电动机端盖模具设计.docx
- 文档编号:2398727
- 上传时间:2023-05-03
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:423.02KB
电动机端盖模具设计.docx
《电动机端盖模具设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电动机端盖模具设计.docx(24页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
电动机端盖模具设计
毕业设计(论文)
题目:
电动机端盖模具设计
学生:
陈明
指导老师:
王明杰
系别:
材料科学与工程系
专业:
材料科学与工程
班级:
材料科学0702
学号:
1607102205
2010年6月
福建工程学院本科毕业设计(论文)作者承诺保证书
本人郑重承诺:
本篇毕业设计(论文)的内容真实、可靠。
如果存在弄虚作假、抄袭的情况,本人愿承担全部责任。
学生签名:
年 月 日
福建工程学院本科毕业设计(论文)指导教师承诺保证书
本人郑重承诺:
我已按有关规定对本篇毕业设计(论文)的选题与内容进行了指导和审核,该同学的毕业设计(论文)中未发现弄虚作假、抄袭的现象,本人愿承担指导教师的相关责任。
指导教师签名:
年 月 日
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1选题的依据和意义1
1.2国内外压力铸造的发展动向1
1.2.1国内压力铸造的发展动向1
1.2.2.国外压力铸造的发展动向3
1.3研究或解决的问题4
2压铸件的结构5
3压铸件工艺性分析7
4机械加工余量8
5铸件线收缩及铸件尺寸公差9
6压铸模具的设计11
6.1确定成型腔数11
6.2分型面的选择11
6.3压铸机的选择12
6.3.1卧式冷室压铸机结构12
6.3.2.计算零件的投影面积12
6.3.3计算胀型力,锁型力,初选压铸机型号13
6.3.4计算浇入合金液的重量13
6.3.5压铸机的校核13
6.4浇注系统的设计14
6.4.1浇注位置的确定14
6.4.2内浇道的尺寸14
6.4.3横浇道的尺寸14
6.4.4直浇道尺寸15
6.4.5溢流槽的设计15
6.4.6浇注系统的二维视图16
6.5推杆尺寸计算16
6.6排气、冷却系统17
6.7模体设计17
6.7.1模体设计概述17
6.7.2模体尺寸17
6.7.3材料及热处理后硬度18
7模具的装配19
8结论20
致谢21
参考文献22
电动机端盖模具设计
摘要
本次设计的端盖压铸件为圆形端盖类零件。
最大外形尺寸为Ø64mm,内孔尺寸为Ø28mm,两侧有外加的半圆形。
铸件壁厚局部不均匀,材料为铝合金。
针对端盖压铸件结构及工艺要求,选择端盖口部大端面为动静模分型面。
为了使动、定模能够准确地动作,导向定位机构利用导柱与导套的配合。
各成形小孔由动静模型芯对接组成,顶出机构是推杆推出的一次脱出机构,浇注系统采用中心浇道。
本模具考虑到年产量、设备及铸件的精度要求,选择一模二腔结构,并且采用UG来实现铝壳体端盖模具的三维设计及成型零件设计。
关键词:
压铸模具;加工工艺分析;铝合金;端盖;CAD
TheMolddesignofMotorcover
Abstract
Thecoverdie-castingpieceinthisdesigniscircularcoverpart.ThemaximumshapedimensionisØ64mm,andtheinsideholedimensionisØ19mm,besides,bothsideshaveadditionalsemicircle.Thecastinghasapartlyuniformthickness,andismadeofaluminumalloy.
Accordingtothestructureandprocessrequirementofcoverdie-castingpiece,weselectthelargeendofcovermouthasthePartingsurfacebetweenthestaticanddynamicmodel.Inordertomakethestaticanddynamicmodelcanaccuratelymove,weusethecooperationoftheguide-postandguide-sleeveinorientedpositioningsystem.Theformingholesareformedbythecorebuttofthestaticanddynamicmodel,Theknockoutsusesonceejectingmechanismthatlifterpushesout.,andthegatingsystemadoptscenterrunner.
Takingintoaccounttheannualproduction,equipmentandtherequirementofaccuracy,weselectasecondcavitymode,anduseUGtoachievethethree-dimensionaldesignandmoldingpartsdesignofaluminumshellcovermold.
