金属型模具设计.ppt

材料工程学院材料成型教研室,指导教师刘洋,铝合金铸件铸造技术,材料工程学院材料成型教研室,,,,任务根据活塞结构特点，为实现顺序凝固，采用下抽芯法铸造（即活塞顶面向上顶冒口补缩）。配合以下的技术要求，设计铝合金活塞的金属型。,材料工程学院材料成型教研室,,金属型模具设计,,,,,金属型顶出、定位、导向及锁紧机构设计方法,,,,,,4,,,,,,1,,,金属芯设计,,,,,,2,,,,金属型分型设计及计算,1,1,,,,金属型的排气,,,,,,3,,,,金属型材料的选择,,,,,,5,材料工程学院材料成型教研室,,1.1分型面的尺寸,金属型分型面的形状跟分型有关，当采用垂直分型时，可设计成矩形，当采用水平分型时，形状可随型，这样对金属型的定位和制造都较简便。,材料工程学院材料成型教研室,型腔尺寸的计算，除了铸件公称尺寸及偏差外，还应考虑合金从固相线冷却到室温的收缩，涂料厚度和金属型材料从室温升至预热浇注温度的膨胀率。,,,式中型腔尺寸，mm；铸件平均的尺寸，mm；K综合线收缩率，；涂料厚度，mm；型腔尺寸制造公差，mm,,,,,,,材料工程学院材料成型教研室,,铸件的平均尺寸,,材料工程学院材料成型教研室,,综合线收缩率K包括金属型材质的线膨胀和铸件材质的线收缩。理论上K的数值可用公式计算,,,材料工程学院材料成型教研室,,,实际上确定阻碍收缩系数k是较困难的，只有参考已做过的类似铸件，或根据经验选取。对于铝、镁合金铸件，一般情况下K值可参考下表选取，不必进行繁琐的计算。小型铸件金属型设计时，为了计算方便，K值常取1。,,材料工程学院材料成型教研室,,一般情况下涂料厚度，每边为0.1～0.3mm，型腔凹处取上限值，凸处值取下限值，中心距L处等于零。,,材料工程学院材料成型教研室,在确定金属型壁厚时，一般多考虑金属型的受力和工作条件。金属型壁厚与铸件壁厚、材质、铸件外轮廓尺寸及金属型的材料性能有关。金属型材料为铸铁时，其壁厚为图所示,,材料工程学院材料成型教研室,,,其他尺寸的确定（1）型腔表面至金属型边缘距离不小于20mm；（2）一型多件的铸型，铸件与铸件间的距离，小铸件不小于10mm，一般铸件不小于30mm；（3）定位销孔表面至铸型边缘距离不小于10mm；（4）为了开型容易，在金属型的分型面上，设计可以用小杠杆撬开金属型的凹槽。,材料工程学院材料成型教研室,,,（1）使铸件的组织更为均匀；（2）内孔光洁，精度高；（3）减少制砂芯和除砂芯的工序，相应减少辅助材料和设备的费用；（4）进一步提高劳动生产率和改善劳动条件等。,材料工程学院材料成型教研室,,金属芯根据结构可分为两种整体金属芯和组合金属芯。（1）整体金属芯整体金属芯结构简单，加工制造容易，用于允许有铸造斜度而直接抽拔的型芯。,,材料工程学院材料成型教研室,,,（2）组合金属芯组合金属芯结构复杂，加工制造费工。用于不允许有铸造斜度的铸件内腔成形，或用于形成铸件内腔中的凸出或凹入等复杂结构。组合金属芯常用奇数芯块组成。抽芯时先将中心部分抽出，然后再按一定顺序和工艺要求抽取其他部分芯块。组合金属芯可根据工艺需要设计为分阶段抽芯，以避免在抽芯时造成损坏铸件的可能性。,,材料工程学院材料成型教研室,,,材料工程学院材料成型教研室,,（1）金属芯的定位、导向圆形型芯可以不考虑定向，异形型芯定位、导向见图,材料工程学院材料成型教研室,,垂直型芯定位长度H（0.3～0.8）d侧部型芯定位长度H0.5～1d,,材料工程学院材料成型教研室,,（2）金属型芯的抽芯力无论采用那种方式（手工、机械、液压或气压）抽芯，都要保证有足够的抽芯力。抽芯力与金属芯的大小、金属芯的斜度等有关。金属芯的直径尺寸越大，拔模斜度越小，需要的抽芯力越大。（3）金属芯壁厚直径在50mm以上的金属芯，应制成空心的，壁厚常为12～20mm，大金属芯壁厚可参考铸型壁厚。,,材料工程学院材料成型教研室,,在分型面或型腔零件的组合面上，芯座或顶杆表面上开排气槽。如图所示，它们既能排气，又能阻止液体金属流入，故在金属型铸造中被广泛采用。,,材料工程学院材料成型教研室,,正确地选择排气塞在金属型上的安装位置，才能防止因型腔排气不畅而产生气窝，避免铸件缩孔及浇不足、成形不良、轮廓不清楚等缺陷。排气塞又称通气塞，可用45钢或铜棒制成。,,材料工程学院材料成型教研室,,排气孔一般开设在金属型的最高处或金属型内可能产生“气阻”的地方。,,材料工程学院材料成型教研室,,当铸件凸起部分尺寸很小，如带散热片的铸件，不可能用以上方法排气，可用组合铸型，而在组合块的接触面上开气槽。