余姚优职模具培训:压铸模具材料与结构设计

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1 压铸模具的结构
压铸模具一般的结构如图 1. 导柱 2.固定外模 (母模) 3分流子镶套 4.分流子 5固定内模 6角销 7滑块挡片
8滑块9.可动内模 10.可动外模 (公模) 11.模脚 12.顶出板 13.顶出销承板 14.回位销
15.导套
2．压铸模具结构设计应注意事项
（1）模具应有足够的刚性，在承受压铸机锁模力的情况下不会变形。
（2）模具不宜过于笨重，以方便装卸 修理和搬运，并减轻压铸机负荷。
（3）模穴的压力中心应尽可能接近压铸机合模力的中心，以防压铸机受力不均，造成锁模不密，铸件产生毛边。
（4）模具的外形要考虑到与压铸机的规格的配合：
（a）模具的长度不要与系杆干涉。
（b）模具的总厚度不要太厚或太薄，超出压铸机可夹持的范围。
（c）注意与料管（冷室机）或喷嘴（热室机）之配合。
（d）当使用拉回杆拉回顶出出机构时，注意拉回杆之尺寸与位置之配合。
（5）为便于模具的搬运和装配，在固定模和可动模上方及两侧应钻螺孔，以便可旋入环首螺栓。
3 内模（母模模仁）
（1）内模壁厚
内模壁厚基本上不必计算其强度，起壁厚大小决定于是否可容纳冷却水管通过，安排溢流井，及是否有足够的深度可攻螺纹，以便将内模固定于外模。由于冷却水管一般直径约10mm，距离模穴约25mm，因此内模壁厚至少要50mm。内模壁厚的参考值如下表。

                  内模最小壁厚参考表

压铸机吨数	125以下	125—-500	500	500
内模壁厚（mm）	50	55	60	70

（2）内模与外模的配合

内模的高度应该比外模高出0.05-0.1mm，以便模面可确实密合，并使空气可顺利排出。其与外模的配合精度可用H8配h7，如下图所示。

 

4外模

（1）       固定外模

     固定外模一般不计算强度，但设计时要注意留出锁固定压板或模器的空间。

（2）       可动外模

     可动外模的底部厚度可用下面的公式计算：

其中：
h：外模底部之厚度（mm）
p：铸造压力（kg/cm2）
L：模脚之间距（mm）
a：成品之长度（mm）
b：成品之宽度（mm）
B：外模之宽度（mm）
E：钢的杨氏模数=2.1×106kg/cm2
d：外模在开模方向的最大变形量（mm），一般取d≤0.05mm.
例：
某铸件长300mm,宽250mm，铸造压力选定280（kg/cm2）,外模之宽度560（mm）,模脚之间距360（mm）,最大变形量取0.05（mm）。所以
P=280(kg/cm2)
L=360(mm)
a=300(mm)
b=250(mm)
B=560(mm)
E=2.1×106kg/cm2
d=0.05(mm)

计算得h=138mm

5.模脚
（1）模脚变形量
模脚主要的功能在提供模具之顶出空间，其强度计算公式为

其中 ：d:变形量（mm），通常要小于0.05mm.
W: 锁模力/2(kg)
H：模脚高度（mm）=顶出距离+顶出板厚度+顶出销承板厚度+前进止动距离（防止顶出板撞到外模）+后退止动距离（防止顶出板撞到压铸机）
E：钢的杨氏模数=2.1×104（kg/mm2）
a: 模脚长度(mm)
b: 模脚宽度(mm)
例：
压铸机锁模力315吨，模脚高度130（mm），模脚长度560（mm），模脚宽度80（mm）。则
W=315000/2=157500(kg)
H=130(mm)
a=560(mm)
b=60(mm)
此时变形量=（157500×130）/（2.1×104×560×80）=0.021（mm）﹤0.05
当模脚的高度H愈大时其变形量愈大。因此高度愈小愈好，只要足够顶出就行了。对于较大的模具，通常在两只模脚中间会再加上支柱补强。
（2） 固定模脚用螺栓
模脚要用螺栓固定于可动外模上，所使用的螺栓大小及数量，可参考下表。
锁模脚螺栓建议值

压铸机       螺栓尺寸        数量	压铸机       螺栓尺寸         数量
3500吨          M30           10 2500吨          M24           12 2250吨          M24           11 1650吨          M24            9 1200吨          M20           13 1000吨          M20           11 800吨         M16           10	650吨           M16            8 350吨           M16            6 250吨           M12            8 200吨           M12            8 135吨           M10            6 90吨            M10            6

6．导柱与导套
CNSB3370“压铸模用导柱”中规定了导柱的材料 形状与尺寸。CNSB3373“压铸模用导套”则规定了导套的材料 形状与尺寸。设计时可直接选用标准规格。导柱直径的选择可使用下面的经验公式：

其中d：导柱直径（mm）
F: 模具分模面上的表面积（mm2）
K: 比例系数，一般为0.07～0.09。当F＞200000时，K取0.07。F=40000～200000时,K取0.08.当F＜40000时.K取0.09.
用此公式计算出来的值,会与CNSB3369“压铸模用主模板”中各个模具尺寸所使用的导柱尺寸接近.
导滑段的最小长度为直径的1.5-2倍,一般按高出分模面的型心长度加上12-20mm.