Keywords:
die-castingmould;processingtechnologyanalysis;aluminiumalloy;cover;CAD
1绪论
1.1选题的依据和意义
压力铸造工艺的诸多特点,使其在提高有色金属合金铸件的精度水平、生产效率、表面质量等方面显示出了巨大优势。
随着汽车、摩托车等工业的发展,以及提高压铸件质量、节省能耗、降低污染等设计要求的实现,有色金属合金压铸件、特别是轻合金(铝及镁合金)压铸件的应用范围在快速扩张。
有资料表明:
工业发达国家用铝合金及镁合金铸件代替钢铁铸件正在成为重要的发展趋势。
目前压铸已成为汽车用铝合金成形过程中应用最广泛的工艺之一,在各种汽车成型工艺方法中占49%。
汽车、摩托车以及汽车附件的消耗需求,为压铸件生产提供了一个广阔市场,压铸铝合金在汽车上的应用将不断扩大。
为了适应市场需求,压力铸造要快速发展。
20世纪90年代以来,中国有色金属压铸工业在取得令人惊叹发展的同时,已成为一个新兴产业。
现全国共有有色金属压铸企业3000家左右,压铸件产量从1995年的26.6万t上升到2005年的87万t,年均递增率为12.58%,其中铝合金压铸件占所有压铸件产量的3/4以上。
随着技术水平和产品开发能力的提高,铝合金压铸产品的种类和应用领域在不断扩宽,其合金种类、压铸设备、压铸模具和压铸工艺都发生了巨大的变化。
因此学习压力铸造是非常重要对现实也是非常有意义的。
1.2国内外压力铸造的发展动向
1.2.1国内压力铸造的发展动向
(1)压铸机
20世纪40年代中、后期,只有少数工厂从事压铸件生产,分散在有一定工业基础的大城市,各家工厂的压铸设备拥有量都很少,而且主要是小型压铸机,其中热室机和冷室机都有。
压铸材料以锌合金为主,有少量铝合金、铜合金。
20世纪50年代,基础工业兴起,一大批大型企业、工厂相继建立,重点工厂大多数都有压铸生产,压铸机全部进口,较多是捷克(斯洛伐克)和前苏联的,少量是民主德国的’。
一的工厂配备2~5台压铸机,最多的也不超过10台;压铸材料以铝合金为主,锌合金次之,少量铜合金和镁合金;压铸模由各个工厂的模具车间自行制造,专业的压铸模制造厂尚未形成;1956年起,已经有了我国设计制造的压铸机,型号规格很少,少量供应市场,个别工厂还自制500kN级与1000kN级的压铸机供本厂使用。
20世纪60年代起,压铸工业有了较大的发展。
根据1991年的统计一,压铸件生产的厂点已经达到752家,遍布全国各个省市和地区,服务于工业、科技、教学等系统和领域,形成为具有相当规模的行业
[1]。
当时,全国压铸机的拥有量为3434台,其中国产机2880台,占84%,进口机554台,占16%。
近10余年内,以珠三角(广东一带)、长三角(苏浙沪一带)以及正在起步的环渤海等地域为特征,加上东北老工业基地的重建和川渝陕新兴的西部地区,压铸件生产厂家就像雨后春笋似的拔地而起,使得对企业(厂家)数量和压铸机的拥有量统计难度较大,精确的数字缺乏。
若仅以压铸件产量来说,按1991年16.5万t作为基数,至2009年达到148万t,增长了8倍,在此期间,每年都有8%~16%的增长率[2]。
(2)压铸模具
近年来,随着我国制造业,特别是汽车工业的迅速发展,铸件市场需求大幅上扬,带动了铸造模具制造业的兴旺,生产总量在冲模、塑料模之后排列第三的铸造模具约占我国模具总量的8%,年销售额约80亿元。
由于市场对大型、复杂、高品质、高性能铸件的要求,带动我国铸造模具在生产规模和制造质量以及其技术水平的提升,逐步形成了门类齐全、配套完善和分布广泛的产业结构。
根据中国模具工业协会经营管理委员会编制的《全国模具专业厂基本情况》统计,近4年来铸造模具每年平均增长速度高达24%[3]。
总体来说,中、小型铸造模具的制作完全可满足国内的需求,大型、复杂、精密的铸造模具依赖进口的状况得到较大改善;中、低档模具供大于求,大型且要求高的铸造模依然进口不少(主要进口国是日本、韩国、德国、意大利、美国);可喜的是国内使用的大型、复杂的铸造模具已从原先大量引进到目前国产替代,并有少量出口,且出口量遂年递增。
现代模具行业是技术、资金密集型的行业。
近年来,我国模具行业结构调整步伐加快,主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度,塑料模、压铸模比例增大,面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快,“三资”及民营企业的发展很快。
