第十二章壓鑄模設計第一節壓鑄機選用

第二節分型面設計

第三節澆注系統和排溢系統的設計

第四節成形零件結構設計

第三篇壓鑄模設計基礎壓鑄模壓鑄模壓鑄模壓鑄模壓鑄模壓鑄模壓鑄模壓鑄模第一節壓鑄機選用一、基于鎖模力選用壓鑄機

二、以壓射能量為基礎優選壓鑄機

三、壓室容量的估算

四、模具厚度與動模座板行程的核算第十二章壓鑄模設計

選用壓鑄機時，除計算鎖模力、安裝尺寸和射壓重量外，最重要的還有壓鑄機和壓鑄模之間的壓射能量供需關系。一、基于鎖模力選用壓鑄機

鎖模力的作用主要是為了克服壓鑄時有關的脹型力，以鎖緊模具的分型面，防止分型面處在壓鑄時產生金屬飛濺，保證鑄件尺寸精度。壓鑄機鎖模力F鎖的計算公式為F鎖≥K(F主+F分)式中K——安全系數

F主——主脹型力F分——分脹型力第一節壓鑄機選用壓鑄模主脹型力的計算一、基于鎖模力選用壓鑄機主脹型力和分脹型力的計算見表12-1。F主=Ap/10斜銷抽芯一、基于鎖模力選用壓鑄機壓鑄模采用斜銷抽芯機構時的分脹型力的計算

F分=∑(A芯ptanα/10)斜滑塊抽芯一、基于鎖模力選用壓鑄機壓鑄模采用斜滑塊抽芯機構時的分脹型力的計算

F分=∑(A芯ptanα/10)液壓抽芯一、基于鎖模力選用壓鑄機壓鑄模采用液壓抽芯機構時的分脹型力的計算

F分=∑(A芯ptanα/10)-F抽根據鎖模力選用壓鑄機是最常用的方法，但對于一些大型零件、安全件以及高質量要求的零件，僅靠鎖模力一項不足以保證滿足要求，還必須以壓射能量為基礎優選壓鑄機。一、基于鎖模力選用壓鑄機二、以壓射能量為基礎優選壓鑄機1.壓鑄機的特性——ｐ-Q2圖

壓鑄機的特性可用ｐ-Q2圖中的曲線來表示，如圖所示。P為壓射比壓，Q是最大金屬液流量。這條線是壓鑄機最大能力狀態下的工作曲線，一般是通過實測獲得。第一節壓鑄機選用

ｐ-Q2圖

2.壓鑄機的選用ｐ-Q2圖表明了壓鑄機的特性，說明了其所能提供的壓射能量。根據鑄件工藝的要求，壓鑄需要一定的壓鑄能量。因此，可以根據這兩種能量供需關系的比較選擇合適的壓鑄機。圖示為一壓鑄機的ｐ-Q2圖，其中ML線為壓鑄機的特性曲線，DL線為模具需要的壓力-流量曲線。二、以壓射能量為基礎優選壓鑄機壓鑄機ｐ-Q2圖二、以壓射能量為基礎優選壓鑄機從ｐ-Q2圖中求得交點E的流量QE，若QE值大于工藝所需的流量值，則說明壓鑄機的能量可以滿足澆注系統的要求；反之，則說明壓鑄機不能滿足要求，只有通過調整壓鑄件參數（液壓系統的工作壓力、速度調節閥的開啟程度、選用不同直徑的壓射沖頭）、更換壓鑄機、改變模具型腔等措施來滿足生產的需要。壓鑄機ｐ-Q2圖第一節壓鑄機選用三、壓室容量的估算

壓鑄機初步選定后，壓射比壓和壓室的尺寸也相應得到初定，接下來還需要進一步核算壓室容量是否滿足每次金屬液澆注量的要求。壓室容量的校核公式為G室=(D2LρK)×1000>G澆式中G室——壓室容量G澆——每次澆注重量

D——壓室直徑

L——壓室長度

ρ——液態合金密度

K——壓室充滿度，一般為60%～80%四、模具厚度與動模座板行程的核算為了使壓鑄機合模時能鎖緊模具的分型面，開模后能方便地從分型面間取出鑄件，必須對模具厚度和動模座板行程進行核算。1.模具厚度核算如圖所示，調整合模機構的位置，可適應所設計的模具厚度，但不應超過說明書中規定的調整范圍。

