压铸件结构设计及压铸工艺

第四章压铸件结构设计及压铸工艺§1.压铸件结构设计•一、压铸工艺对压铸件结构的要求•压铸件结构设计的工艺性能是一个十分重要的因素，其结构的合理性和工艺适应性决定了后序工作能否顺利进行。如分型面的选择，浇道的设计，推出机构的布置，收缩规律的掌握、精度的保证，缺陷的种类等都与压铸件本身的压铸工艺性的优劣相关。•压铸件的结构设计直接影响压铸模的结构设计和制造的难易程度、生产率和模具的使用寿命等。（一）从简化模具结构、延长模具使用寿命考虑•铸件的分型面上应尽量避免圆角；如图4-1a中的圆角不仅增加了模具的加工难度，而且使圆角处的模具强度和寿命有所下降。若动模与定模稍有错位，压铸圆角部分易形成台阶，影响外观（一）从简化模具结构、延长模具使用寿命考虑•铸件的分型面上应尽量避免圆角；如果将结构改为如图4-1b所示的结构，则分型面平整，加工简便，避免了上述缺点。（一）从简化模具结构、延长模具使用寿命考虑•避免模具局部过薄；如下图a所示的压铸件，因孔边离凸缘距离过小，易使模具镶块在a处断裂。若将压铸件改为如下图b所示的a≥3mm的结构，则使镶快具有足够的强度，延长了模具的使用寿命。（一）从简化模具结构、延长模具使用寿命考虑•避免压铸件上互相交叉的不通孔；交叉的盲孔必须使用公差配合较高的互相交叉的型芯（如图4-3a），这既增加了模具的加工的量，又要求严格控制抽芯的次序。一旦金属液窜入型芯交叉的间隙中，便会使抽芯发生困难。若将交叉的盲孔改为图中b所示的结构，即可避免型芯的交叉，消除了上述的缺点。（一）从简化模具结构、延长模具使用寿命考虑•避免压铸件上互相交叉的不通孔；•1)又如下图所示，左图为抽芯C的型芯与型芯G交叉，右图将型芯G分为相对的两部分，在抽芯C的轴线处结合，避免了型芯交叉。避免压铸件上互相交叉的不通孔•2)抽、拔的型芯C1和C2交叉，可将C2半圆部分改由C1构成，避免C1插到C2内，零件左端的端部形状亦做相应更新（见下图b)。避免压铸件上互相交叉的不通孔•3)将型芯B分为两部分，从两侧抽出（见下图c)。（一）从简化模具结构、延长模具使用寿命考虑•避免内侧凹针对要求采取的措施有：1)外形不加大，内部形状凸出至底部（见下图a)。2)局部加厚，内形加至底部，外形加至分型面处，从而消除侧凹（见下图b)。3)原凸台形状不改变，在零件底部开出通孔，模型成型镶件可以从通孔处插入形成台阶（见下图c)。4)外形适当加大，保护内部尺寸和形状（见图d)。5)内部形状改成便于脱型，外部加凹窝，使壁厚趋于均匀（见下图e)。•避免内侧凹下图a所示的压铸件内法兰和轴承孔改为内侧凹，抽芯困难，或需设置复杂的抽芯机构，或需设置可溶型芯，这既增加了模具的加工量，有降低了生产率。若将压铸件改为图b所示结构，既可简化模具，又克服了图a所示压铸件带来的缺点。（二）改进模具结构，减少抽芯部位•减少不与分型面垂直的抽芯部位，可以降低模具的复杂程度，容易保证压铸件的精度。避免或减少抽芯部位主要注意以下两个问题：1)当斜度较小时，侧孔采用抽芯的方法。当斜度加大后，侧孔端与能够在动型与定型的形成部分构成，侧孔便可以不用抽芯方法也能压铸出。（二）改进模具结构，减少抽芯部位2)对非配合的孔，为了避免采用抽芯C的方法(见右图)，可采用底部通槽，侧面增加幅板B连接成构架形。（二）改进模具结构，减少抽芯部位•下图中a所示压铸件，中心方孔深度深，抽芯距离长，需设专用抽芯机构，模具复杂；加上悬臂式型芯伸入型腔，易变形，难以控制侧壁壁厚均匀。而采用下图中b所示的H形断面结构就不需抽芯，简化了模具结构。（三）方便压铸件脱模和抽芯•下图中a所示压铸件，因K处的的型芯受凸台阻碍，无法抽芯。若将压铸件的形状作一定的修改，变为下图中b所示的结构，K处的的型芯即可顺利抽出。二、压铸件基本结构的设计1.壁厚压铸件设计的特点之一是壁厚设计。◆厚壁：厚壁会使压铸件的力学性能明显下降，下图表示出锌合金、铝合金、镁合金的强度增减百分比与铸件壁厚的关系。