据国家统计局统计,截至2006年底,中国模具制造业规模以上企业1314家,从业人员244155人;全年完成工业总产值555.61亿元,实现销售收入和利润分别为539.58亿元和46.75亿元,出口10亿美元,进口14.7美元。
如果加上未统计的小型模具企业,估计我国现有的模具生产厂超过2万家,总从业人员在52万人左右。
压铸模的企业,一般兼作其它模具。
全国铸造模具生产企业,大体可以分成以下几类:
第一类为铸造模具专业厂,包括合资和独资企业,这些厂设备先进、技术优良,是铸造模具行业的主力。
第二类是铸造专业厂的模具车间。
第三类是近年来发展迅速的私营和民营模具厂,规模不大,数量众多,各有分工,分布在江浙、广东一带,部分厂已经具备了一定的实力。
第四类是兼做铸造模具的其它一些模具厂。
总之,铸造模具生产企业呈多元化,并向高水平发得显著的经济效益
[4]。
(3)压铸模具材料
制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。
目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主,常用的模具工作部件材料的种类有:
碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。
在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等,优点为加工性能好,价格便宜。
但淬透性和红硬性差,热处理变形大,承载能力较低。
低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。
与碳素工具钢相比,减少了淬火变形和开裂倾向,提高了钢的淬透性,耐磨性亦较好。
用于制造模具的低合金钢有担任着不可替代的角色。
因此,压铸工业的发展在很大程度上是以汽车工业为依托;也可以说,压铸工业则是汽车工业的重要的支撑工业之一。
CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等[5]。
(4)压铸应用软件和铸件应用范围
压铸件的应用范围很广,几乎涉及所有工业门类,而在应用中,若以数量之大,品种之多,要求之严,品质之高以及金属材料用量之大等多方面综合而言,则应以汽车工业为最。
在世界汽车工业的发展史上,各种零部件的设计和应用过程中,压铸零件的采用则是重大的研究。
课题之一,说明压铸工业在这方面担任着不可替代的角色。
因此,压铸工业的发展在很大程度上是以汽车工业为依托;也可以说,压铸工业则是汽车工业的重要的支撑工业之一[6]。
模具企业应用的软件主要有CAD/CAM/CAE,在我国压铸应用软件起步比较晚,技术还没有普及。
1.2.2.国外压力铸造的发展动向
压铸生产和压铸技术在工业发达国家中作为一个工业门类而称为压铸工业。
该工业随着整个工业体系的发展和现代科学技术的进步而飞速前进。
工业发达国家十分重视压铸工业的先进技术的研究与开发工作。
北美压铸协会研究开发委员会在1992年发起研究课题项目以来,到1995年,参与研究与开发工作的国家、研究机构、企业和。
大学日益增多。
研究的课题项目涉及压铸的所有各个方面,这些研究在世界上都属于高水平、第一流的
[7]。
研究者都表现出高度的负责精神和极大的热情,愿意为促进压铸工业的发展站在最前列。
一个国际性的压铸工业联合发展行动已经形成。
计算机技术在压铸上的应用方面已开发的项目有:
产品的辅助设计和快速原型制造、模具的辅助设计与制造、辅助管理、辅助工程和模拟。
目前开发和讨论较多的是计算机模拟技术,模拟的对象包括:
慢压射速度对压室内的金属流的影响、浇口设计和尺寸预示铸件质量、填充过程的流动与热分析、凝固过程、型腔内气体的影响、模具型腔失效起因、模具整体挠曲变形、预示铸件缺陷(几乎是任何类型的缺陷)等。
下面仅以一个实例来展示计算机技术的应用效果。
该铸件原为灰铸铁件,现改为压铸件。
计算机辅助工作分为辅助设计模具和模拟流动与热分析。
辅助设计的内容有:
几何形状设计、冷却水道设置、浇口和溢流系统。
模拟的连续填充和热分析是用摘出的记录图片来说明(图片顺序依次为):
连续填充(从“料饼”、浇口、型腔至溢流槽)、超过填充时间会产生冷隔的部位、型腔内局部填充速度过高出现雾化并粘附型芯、凝固过程、热节部位未得到压实、不同部位(点)的温度2时间曲线(型腔和铸件)、填充完毕12s后测得模具型腔最高温度处为205℃、57s后取出铸件而模温下降、喷酒润滑剂后模温继续下降。