第一節壓鑄機選用壓鑄機合模機構與模具厚度壓鑄機合模機構與模具厚度四、模具厚度與動模座板行程的核算模具厚度需滿足以下公式Hmin+10≤H設≤Hmax-10式中Hmin——模具厚度H設

——說明書中給定的模具最小厚度

Hmax——說明書中給定的模具最大厚度

第一節壓鑄機選用

2.動模座板行程的核算

動模座板行程是指壓鑄模開模后分型面之間的最大距離。設計模具時，根據鑄件形狀、澆注系統和模具結構核算是否能滿足取出鑄件的要求，應該符合下列條件：L取≤L行式中L取——開模后分型面之間能取出鑄件的最小距離L行——動模座板行程第二節分型面設計第十二章壓鑄模設計

分型面是指壓鑄模動模和定模的結合表面。它與壓鑄機的形狀和尺寸，以及壓鑄件在壓鑄模中的位置和方向密切相關。同一壓鑄件因為分型面位置的不同，就可能設計出結構完全不同的壓鑄模。一、分型面的類型

二、分型面的選擇原則一、分型面的類型

壓鑄件通常只有一個分型面，稱為單分型面，如圖所示。第二節分型面設計單一分型面平直分型面傾斜分型面折線分型面曲線分型面雙分型面

對于某些壓鑄件，由于結構的特殊性，以及為了使模具更好地適應壓鑄生產的工藝要求，往往需要增設一個或兩個輔助分型面，稱為多分型面，如圖所示。一、分型面的類型二、分型面的選擇原則分型面的選擇對決定模具的結構和鑄件的質量都有很大的影響。壓鑄模分型面的選擇原則與注射模基本相同，一般應遵循以下原則：1)開模后鑄件應保證留在動模內，以便頂出，故鑄件的包緊力較大的部分應放在動模，如圖所示。

第二節分型面設計分型面選擇實例不合理

合理

分型面選擇實例2)分型面應避免影響鑄件的尺寸精度。鑄件尺寸精度要求高的部位應設置在同一半型內；另外，考慮到鑄件的外觀要求，如圖所示的零件，表面不允許留有鑄造斜度，為了減少鑄件的機械加工量時，選用Ⅱ－Ⅱ分型面；鑄件外圓不允許有分型痕跡時，則應選取為Ⅰ－Ⅰ分型面。二、分型面的選擇原則二、分型面的選擇原則分型面選擇實例不合理

合理

如圖所示的零件，選擇鑄件機械加工面為分型面，容易控制鑄件尺寸精度和去除飛邊。分型面應滿足澆注系統的合理布置二、分型面的選擇原則3)分型面應有利于澆注系統、溢流系統和排氣系統的布置。如圖所示的零件，鑄件適合設置為環形和半環形澆注系統，Ⅰ－Ⅰ分型面比Ⅱ－Ⅱ分型面更能滿足鑄件的鑄造工藝要求。二、分型面的選擇原則分型面應有利于溢流排氣系統設置不合理

合理

如圖所示的零件，圖b方案比圖a方案更有利于溢流槽和排氣槽的布置。分型面應有利于簡化模具結構二、分型面的選擇原則4)分型面有利于簡化壓鑄模結構。如圖所示的零件，選用Ⅰ－Ⅰ分型面需要兩個抽芯，而選用Ⅱ－Ⅱ分型面無需抽芯機構，模具更為簡單。第三節澆注系統和排溢系統的設計一、澆注系統的組成和分類

二、直澆道設計

三、橫澆道

四、內澆口設計

五、溢流槽和排氣槽的設計第十二章壓鑄模設計澆注系統引導金屬液以一定的方式充填型腔，對金屬液的流動方向、壓力傳遞、填充速度、排氣條件、模具的熱平衡，都能起控制和調節作用，是決定壓鑄件內部質量的主要因素，對生產效率、模具壽命、壓鑄件的清理都有很大的影響。各種類型壓鑄機澆注系統的結構

