装配面加工，所以装配面上可布置顶杆。另外，中间￠24轴承孔附近包紧力太大，也需设计三枚顶杆。浇排系统顶也需设计好，由于此零件上面一个上滑块，根据顶杆设计原则第④条：要让开活动型芯，以免引起不必要的先复位装置。最终设计的顶杆如下图。侧抽芯压铸模具结构设计图2-23侧抽芯压铸模具结构设计7.冷却冷却系统的设计此模具考虑到型腔及产品部位的形状，决定在动模靠近浇注系统下方设置两条直通水冷；另外定模部位除了在浇口部位布置一条直通水冷外，整个产品部位布置一条循环水。具体水冷系统的设计见下图。侧抽芯压铸模具结构设计8.确定动定模镶块及套板的外形尺寸及导柱位置尺寸等(1）动定模镶块的尺寸确定由于前面已经对分型面、浇排系统、滑块机构及冷却水部位进行了设计，实际上，动定模镶块的尺寸基本上都已经有了。只所需要使用表7的经验数据。侧抽芯压铸模具结构设计表7动定型腔留边尺寸设计（仅供参考）压机吨位产品面到型腔边尺寸A（单位mm）产品面到型腔底面尺寸（单位mm）浇口边到型腔边的距离B定模H1动模H2180T以下35～5535～4545～5550～65250T-280T45～6040～5550～6055～70400T-500T55～6545～5555～7065～80630T-800T65～9055～7565～10075～1201000-1250T80～15065～10080～120100～150侧抽芯压铸模具结构设计侧抽芯压铸模具结构设计根据以上公式，对应180T以下参考数据。得出最终的型腔尺寸为225*200*80/225*200*83。9.确定动定模框及模脚尺寸一般压铸模具应尽可能采用不通孔动模套板结构。在设计模框尺寸的时候可以使用表8的经验尺寸。侧抽芯压铸模具结构设计表8动定模框留边尺寸设计（仅供参考）压机吨位周边尺寸（单位mm）留底尺寸（单位mm）料桶边到定套边的距离定套动套180T以下70～8050～6060～7040～50250T-280T80-9055～7070～8045～55400T-500T100～12070～80100～12060～65630T-800T140～15080～11014070～801000-1250T150～16090～110140～150定位圈边再加251600T170～180100～120150～160定位圈边再加30侧抽芯压铸模具结构设计侧抽芯压铸模具结构设计180T以下A=30mmB=25mm250T-280TA=35mmB=30mm400T-500TA=40mmB=35mm630T-800TA=50mmB=40mm1000T-1250TA=55mmB=45mm1600TA=60mmB=50mm侧抽芯压铸模具结构设计根据以上公式，对应180T以下参考数据。得出最终的模框尺寸为495*350*135/495*350*120。10.确定其它零件尺寸（1）导柱、导套直径设计；可参考如下公式：式中：D——导柱导滑段直径（cm）；A——压铸模分型面的表面积(cm2)K——比例系数，一般K=0.07～0.09，当A>2000cm2，K取0.07；A=400～2000cm2时，K取0.08；A<400cm2，K取0.09。侧抽芯压铸模具结构设计侧抽芯压铸模具结构设计根据此公式，并结合设计的模框尺寸，最终算出来导柱直径为33mm，取整设计成￠35mm。导柱中心到模框的边距离一般在1.5倍的导柱直径，按35*1.5推算，导柱边应大于52.5mm，取整50mm。导柱导套均采用台阶式固定，具体见图。侧抽芯压铸模具结构设计（2）推出机构的复位及导向推出机构包括推杆、推板、固定板、复位杆、推板导柱及限位钉等。推杆的位置在前面已设计完成；推板及固定板设计的基本原则是：所有顶杆都在其范围内，另外，压机上的顶出及复位拉杆孔位置均在其上分布均匀，等所有的问题都考虑。复位杆尺寸一般根据模框大小来设计，一般设计时取导柱直径的0.4～0.6倍。推板导柱直径一般取导柱直径为0.5～0.8倍。模脚限位钉一般用在180T～630T压机上（模具在大点，就用限位块了），限位钉直径有50～60之间，模具小，所以取￠50mm即可。侧抽芯压铸模具结构设计11.绘制完整的模具根据前面设计的内容，整理出所此套模具的模具设计总图见图。侧抽芯压铸模具结构设计