所有彩色图像(图片)清晰明了、令人信服。
综上所述,国外压铸的发展是包含许多方面和全方位的。
我国压铸已经有了良好的基础,今后,瞄准国外的先进技术、学习国外的经验,缩短差距,为提高我国压铸的生产水平和推动技术进步,则是国内压铸业界和同仁共同努力的目标。
1.3研究或解决的问题
在分析端盖零件压铸工艺的基础上,论述了压铸模的设计要点,利用UG软件强大的三维造型功能,使用UG建模模块中的旋转,阵列,倒圆等实体特征。
构造出端盖的三维数据模型,并完成了端盖的压铸模设计缩短了模具的设计和制造时间,增加了市场竞争力。
同时应考虑到该压铸件内部结构较为复杂,壁厚薄不均,且薄壁上有孔洞,要求脱模时候,防止表面、特别是底部产生裂纹,推杆顶出时候受力要均匀,加工支承面应平整无毛刺、气泡和铸造残留物。
铸件底面厚度小,在模具设计时应充分考虑分型面和浇注系统。
2压铸件的结构
端盖是汽车零件的一个重要零部件,其外壳大多采用铝合金压铸成形。
其结构如图所示。
图2-1铸件的结构图
图2-2铸件的三维图
该压铸件基本形状为圆形端盖类零件,最大外形尺寸Ø64mm,上内孔尺寸为Ø19mm,下内孔尺Ø34mm,圆环边缘有三个圆形孔,两侧有加宽的半圆尺寸为Ø15mm。
铸件的平均壁厚为5mm,
但也有局部不均匀。
3压铸件工艺性分析
本铸件的材料为zl108,其抗拉强度为195MPa;硬度为HBS85,具有较高的室温和高温力学性能,耐热性好,其铸造工艺性能优良,无热裂倾向,气密性高,线收缩小,但有较大的吸气倾向,但切削加工性较差。
(1)出模斜度:
出模斜度的大小与铸件几何形状,高度或深度,壁厚及型腔或型芯表面状态等有关,在允许范围内宜采用较大的出模斜度,以减小所需要的推出力或抽芯力。
对于铝合金,配合面的最小出模度外表面a=0°15′,内表面b=0°30′,非配合面的最小出模斜度外表面a=0°30′,内表面b=1°。
(2)压铸孔:
压铸件上的孔应尽量铸出,这不仅使壁厚尽量均匀,减少热节,节省金属材料,而且减少机加工工时。
压铸工艺的特点之一是能直接铸出细而深的小孔,《压铸技术手册》表4-6铸件中的6个通孔均符合压铸要求,但由于分型面的选择,使直径为5.5mm的孔不能铸出,所以应先铸出3.5mm的通孔,然后加工。
(3)铸造圆角等:
铸造圆角可使金属液流畅,气体容易排出,可避免因锐角而产生裂纹,因此在模具的拐角处应采用铸造圆角。
4机械加工余量
由于压铸的特点是快速凝固,因此铸件表面形成细晶粒的致密层,具有较高的机械性能,尽量不要加工去掉。
过大的加工余量会暴露不够致密的内部组织。
但是,某些部位还是应该进行机械加工。
如装配表面、装配孔、成型困难没有铸出的一些形状如此压铸件的侧向螺纹孔、侧向小孔,去除内浇口、溢流口后的多余部分等。
影响铸件加工余量主要是几个装配孔,参考《铸造技术手册》表4-13推荐的加工余量选择,孔按直径确定。
直径为3.5mm的加工余量为0.05mm,直径为11mm的加工余量为0.15mm,直径为34mm的加工余量为0.25mm。
5铸件线收缩及铸件尺寸公差
铸件的原材料为ZL108,参考《铸造技术手册》表4-11取阻碍收缩为0.4%,自由收缩为0.8%。
参考《铸造技术手册》表4-15GB6414-86,选择铝合金端盖的压铸公差为CT=6。
再由表4-15GB6414-86,选取公差数值[8]。
图5-1铸件的前视图
图5-2铸件的俯视图
自由收缩:
(mm)
1.7.5*(1+0.008)=7.6±0.522.51*(1+0.008)=51.4±0.70
3.49*(1+0.008)=49.4±0.704.44.5*(1+0.008)=44.9±0.70
5.38*(1+0.008)=38.3±0.646.26*(1+0.008)=26.2±0.64
7.48*(1+0.008)=48.4±0.708.5*(1+0.008)=5.0±0.48
9.7*(1+0.008)=7.1±0.5210.5*(1+0.008)=5.0±0.48
11.6*(1+0.008)=6.0±0.4812.7*(1+0.008)=7.1±0.52
13.8*(1+0.008)=8.1±0.5214.10*(1+0.008)=10.1±0.52
受阻收缩:
(mm)
(1)19*(1+0.004)=19.1±0.58
(2)3.5*(1+0.004)=3.5±0.40
(3)5.5*(1+0.004)=5.5±0.48(4)11*(1+0.004)=11.0±0.54
(5)34*(1+0.004)=34.1±0.64