ａ)立式冷室壓鑄機澆注系統ｂ)臥式冷室壓鑄機澆注系統

ｃ)熱室壓鑄機ｄ)全立式壓鑄機

1-直澆道2-橫澆道3-內澆口4-余料一、澆注系統的組成和分類

澆注系統主要由直澆道、橫澆道、內澆口以及余料組成。各種類型壓鑄機所采用的澆注系統結構如圖所示。第三節澆注系統和排溢系統的設計澆注系統按金屬液進入型腔的部位和內澆口的現狀，大小可分為以下幾種類型：側澆口、中心澆口、頂澆口、環形澆口、縫隙澆口和點澆口等，如圖所示。一、澆注系統的組成和分類

澆注系統形式點澆口縫隙澆口環形澆口頂澆口中心澆口側澆口臥式冷室壓鑄機的直澆道結構第三節澆注系統和排溢系統的設計二、直澆道設計直澆道的結構因壓鑄機的類型不同而不同。

(1)臥式冷室壓鑄機的直澆道結構

其直澆道一般由壓鑄機上的壓室和壓鑄模上的澆口套組成，在直澆道上的這一段，稱為余料，其結構如圖所示。

壓室和澆口套可制成整體，也可分別制造。臥式冷室壓鑄機的直澆道設計要點：1)根據鑄件所需的壓射比壓和壓室充滿度確定壓室和澆口套的直徑D。2)直澆道厚度一般為壓室直徑的1/2～1/3，為便于直澆道脫模，設有1°30′～2°的斜度。3)橫澆道入口應開設在壓室上方，避免金屬液在這里進入橫澆道，提前開始凝固。(1)臥式冷室壓鑄機的直澆道結構臥式冷室壓鑄的機直澆道結構二、直澆道設計

(2)熱室壓鑄機的直澆道結構

其直澆道一般由壓鑄機上的噴嘴和壓鑄模上的澆口套、分流錐組成，如圖所示。熱室壓鑄機的直澆道結構熱室壓鑄機的直澆道設計要點：1)根據鑄件的結構和質量等要求，選擇壓室、噴嘴和澆口套1的尺寸。

2)直澆道中心設有較長的分流錐2，以調整直澆道的截面積，改變金屬液的流向，減少金屬消耗量。

3)為適應高效率熱室壓鑄件生產的需要，一般在澆口套和分流錐內部布置冷卻系統3，如圖所示。(2)熱室壓鑄機的直澆道結構在澆口套和分流錐中設置冷卻水道

1—澆道套2—分流錐3—冷卻水套第三節澆注系統和排溢系統的設計三、橫澆道橫澆道是連接直澆道和內澆口的通道，對金屬液起穩流及導向作用，減小金屬液的流動阻力，防止渦流卷氣。

(1)橫澆道的設計要點1)為了減少金屬液的流動阻力，橫澆道截面積不宜突然收縮和擴張；橫澆道的截面積應從直澆道到內澆口逐漸縮小，否則，金屬液流過時會出現負壓，會吸收分型面上的空氣，會產生渦流。

2)橫澆道應具有一定的厚度和長度。過薄，熱量損失大；過厚，冷卻速度慢，影響生產率，增大金屬消耗。保持一定的長度有利于金屬液的穩流和導向。(1)橫澆道的設計要點3)橫澆道截面積在任何情況下都不應小于內澆口截面積。多型腔的主橫澆道截面積應大于各分支橫澆道截面積之和。

4)對于臥式冷室壓鑄機，在一般情況下，橫澆道應處于直澆道(余料)的正上方或側上方，以防止壓室中的金屬液過早流入橫澆道。

(2)橫澆道的尺寸與形狀橫澆道的截面形狀一般根據鑄件的結構特點而定，一般以扁梯形為主，特殊情況下采用雙扁梯形、長梯形、窄梯形、圓形或半圓形，其尺寸選擇見表12-3所示。