二、压铸件基本结构的设计•压铸件随壁厚的增加，其内部气孔、缩孔等缺陷增加，故在保证铸件有足够强度和刚度的前提下，应尽量减小厚度并保持截面的厚薄均匀一致。为了避免缩松等缺陷，对铸件的厚壁处应减厚，增加加强筋。二、压铸件基本结构的设计◆薄壁：薄壁铸件致密性好，相对提高了铸件强度及耐压性。但壁不能太薄，太薄使合金熔接不好，易产生缺陷，并给工艺带来困难。还会会发生填充不良，成形困难。不同壁厚的铝合金压铸件的密度和强度见下表。二、压铸件基本结构的设计•压铸件壁的厚度(壁厚)，是压铸工艺中一个具有特殊意义的因素。壁厚与整个工艺规范有着密切关系，如：填充时间的计算、内浇口速度的选择、凝固时间的计算、模型温度梯度的分析、压力(最终比压)的作用、留型时间的长短、铸件顶出温度的高低及操作效率。•压铸件壁厚的极限范围：压铸件壁厚的极限范围很难加以限制。通常可按铸件各个壁厚表面积的总和来选择适宜的壁厚。在零件的工艺性能好以及压铸生产中又具备良好的工艺条件时，还可以压铸出更薄的壁。这时，锌合金铸件最小壁厚度为0.5mm，铝合金铸件最小厚度为0.7mm，镁合金铸件最小厚度为0.8mm，铜合金铸件最小厚度为1mm。二、压铸件基本结构的设计1.壁厚及肋二、压铸件基本结构的设计•对于大面积的平板类厚壁铸件，设置筋以减少壁厚。下图为设置筋以减少壁厚的示例。•改进铸件上壁过厚的部位的示例•肋的作用是：•壁厚改薄后，用以提高零件的强度和刚性，防止或减少铸件收缩变形，避免工件从模型内顶出时发生变形，填充时用以作辅助回路(金属流动的通路)。•肋的厚度应小于所在壁的厚度，一般取该处壁的厚度的2/3～3/4。•肋的设置原则：•下图为利用肋改变壁厚的示例：二、压铸件基本结构的设计2.铸造圆角压铸零件上壁面与壁面连接处，不论是直角、还是锐角或钝角，都应设计成圆角。作用：有利于金属液流动和压铸件的成型，避免压铸件产生应力集中和裂纹，延长模具的寿命。s1/s2≤2时：R=(0.2~0.25)(S1+S2).s1/s22时：作用：有利于金属液流动和压铸件的成型，避免压铸件产生应力集中和裂纹，延长模具的寿命。L≥4(s1-s2).•两壁连接时的圆角当s1=s2时：Ra=2s,Rf=s.当s1≠s2时：Ra=0~(Rf+s2),Rf=0.6(s1+s2).•两壁连接时的圆角•两壁连接时的圆角3.脱模斜度（铸造斜度）作用：•减少铸件与模型的摩擦，容易取出铸件；•保证铸件表面不被拉伤；•延长模型使用寿命。压铸件上各部分所需要的斜度值是不相同的，应按金属收缩的方向来确定。当金属的收缩受到的阻力大时，斜度应大些，反之则取小些。一般规定：脱模深度浅的大于深的；高熔点合金大于低熔点合金；形状复杂的大于形状简单的；厚壁大于薄壁；内侧大于外侧。压铸件的脱模斜度见表4-3。4.压铸孔、槽设计•压铸工艺的特点之一，是能直接铸出比较深的小孔。零件设计时，压铸出的孔的直径不应过小，并且还应考虑孔径与其深度符合一个适宜的比例关系，同时，孔的斜度也应稍大些。小孔直径、孔径与深度的关系见下表。•由于孔距大小、孔所在壁的壁厚以及型芯成形根部的圆角(或斜角)都对型芯的受力有很大的影响，所以，孔距愈大，孔所在的壁的厚度愈厚，型芯成形根部的圆角愈小，孔的深度亦应愈浅。这一点，对于厚壁铸件和大的铸件更应注意。4.压铸孔、槽设计5.肋（加强筋）作用：在薄壁的情况下，提高压铸件的强度和刚度，防止变形和裂纹；填充时作为金属液流动的辅助通道。肋的厚度应均匀，且布置要对称；肋的交接形式尽量不要采用交叉形式。•肋的厚度应小于所在壁的厚度，一般取该处壁的厚度的2/3～3/4。•肋的设置原则：•下图为利用肋改变壁厚的示例：6.压铸齿与螺纹铜合金只能压铸外螺纹和螺纹的预制孔，其他合金均可压铸出内、外螺纹。压铸的螺纹也不应过长。压铸的螺纹与机加工的相比，其表层的耐磨性和耐压性较好，但尺寸精度、形状的完整性、表面粗糙度等要差些。7.凸纹、凸台、文字和图案压铸件上一般将这些结构单元做成凸体的形式。