6压铸模具的设计
6.1确定成型腔数
考虑到零件尺寸大小适中,在分型面上的投影面积也比较适中,本设计采用一模二腔的成型方法。
6.2分型面的选择
分型面是指压铸模具动模和定模的结合表面,模具一般只有一个分型面[9]-[10]。
在选择分型面时有以下几个要点。
(1)有利于浇注系统的布置;
(2)有利于型腔深度的减小,在设计高度低一点的盘、盖、环类零件压铸模时,原则上要选择投影面积最大的端面为分型面。
这样不但模具的厚度小、结构简单、加工制作方便,而且有利于模具上涂料的金属液的填充、排气,同时还有利于推杆机构将压铸件推出。
(3)有利于脱模,铸件在开模后留在动模部分内这样才能便于脱模。
(4)有利于压铸件精度的提高。
分型面确定对于压型结构的复杂程度和加工制造是否方便,以及铸件质量有很大的影响,为了方便取出铸件,分型面取在铸件的最大的截面上,且在开型时,应使铸件留在动型内。
最大截面图中有两个,选择在D处,如果使上部份做定模,下部份做动模,在动模上则会出现圆柱上大下小,不能脱模,如果动定模相反,定模开模时不易取出;选择在C处,上部份做动模下部份做定模就不会出现这种情况,并且结构简单,动、定模行腔错位对铸件影响较小,所以分型面如图黄线C所示,有利于脱模并能保证制品质量。
图6-1铸件的二维图
6.3压铸机的选择
6.3.1卧式冷室压铸机结构
卧式冷室压铸机基本组成如图6-2所示[11]。
图6-2卧式冷室压铸机
1—增压器;2—蓄能器;3—压射缸;4—压射冲头;5—压室;6—定座板;7—拉杆;8—动座板;9—顶出缸;10—曲肘机构;11—支承座板;12—模具高度;13—合模缸;14—机体;15—控制柜;16—电机及泵
6.3.2.计算零件的投影面积
A1=3.14*(642/4+7.52)*2=6784mm2
浇道系统的投影面积A2=(0.15~0.30)A1选0.2
A2=0.2*6784=1357mm2
余料的投影面积A3=3.14*d2/4
选压室直径d为Ø40mm(即冲头直径Ø40mm)
则A3=3.14*402/4=1256mm2
排溢系统A4=(0.1~0.2)A1选0.13
则A4=0.13*6784=882mm2
纵投影面积A=A1+A2+A3+A4
=6784+1357+1256+882
10279mm2
6.3.3计算胀型力,锁型力,初选压铸机型号
铸件是一般铸件,选曾压比Pb=40N/mm2
F胀=40*10279=411.16kN
F锁=F胀/k=411.16/0.85=483.7KN
所以可初选用锁型力为630KN的J116E型压铸机[12]。
6.3.4计算浇入合金液的重量
铸件净重G1=50*2=100g,查表[13]铝合金的液态密度为p=2.5g/cm3
浇道的重量G2=V2p=13.74*0.8*2.5=27.1
预料G3设余料厚度为30mm
G3=V3p=12.56*3.0*2.5=94.2g
排溢系统G4设溢流槽的深度为4mm
G4=V4p=8.82*0.4*2.5=8.8g
浇入合金的总量G=G1+G2+G3+G4=100+27.1+94.2+8.8=230.1g
6.3.5压铸机的校核
选J116E时,冲头直径Ø40mm的浇注量为0.5Kg
充满度Ø=230.1/500*100/100=46%
通常要求充满度在40%~75%范围[14],所以充满度符合要求。
压住模具的厚度H为225mm,Hmin+10mm≤H≤Hmax-10mm也就是(150+10)mm≤225mm≤(350-10)mm,所以模具的厚度符合要求。
压铸机开模后,应使压铸机动模座板行程(L)大于或等于能取出铸件的最小距离L取,由于动模座板行程L为240mm,取出铸件的最小距离L取≥L芯+L件+kL芯为型芯的距离,L件为铸件的距离,K一般取10mm
L取≥17mm+17mm+10mm=44mm,因为240mm≥44mm,所以也符合要求
因此以上选J116E符合要求。
它的参数是:
最大金属浇注量0.5kg铝,压铸模厚度150mm-350mm,动模座板行程240mm,合模力为630KG,压射力为90KG,顶出力为52KG,压室直径35,45mm,顶出行程60mm,动模板尺寸480*480mm,机器重量3500KG。
6.4浇注系统的设计
6.4.1浇注位置的确定
铸件中心有型芯,所以不宜采用中心浇注,易采用侧面浇注,浇注位置选在最大环形圆柱面得中点位置[15]。
浇注
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电动机 模具设计