铝合金外壳压铸工装设计详解

本文首先对铝合金外壳的结构和压铸工艺进行了分析，利用UG软件完成了铝合金外壳压铸模具的设计。 实践证明，设计的压铸件合理，所得铸件表面光洁，产品质量符合要求。

铝合金后壳压铸件结构及工艺分析

• 1.1 压铸结构 从图1可以看出，后壳填料盖浇注结构比较简单，铸件壁厚基本均匀，有两个铸孔，但由于铸孔壁稍厚，热容易出现斑点，压铸件整体壁厚比较均匀。 在选择壁厚时，应考虑多种因素：压铸结构、材料特性和设计的压铸工艺。 只有薄壁或均匀壁厚才能满足所有方面。 要求。
• 1.2 铸件外缘的最小壁厚。 良好的铸件成形条件要求有一定的外缘壁厚。 边壁厚度s与深度h的关系为s≥(1/4～1/3)hmm。 当 h<4.5mm 时，则 s≥1.5mm。
• 1.3压铸材料压铸材料为压铸铝合金，牌号YZAlSi9Cu4，抗拉强度240MPa，布氏硬度85HBS，平均收缩率为0.6%。 所选合金具有良好的铸造性能，特别适用于压铸。
• 1.4 浇铸圆角半径为了使熔融金属流动更顺畅，更容易排出气体，结构设计为使用浇铸圆角，用圆角代替结构的尖角也可以避免产生裂纹。 设计结构的圆角半径取决于结构壁厚，范围一般为0.5～1mm。
• 1.5脱模斜度的选择应综合考虑铸件几何形状（深度、壁厚、型腔或型芯表面）、粗糙度、加工晶粒方向等多种因素进行选择。综合考虑以上因素，壳体脱模斜度的设计铸件：外表面α=30'，内表面β=1°。

压铸工艺参数设计

2.1压铸机的选择在选择压铸机时，首先要确定合模力。 锁模力有两个作用：一是用来平衡背压，达到锁紧分型面的目的； 二是防止熔融金属飞溅，达到达到目标尺寸精度的目的。 设计的铸件没有局部膨胀力，因为这种模具没有侧抽芯（压铸没有侧孔和咬边）。 因此，F lock ≥ KF main=1.25×1288.352=1610.44kN。 根据以上计算，得到锁模力的值和铸件的重量。 根据这两个主要因素来选择压铸机，最终选择的机型为：卧式冷室压铸机（2500kN）——J1125型，主要参数：

• ①最大金属浇注量———3.2Kg,
• ②模具厚度————250~650mm,
• ③动模座板行程————400mm,
• ④注射力—— —143~280kN。

2.2 压铸压力 压铸压力是压铸过程中的主要参数之一。 因此，掌握液态金属的压力变化具有重要意义。 压铸 并合理控制压铸过程各阶段的压力：

• ①获得合格铸件—— ——组织致密，轮廓清晰；
• ②比注射压力的初始计算——根据选定的注射力计算。 具体注射压力还与模具型腔空间、铸件壁厚、熔融金属工艺等因素有关。 结合设计模具的具体参数和初始值，最终将该压铸模具的注射比压力设定为90MPa。

2.3压铸速度压铸速度的选择有以下两个方面：注射速度选择和填充速度选择。 两种速度的选择非常重要，直接决定了铸件的内外质量和轮廓清晰度。 选择灌装速度时要考虑的因素：

• ①铸件尺寸，
• ②铸件结构的复杂性，
• ③铸件选用的合金种类，
• ④注射压力高低。

具体选择：

• ①较容易充填的铸件——壁厚简单或内在质量要求较高的铸件，选择：低速、高比压、大浇口；
• ②需要快速填充---复杂薄壁或表面质量要求较高的铸件，选择：高速、高比压。 综合考虑，根据该压铸件的具体特点——结构比较简单，选择中速，范围为20～90m/s。