有些铸件与冒口连接处，需要大面积排气，也可用组合铸型。,,材料工程学院材料成型教研室,,设计有金属芯的铸型，除可利用型芯与铸型的配合间隙排气外，还可在型芯表面上开置类似排气塞上的槽子进行排气。,,材料工程学院材料成型教研室,,凡是有砂芯及壳芯的铸件，均可利用铸型的型芯座排气,,材料工程学院材料成型教研室,,金属型设计中，尽可能的设法将铸件留在底座上，不需要其他的机构就能把铸件取出。但有些铸件不便留在底座或留在底座也很难出型时，需采用顶出铸件机构，才能将铸件顶出。,,材料工程学院材料成型教研室,,在设计顶出铸件机构时，须根据铸件的形状设计要注意下面几点①以免在顶出铸件时将铸件顶变形。顶杆布置要均匀且在出型阻力最大的地方；,材料工程学院材料成型教研室,,,,②为了避免在铸件上留下较深的顶杆印痕，顶杆与铸件的接触面积应足够大，此外亦可增加顶杆数目。尽可能将顶杆布置在浇冒口上或专门设立的工艺搭子上。③防止顶杆卡死顶杆与顶杆孔配合间隙要适当。如果间隙过大易钻入金属液。,材料工程学院材料成型教研室,,为了金属型合型时使金属型半型间不发生错位，一般采用两种办法即定位销定位和“止口”定位。对于上下分型，而分型面为圆形时，可采用“止口”定位，而对于矩形分型面大多采用定位销定位。定位销应设在分型面轮廓之内。,,材料工程学院材料成型教研室,,当金属型本身尺寸较大，而自身的重量也较大时，要保证开合型定位方便，可采用下图所示的几种导向形式。,,材料工程学院材料成型教研室,,对手工操作的金属型，合型后，为防止液体金属进分型面，须采用锁紧机构。在气动或液压传动的金属型铸造机上，可用气缸或油缸的压力锁紧。,,材料工程学院材料成型教研室,,,制造金属型的材料，应满足具有一定的强度、韧性及耐磨性，机械加工性好同时具有一定的耐热性和导热性好的条件。铸铁是金属型最常用的材料。其加工性能好、价廉，一般工厂均能自制，并且它又耐热、耐磨，是一种较合适的金属型材料。只是在要求高时，才使用碳钢和低合金钢。钢由于韧性好强度高，易焊补，故钢金属型的寿命要比铸铁金属型高几倍，但由于加工困难，易变形，因此只在铸型条件恶劣时，才使用钢制造金属型，一般多用45号钢作为金属型的材料。,,材料工程学院材料成型教研室,,,铝合金金属型的研究已延续很多年，因铝合金金属型表面可进行阳极氧化处理，而获得一层由Al2O3及Al2O3H2O组成的氧化膜，其熔点和硬度都较高，而且耐热、耐磨。这种铝合金金属型，如采用水冷措施，它不仅可铸造铝件和铜件，同样也可用来浇注黑色金属铸件。,,材料工程学院材料成型教研室,,一些金属型专用零件的适用材料,,材料工程学院材料成型教研室,,活塞铸件金属型设计实例1.金属型总体结构设计活塞金属型由顶模、两个侧模、底模、型芯及两个销芯组成，浇注系统设计在侧模上，顶部形状由顶模形成，冒口设计在顶模上。,,材料工程学院材料成型教研室,,,2.金属型成型部分设计（1）侧模及销芯设计1）侧模和销芯过渡配合；2）浇道位于两个侧模分型面上；3）在侧模的背面设置了斜面，底模上也设置了相应的斜面，合模时达到锁模效果；4）在侧模分型面上应该设置适当的排气槽（活塞外表面需要经过后续加工，因此不会影响其表面成型质量）。,,材料工程学院材料成型教研室,,,材料工程学院材料成型教研室,,,（2）底模与型芯设计1）型芯做成镶块形式和底模组装在一起，配合间隙取0.15mm，方便下抽芯；2）需要注意，下抽芯力较大，应该考虑将型芯再设计成若干小型芯组合而成，抽芯时先抽出其中的一小块，其他型芯则很容易抽出；3）除了侧模分型面排气外，也要考虑型芯的排气。,,材料工程学院材料成型教研室,,,材料工程学院材料成型教研室,,（3）顶模与冒口镶块设计冒口要达到保温效果，需要采用保温材料来成型，因此将其做成镶块形式和顶模组装在一起，方便更换。,,材料工程学院材料成型教研室,,（4）活塞铸件利用设计的活塞金属型模拟生成的铸件,,材料工程学院材料成型教研室,,,3.壁厚及冷却系统设计对活塞铸件来说，裙部区由于壁较薄，在3-5mm，可以单纯利用金属型壁厚来调整铸件的凝固顺序。而对于活塞的环槽区和顶部区由于铸件壁较厚，单纯利用金属型壁厚来调整铸件凝固顺序的效果不明显，因此，可在铸型此部位增加通水冷却,及时带走金属型热量,提高金属型的蓄热能力,实现活塞铸件的快速凝固。,,材料工程学院材料成型教研室,,,材料工程学院材料成型教研室,小组练习请计算下图中圆环的金属型型腔尺寸。,,,,,材料工程学院材料成型教研室,,,,课后任务在金属型设计中应该注意什么问题,材料工程学院材料成型教研室,ThankYou,