表12-3橫澆道尺寸的選擇(2)橫澆道的尺寸與形狀截?面?形?狀計?算?公?式說明

Ar=(3～4)Ag(冷室壓鑄機）Ar=(2～3)Ag（熱室壓鑄機）

D=(5～8)T（臥式冷室壓鑄機）

d=(8～10)T（立式冷室壓鑄機和熱室壓鑄機）

α=10°～5°

W=Aτh/D+Dtanα

r=2～3mmAg--內澆口截面積（m）

Aτ--橫澆道截面積（m）

D---橫澆道深度（mm）

T---內澆口厚度（mm）

α--出模斜度（°）

W---橫澆道寬度（mm）

r---圓角半徑（mm）第三節澆注系統和排溢系統的設計四、內澆口設計

內澆道的作用是根據壓鑄件的結構、形狀和大小，以最佳流動狀態將金屬液引入型腔而獲得優質鑄件。內澆口的設計主要是確定內澆口的位置、方向和尺寸。

(1)內澆口位置的選擇1)使金屬液從厚壁處向薄壁處填充。

2)金屬液進入型腔后不宜正面沖擊型芯，以減少動能損耗，并導致沖擊部位因受侵蝕而產生粘模現象。

3)選擇內澆口位置時，應使金屬液流程盡可能短。

4)內澆口盡可能以單道為主；采用多股內澆道時，應與溢流槽、排氣槽等相配合，避免金屬液相互沖擊，產生渦流、卷氣和氧化夾渣等缺陷。(1)內澆口位置的選擇5)根據壓鑄件的技術要求，凡精度要求較高、表面粗糙度值較小且不加工的部位，不宜布置內澆道。

6)澆口位置應便于切除。

(2)內澆口尺寸的確定內澆口的厚度、寬度和長度按表12-4和表12-5的經驗數據選取。鑄件壁厚(mm)0.6～1.5>1.5～3>3～6>6合金種類復雜件簡單件復雜件簡單件復雜件簡單件為鑄件壁厚(%)內澆口厚度鉛、錫0.4～0.80.4～1.00.6～1.20.8～1.51.0～2.01.5～2.020～40鋅0.4～0.80.4～1.00.6～1.20.8～1.51.0～2.01.5～2.020～40鋁、鎂0.6～1.00.6～1.20.8～1.51.0～1.81.5～2.51.8～3.040～60銅—0.8～1.21.0～1.81.0～1.21.8～3.02.0～4.040～60表12-4內澆口厚度的經驗數據(單位：mm)表12-5內澆口寬度和長度的經驗數據內澆口進口部位

鑄件形狀內澆口寬度說明矩形板件鑄件邊長的60%～80%指從鑄件中軸線處側向注入，如離軸線一側的端澆口或點澆口則不受此限圓形板件鑄件外徑的40%～60%內澆口以割線注入圓環件圓筒件鑄件外徑和內徑的25%～30%內澆口以切線注入方框件鑄件邊長的60%～80%內澆口以側壁注入(2)內澆口尺寸的確定(3)內澆口截面積的計算

影響內澆口截面積的因素眾多，在實際生產中一般結合具體情況，按經驗選用。表12-7充填時間推薦值鑄件平均壁厚b/mm型腔充填時間/s鑄件平均壁厚b/mm型腔充填時間/s1.50.01～0.033.00.05～0.101.80.02～0.043.80.05～0.122.00.02～0.065.00.06～0.202.30.03～0.076.40.08～0.202.50.04～0.06(3)內澆口截面積的計算合金種類鋁合金鋅合金鎂合金黃銅充填速度m/s20～6030～5040～9020～50表12-6充填速度推薦值充填速度和充填時間按表12-6和表12-7經驗值選用。第三節澆注系統和排溢系統的設計五、溢流槽和排氣槽的設計溢流槽和排氣槽主要用于液態金屬充型過程中氣體的排出和容納夾雜物和冷污金屬。1.溢流槽的設計溢流槽是最先流入型腔的金屬流程的末端，是容納冷污金屬的地方。其作用主要表現在一些幾方面：1)容納最先進入型腔混有氣體、氧化物殘渣的冷污金屬液，與排氣槽配合，迅速排除型腔內的氣體。2)控制金屬液的充填形態，防止局部產生渦流。3)轉移縮松、縮孔、渦流裹氣和產生冷隔的部位。