2.4 压铸时间决定了压铸时间，它由所需时间三部分组成：填充时间、保压时间和压铸件在压铸模具中停留的时间。 几个因素共同产生了这个结果：压力、速度、温度、熔融金属特性，以及铸造结构（主要是壁厚和体积）和模具结构（特别是浇注系统和排水系统）等因素。 填充时间大多在0.01~0.2s之间。 长度由铸件的尺寸和结构的复杂程度决定：结构简单、体积大的铸件需要较长的充型时间； 结构更复杂、壁厚更小的铸件需要的时间很短。 经实际测试，填充时间设定在0.2s左右，对于本文设计的中小型铝合金压铸件来说是合理的。 保压时间的作用是：注射冲头有足够的时间对未凝固的金属施加压力，使结晶过程在压力下进行，增强了进料，成功地获得了致密的组织。 影响时间长短的因素：所选合金的熔点、结晶温度范围和铸件壁厚。 熔点高、范围大、壁厚大的铸件需要的时间长，2~3s； 设定时间过短会出现收缩现象，但延长保温时间无明显影响。 1～2s为一般保持时间范围。 本设计中铸件的平均壁厚为 3 毫米。 考虑其结构和合金性能，选择3s作为保温时间。 2.5 压铸温度 确保铸件合格的主要工艺参数——金属液的浇注温度和模具的工作温度。 影响它的因素很多：铸件的组织结构、壁厚、充型压力、速度、合金种类等。 需要综合考虑以上参数，确保压铸温度稳定在合理范围内，提供良好的充型条件。 如果浇注温度不在合理范围内，产品质量就会下降甚至不合格：

①浇注温度过高——会造成冷却时收缩过大，制品容易产生裂纹，晶粒较大，力学性能差，甚至造成粘模，降低模具寿命；

②浇注温度过低，造成冷障、表面花纹、浇注不足等缺陷。 为了得到合格的铸件，除了浇注温度、压力、压铸模温、充型速度和铸件选用的合金外，还应同时考虑。 压铸件由铝硅合金制成。 根据其流动性和模具特性，选择620℃作为压铸温度。

后壳压铸压铸结构设计

3.1 分型面的确定 该零件结构简单。 根据分型面选择原则，应选择最大的投影截面，如图2所示。

3.2 浇注系统的设计浇注系统由四部分组成：

• ①直跑者
• ②水平转轮
• ③内门，
• ④冷弹孔。

具体设计：

• ①整体式压力室——压力室与浇口套的连接方式；
• ②流道截面形状——平梯形；
• ③内门——环形侧门；
• ④侧浇口—布置在铸件分型面上；
• ⑤ 一模四腔，具体结构见图3。

3.3 溢流槽及排气系统设计 溢流槽进行结构设计，综合考虑各种因素选择截面形状为梯形（图4）。 合理的结构具有以下功能：

• ①改善模具的热平衡——调节模具各处的温度，减少铸件的流痕、冷障和浇注不足、传递缩孔、缩孔、涡旋夹带；
• ② 排气 腔内气体随排气槽快速排出；
• ③冷脏金属液的贮存——漆渣和气体的混合物。

3.4 顶出系统的设计在压铸过程中，完成一个完整的成型周期后，需要打开模具取出压铸件，在压铸件的侧面会发现包裹的压铸件冲头，需要移除。 此任务需要额外的一种顶片机制来执行。 顶出系统在模具结构设计中占有重要地位。 顶出系统由三个主要部分组成：

• ①弹出，
• ②复位
• ③引导。 本套模具采用两种顶出机构，分别用于浇注和浇口顶出。 顶针直径分别为6mm和8mm。

系统中设计限位装置：

• ①限位块，
• ②复位杠杆，提高机构复位精度，防止机构部件运动过程中行程超过极限。

3.5 成型件尺寸的计算

3.5.1 型腔和型芯尺寸：

3.5.2 计算中心距和位置尺寸： 式中：L——成型件中心距和位置的平均尺寸（mm）； L——压铸中心距和位置的平均尺寸（mm）。

3.6 冷却系统设计选用高效易控制的结晶器冷却方式——水冷，以获得优质铸件和长结晶器寿命。 水冷的冷却效果取决于在型腔内布置的冷却通道的布置：

• ①最高温度，
• ②热量更集中，
• ③在模具下，
• ④操作者对面。 为了提高输水软管的安装便利性，需要统一水道外径的几何尺寸。 其结构布置如图5所示。

3.7 压铸模具总装图制作后壳盖压铸模具总装图（图6）。 压铸模具由两部分组成：定模和动模。 定模是静止的，位于定模板上。 动模随随动板移动，位于随动模固定板上。 通过动模相对于动模的运动来闭合和打开模具。

①合模：两者闭合形成型腔，利用浇注系统在高压下用熔融金属填充型腔； ②开模：保压后两者分离，顶出机构完成将产品从型腔中顶出的任务。

本文使用UG软件对后盖零件进行建模，完成后盖零件的工艺分析、压铸工艺参数和模具结构设计。 型腔受到以下因素的限制：制造、工艺和生产效率等，综合考虑以上因素，确定为较为合理的单模四腔布局。 实际生产表明，压铸比压选择90MPa，压铸速度选择在20-90m/s范围内，浇铸时间0.2s，保压时间3s，压铸温度620℃，所得后壳闷盖表面光滑，符合产品质量要求。

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