主要原因是在模具上加工凹体比较方便。这些单元应避免尖角，图形和笔划尽量简单。8.压铸镶嵌件压铸时可以将金属或非金属制件铸入压铸零件上，从而使压铸件的某—部位能够具有持殊的性质或用途。●铸入的嵌件形状很多，一般为螺杆、螺母、轴、套、管状、片状制件等。●镶嵌件材料多为铜、钢、纯铁和非金属材料。也有用性能高于铸件本体金属的，或者用具有特殊性质(如耐磨、导电、导磁、绝缘等)的材料。8.压铸嵌件•镶铸件的作用有如下几个方面：1、加强压铸件某些部位的强度、耐磨性、导电性、成绝缘性等。如：铝中铸人钢件提高强度，铸入蓝宝石提高耐磨性，铸入绝缘材料降低成本及提高绝缘性，铸入铁心赋予导磁性等；2、清除压铸件过于复杂的型腔以及内侧凹形无法压铸的型腔；3、消除热节，避免疏松；4、利用低熔点金属压铸代替贵金属，如用高硅铝代替青铜；5、可将许多小铸件合铸起来代替部分装配。•在设计的零件有铸入镶件时，应符合下列要求：1)铸件铸入后，被基体金属所包紧，不应松动；2)件周围的铸件基体金属不应小于1.5mm，大铸件上应增厚；3)镶件与铸件金属基体之间不应产生电化腐蚀，这时，镶件的表面可加保护层；4)镶件上被包围的部分不应有清角、棱边，以免铸件开裂；5)有镶件的铸件应避免热处理，以免两种金属相变的不同而产生体积变化的不同，导致镶件在铸件内松动；6)镶件应能满足放入模型内的定位要求和各种公差配合的要求；7)镶件的形状和在铸件上所处的位置应使压铸生产时放置方便。三、压铸件的精度、表面粗糙度及加工余量（一）压铸件的精度、表面粗糙度及加工余量◇压铸件的尺寸精度压铸件的尺寸精度较高，基本上由压铸模的制造精度而定。1.长度尺寸压铸件线性尺寸公差及选用见表4-5。尺寸公差带的位置如下：1、不加工的配合尺寸，孔取正（+），轴取负（-）。2、待加工的尺寸，孔取负（-），轴取正（+）；或孔与轴取双向偏差（±），但其偏差值为CT6级公差的1/2。3、非配合尺寸，根据铸件结构而定。合金公差等级CT锌合金4~6铝（镁）合金5~7铜合金6~8表4-5压铸件基本公差等级•计算时，按上表规定在基本尺寸公差上再加附加公差。附加公差是增量还是减量，取决于压铸件线性尺寸本身受上述两种因素影响的变化而定。2.壁厚、肋厚、法兰或凸缘厚度等尺寸。•壁厚、肋厚、法兰或凸缘厚度等尺寸公差按表4-7选取。3.圆角半径尺寸•圆角半径尺寸公差按表4-8选取4.锥度尺寸•自由角度和自由锥度尺寸公差按表4-9选取。锥度公差按锥体母线长度决定，角度公差按角度短边长度决定。5.孔中心距尺寸•孔中心距尺寸公差按表4-10选取。若受模具分型面和活动部分影响，在基本尺寸公差上也应加附加公差。（二）表面形状和位置公差•对于压铸件来说，变形是一个不可忽视的问题，其公差值应控制在一定的范围内，整形前后的平面度和直线度公差，平行度、垂直度和倾斜度公差，同轴度和对称度公差分别按表4-11、表4-12和表4-13选取。（三）表面粗糙度•在填充条件良好的情况下，压铸件表面粗糙度一般比模具成型表面的粗糙度低两级。•如果是新模具压铸件上可衡量的表面粗糙度应达到相当于国标GB131-89的Ra2.5~6.3mm，也可能达Ra0.32mm。随着模具使用次数的增加，通常压铸件的表面粗糙度值会逐渐变大。（四）加工余量•压铸件能达到较高的精度，故多数的表面和部件都不必进行机械加工，便可直接装配使用。同时还有以下两个原因也不希望对压铸件进行机械加工：1)压铸件表层坚实耐磨，加工会失去这层好的表皮；2)压铸件有时有内部气孔存在，分散而细小的气孔通常是不影响使用的，但机械加工后却成为外露气孔，反而可能影响使用。（四）加工余量但，在下述情况下，压铸件在对于部分的表面需要进行机械加工。即：1)去除铸造斜度；2)达到更高精度的尺寸部位(包括需要保证而尚未达到的形位公差)；3)铸件上未压出的一些形状；4)去除浇口，排溢系统或因工艺需要而增加的多余部分；5)模型的成型零件因磨损或掉块，造成铸件的表面或形状不符合要求。（四）加工余量机械加