4)調節模具各部分的溫度，改善模具的熱平衡狀態，減少鑄件流痕、冷隔和澆不足的現象。5)作為鑄件出型時推桿頂出的位置，防止鑄件變形或在鑄件表面留有推桿痕跡。

6)對分別處于動、定模型腔內的鑄件，在包緊力相等時，防止鑄件包緊在定模內，可在動模內設置溢流槽，以增大動模的包緊力，使鑄件在開模時留在動模內。1.溢流槽的設計溢流槽設計實例(1)溢流槽的設計要點1)溢流槽應開設在金屬液最先沖擊的部位和內澆口兩側，如圖所示。1.溢流槽的設計溢流槽設計實例(1)溢流槽的設計要點2)溢流槽應開設在金屬液進入型腔背面，兩股金屬液相匯合的部位，如圖所示。(1)溢流槽的設計要點3)溢流槽應開設在受金屬液沖擊的型芯背面，兩股金屬流相匯合的部位。4)金屬液最后充填的部位，如內澆口兩側。5)設置溢流槽時要防止金屬液倒流，如圖所示。溢流槽設計實例

1—溢流槽2—鑄件3—連接筋錯誤正確

(2)溢流槽截面形狀及尺寸溢流槽的作用取決于其位置、形狀和尺寸。溢流槽入口總面積一般為內澆口截面積的50%～70%，為排氣槽截面積的50%，溢流槽的總容積不少于鑄件體積的20%。單個溢流槽的截面積形狀與尺寸見下表(單位：mm)。(1)溢流槽的設計要點簡圖經?驗?數?據

鉛合金

錫合金

鋅合金鋁合金

鎂合金銅合金

黑色金屬溢流口寬度h6～128～128～12溢流槽半徑r4～65～106～12溢流口長度l2～32～32～3溢流口厚度b0.4～0.50.5～0.80.6～1.2溢流槽長度中心距H＞(1.5～2)h＞(1.5～2)h＞(1.52～2)h2.排氣槽的設計排氣槽的作用是金屬液充填型腔過程中，使型腔、壓室等空間原有的氣體和涂料受熱而產生的氣體排出而不留在鑄件內。排氣槽一般與溢流槽配合使用，布置在溢流槽的外側，在有些情況下也可在型腔內的需要部位獨立布置排氣槽。

(1)排氣槽的設計要點1)排氣槽應盡量布置在分型面上，這樣可以避免因排氣槽而產生的毛刺或飛邊影響鑄件出型。

2)排氣槽盡量開設在一個半型內，以便于制造。五、溢流槽和排氣槽的設計

3)當排氣量大，需增加排氣槽截面積時，只能增加排氣槽的數量或寬度，切忌增加厚度，以防金屬液把排氣槽堵塞或金屬液向外噴濺。

4)為便利型腔深處空氣的排除，可利用通孔的型芯頭和推桿間隙排氣，還可設置通氣塞排氣。

5)排氣槽應做成曲折形，出口不能朝向操作者一邊，防止金屬液濺出。(1)排氣槽的設計要點

(2)排氣槽的形狀與尺寸排氣槽的形狀見下圖，尺寸見下表。2.排氣槽的設計合金種類排氣槽深度/mm排氣槽寬度/mm說明鉛合金0.05～0.108～251）排氣槽在離開型腔20～30mm后，可將其深度增大至0.3～0.4mm，以提高其排氣效果

2）在需要增加排氣槽面積時，以增大排氣槽的寬度和數量為宜，不宜過分增加其深度，以防金屬液濺出鋅合金0.05～0.12鋁合金0.10～0.15鎂合金0.10～0.15銅合金0.15～0.20第四節成形零件結構設計一、成形零件的結構形式

二、鑲拼結構的設計要點

三、鑲塊的固定形式

四、型芯的固定形式

五、成形零件尺寸計算第十二章壓鑄模設計壓鑄模的結構設計包括成形零件結構、抽芯機構、推出機構、加熱冷卻機構等，由于抽芯機構等與注射模相近，因此，我們僅介紹成形零件的結構設計。

一、成形零件的結構形式

壓鑄模的成形零件主要是指形成壓鑄件形狀的型芯、型腔和鑲塊。成形零件的結構形式分為整體式結構和鑲拼式結構兩種。

(1)

整體式結構

在整體式結構中，成形部分的型腔直接在模塊上加工成形，如圖12-21所示。第四節成形零件結構設計一、成形零件的結構形式圖12-21整體式結構整體式結構具有強度高，剛性好；與鑲拼式結構相比，具有壓鑄件表面光滑平整、減少模具的裝配工作量、縮小模具的外形尺寸、易于設置冷卻水管等優點。主要應用于小型、簡單、精度要求不高的模具。