7.回位销
(1)回位销直径
回位销的功用是当顶出机构顶出铸件后,靠着合模的力量将顶出机构回复到原位.此外也有导引及支撑顶出板的功能.CNSB3372规定了回位销的形状与尺寸.回位销直径的选择可

参考下表.

外模宽（mm）	小于等于 150	150- 250	250- 350	350- 500	500- 650	650- 800	大于  800
回位销直径(mm)	12	15	20	25	30	35	40

 （3） 回位销的长度
回位销的长度则可用下面公式计算
回位销的长度L=可动外模高度+模脚高度-顶出板厚度-后退止块高度

8．拔模力的计算
抽芯时型芯受力的状况见下图。


型芯受力图
拔模力的大小可由下式计算：
P=P1cosа+P2sinа
=Alp(μcosа-sinа)
其中P：拔模力（kg）
P1: 抽芯阻力（kg）
P2：铸件冷却收缩后对型芯的抱紧力(kg)
A：被铸件抱紧的型芯成形部分断面周长(mm)
L：被铸件抱紧的型芯成形部分之长度(mm)
P:单位面积的抱紧力。对锌合金一般取0.6-0.8kg/mm2 ,对铝合金一般取1.0-1.2kg/mm2,对铜合金一般取1.2-1.6kg/mm2.
μ:压铸合金对型芯的摩擦系数，一般取0.2-0.5。
а：型芯成形部分的拔模角。

例：
铝合金压铸件型芯直径40mm,长度60mm,拔模角1°，如下图，

摩擦系数取0.25，则拔模力P=

9。顶出销
CNSB3371中规定了顶出销的形状与尺寸，设计时可选用标准的尺寸。顶出销的直径的选择需考虑两件事：（1）顶出时是否会在铸件表面留下痕迹，（2）顶出销是否会发生挫曲。
（1）顶出时是否会在铸件表面留下痕迹
容许的顶出销前端最小截面积为：

其中A=顶出销前端截面积（mm2）
P=顶出销承受的总推力（kg）
n=顶出销数量
s=铸件的容许应力（kg/mm2）.铜 铝合金取5kg/mm2,锌合金取4kg/mm2,合金取3kg/mm2.
顶出销承受的总推力P相当于铸件的抱紧力，此一力量大小的计算可参考前述之拔模力计算。
例：
某镁合金铸件所需之总推力为5000（kg），使用10根顶出销则：
P=5000
n=10
s=3
所以顶出销前端截面积A=5000/（10×3）=167（mm2）
故顶出销直径至少为8（mm）.
(2)顶出销是否会发生挫曲（buckling）
将顶出销视为一端固定，另一端可滑动的柱，则其稳定性的大小可用下式来计算：

其中K：稳定安全倍数，钢取1.5-3。
n：稳定系数，其值取20.19。
E：杨氏模数，钢取2×106（kg/cm2）
I:顶出销最小截面积处之惯性矩（cm4）,对于圆形截面 （d=顶出销直径）。
P：顶出销承受之实际推力（kg）
L:顶出销之长度（mm）

10.角销
（1）角销斜角的选择
斜角а值一般在10°～25°间，а值愈小，所需要的开模力愈小，而可产生较大的拔模力，而角销所受的弯曲力也较小，开模行程长。所以小а值用于短型芯，而长型芯为了缩短开模距离用较大的а值。
（2）角销直径的估算
角销直径可使用下式估算

角销受力简图
其中d:角销直径(mm)
h：滑块端面至受力点的垂直距离(mm)
p:拔模力(kg)
例：
P=1300(kg).а=18,h=38(mm),则d=26.3(mm),取27(mm).
（4） 角销长度
角销长度建议用作图法来决定。（参见下图）
a.取滑块端面斜孔与角销外侧斜面接触外为A点。
b.自A点作与分模面相平行的直线AC，使AC=S（抽芯距离）。
c.自C点任垂直于AC线的BC线，交角销处侧面于B点。
d.AB线段的长度L′为角销有效工作段长度，
e.BC线段长度加上角销导引实部高度I，为角销抽芯结束时所需的最小开模距离 。

作图法求角销长度

11．压铸模具材料
压铸模具材料依使用地方大致可分为三类：
（1） 与熔汤接触处之零件：
为此构成模具之主要零部件，因应压铸制程之严苛环境及生产条件，用于此之材料需具备有：
•良好之切削性
•良好之高温强度 高温硬度 高温韧性 抗回火稳定性 高温耐磨性 抗热疲劳性
•良好淬硬性 热处理尺寸安定性
•良好之导热性
•热膨胀系数小
（2） 滑动配合零件：
•良好之耐磨性和适当的强度
•适当之淬硬透性和较小之热处理变形率
（3） 结构零件
•外模和紧固零件需有足够强度

工具钢种类很多，价格又贵，刚才的选择需考虑使用环境及经济因素。
下表为参考资料所列常用的材料。
预硬钢（FDAC，P20）只使用于量少的低温合金（锌，锡，铝）之压铸。热作工具钢（SKD61，H13）粗加工需在退火状态下为之，调质（淬火回火）后再做细加工。放电加工所产生之白层需磨除以避免模具寿命减短。优质热作工具钢（premium grade H13 or SKD61）因其均质性有姣好之寿命。