(2)鑲拼式結構

鑲拼式結構又可分為整體鑲塊式和組合鑲塊式，如圖所示，其型腔和型芯由鑲塊鑲拼而成。一、成形零件的結構形式鑲拼式結構

1—定模套板2—定模座板3—導套4—澆口套

5—組合鑲塊

6—整體鑲塊7—澆道鑲塊整體鑲塊式組合鑲塊式鑲拼式結構的特點：鑲拼式結構具有簡化加工工藝、合理使用耐熱模具鋼，降低成本；有利于易損件的更換和修理；拼合處的適當間隙有利于排除型腔內的氣體等。但鑲拼式結構也帶來一些問題，如存在過多的鑲塊拼合面會增加裝配的困難，難以保證安裝精度；鑲拼處的縫隙易產生飛邊，既影響模具使用壽命，又會增加壓鑄件去毛刺的工作量；模具的熱擴散條件變差等。鑲拼式結構廣泛應用于各種形式的壓鑄模中。(2)鑲拼式結構二、鑲拼結構的設計要點

1)便于機械加工，降低加工成本，如圖12-13和圖12-14所示。第四節成形零件結構設計圖12-23鑲拼結構實例圖12-24鑲拼結構實例不合理合理合理不合理二、鑲拼結構的設計要點圖12-25鑲拼結構實例圖12-26鑲拼結構實例合理合理不合理不合理

2)保證鑲塊和型芯強度，提高相對位置的穩定性，如圖12-15和圖12-26所示。圖12-27鑲拼結構實例圖12-28鑲拼結構實例合理不合理合理不合理

3)不應產生銳邊和薄壁，如圖12-17和圖12-18所示。二、鑲拼結構的設計要點4)鑲拼間隙方向與出模方向一致，如圖所示。鑲拼結構實例合理不合理二、鑲拼結構的設計要點

5)便于模具維修和飛邊的清除。

二、鑲拼結構的設計要點不通孔式套板鑲塊的固定形式三、鑲塊的固定形式

鑲塊一般安裝在套板內，分為不通孔和通孔兩種安裝形式。不通孔的套板結構簡單，強度高，鑲塊用螺釘和套板直接緊固，不用座板或支承板，節約材料，減輕模具重量。但動、定模均為不通孔時，尤其是對于一模多腔的模具要保持動、定模的同軸度和深度尺寸都比較困難，如圖所示。第四節成形零件結構設計圖12-31通孔套板臺階固定式

圖12-32通孔套板無臺階式通孔的套板用臺階或螺釘和底板固定，在動、定模上鑲塊的安裝孔形狀和大小都可以組合加工，容易保證同軸度，如圖12-31和圖12-32所示。三、鑲塊的固定形式四、型芯的固定形式

由于金屬液充型時對型芯的沖擊和凝固收縮時的包緊力都很大，所以型芯的固定十分重要。常見的幾種型芯固定形式如圖所示，其中臺階式應用最為廣泛。第四節成形零件結構設計圖12-33型芯固定形式五、成形零件尺寸計算

1.壓鑄件的收縮率

壓鑄過程中，金屬由液態變為固態，必然存在體積收縮，因此設計模具時必須考慮壓鑄件的收縮率。壓鑄件收縮率按下式確定：式中——壓鑄件的收縮率——模具的成型尺寸——壓鑄件的尺寸第四節成形零件結構設計表各種壓鑄合金鑄件收縮率壓鑄件合金種類收?縮?條?件阻礙收縮混合收縮自由收縮收縮率（％）鉛錫合金0.2～0.30.3～0.40.4～0.5鋅合金0.3～0.40.4～0.60.6～0.8鋁硅合金0.3～0.50.5～0.70.7～0.9鋁硅銅合金

鋁鎂合金

鎂合金0.4～0.60.6～0.80.8～1.0黃銅0.5～0.70.7～0.90.9～1.1五、成形零件尺寸計算常見的各種壓鑄合金的收縮率見下表。壓鑄件的收縮率應根據壓鑄件結構形式、阻礙收縮情況，收縮方向、壓鑄件壁厚、合金成分以及有關工藝參數來適當選擇，一般規律如下：1)結構復雜、型芯多的壓鑄件收縮率大