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【摘 要】利用重力铸造来生产铝合金变速箱顶盖,运用UG8.0软件来完成模具的设计与加工,并利用砂芯来成型产品的内腔和侧孔部分,生产成本更低,有利于批量化生产。通过对实际生产过程当中的综合模具的受载类型、工作温度状态、工作环境、零件形状的复杂程度和工件的生产批量等多种因素,决定模具寿命的关键因素以及冒口的改进等措施,减少缩松缺陷。完成对重力铸造铝合金变速箱顶盖的改进,提高成品率,完成质量要求。
一、重力铸造概述
重力铸造是指当溶液金属在自身重力的作用下,先冲向型腔底部,金属液热胀冷缩凝固后,上部未凝固的金属液利用重力补充,当底部逐渐充满液面上升,然后再充满整个型腔的一种铸造工艺。铸造工艺设计参数包括加工余量,工艺余量,金属收缩量等。金属型模具有一下几个优势;操作方便,精度高,成本低,反复使用。对于此产品来说,几何尺寸精度和金相组织等铸造质量方面,优于其它铸造工艺,设计制造工艺相对简单。
二、UG模具设计
2.1建立模型
我们在UG8.0模型环境界面下完成模具的三维立体效果模型,在这里我们主要运用了,UG的主要是运用拉伸、旋转,边倒圆,求和等命令,建模过程不太复杂我们在这里就不具体阐述了,见图2-1(a.b)所示。
2.2模具的分型设计
在UG8.0建模环境下,设计模具点击注塑模向导我们要完成以下设计过程,初始化项目,模具csys,收缩率,工件,在注塑模工具中把模具的孔修补,创建模型分型面。
在创建模型分型面中我们重点讲述以下:
(1)创建分型线应选择产品最大轮廓,有利于脱模分型。
(2)分型线的数量尽量减少,这样在后面的模具加工CAE中减少工作量,还可以增加美观。
(3)分型面与开模方向相互垂直,脱模一般在上模,所以应尽可能在分模后,将产品留在上模一側。
(4)分型面应保证设置浇冒口的方便,也要考虑到排气问题,金属充型时可以流动平稳,有助型里的空间排出。
这是设计分型面的要求,完成分型面如图所示2—2(a)
经过上述步骤后,在模具分型工具中选取面创建的工件型腔、型芯和铝合金模模具装配爆炸图及结构图如图2- 3(b.c.d.e)所示
1.下模;2.和模定位销;3.定位压块;4.上模;5.合模定位套;6.安装支座;7.上模顶杆板;8.下模顶杆板;9.顶杆板导向柱;10.顶杆板限位块
2.3砂芯模具设计
从模具的三维立体效果图中我们可以看出,模具内部需要侧抽芯来成型侧孔,抽芯比较复杂,开模困难。所以我们选取砂芯来作为腔芯,但是材料就很重要,砂型铸造用模具的材料,使用最多的是木材,此外,还有易熔金属、轻金属、泡沫塑料、树脂砂和石膏、水泥等。我们所用的材料是树脂砂来做砂芯。这样就可以解决侧孔问题。
(1)运用UG8.0的复制模具腔内的所有平面,将其缝合起来,完成砂芯模型如图2—3,a
(2)砂芯模具设计和铝合金模具设计相同,我们在这里就不单独说明,完成模具的分型,生成型腔和型芯,砂芯实体及砂芯模装配图。如图所以2—3,b,c
2.4产品模架设计过程
根据型芯和型腔的型号,选择模架,系统自动载入模架。不需要单独设置冒口,利用顶杆排气就已经可以达到生产要求。
我们在模架设计中还要注意几点:
(1)浇注方式:此产品模具设计中我们选取的是顶注式,顶注式的优点是,有利于金属液的凝固,腔底不断的凝固,腔壁的金属液不断补充收缩,最终充满整个腔体,可以减少缩松缺陷。模具设计制造比较便利。但也有缺陷在浇注过程中,不利于细小的气体排出,容易产生小气泡。还有在浇注口处容易产生废液,材料利用率低。
(2)排气设计:在浇注过程中金属液凝固气体排出是影响产品生产质量重要的因素,虽然此模具不需要冒口设计,但是在腔体内转角处影响气体的排出,阻碍充腔。所以适当的设计排气塞或排气道。设计到液体所流动的末端,试气体更好的排出,完成产品的质量要求。
(3)顶出系统:铝合金变速箱顶盖设计中铸件一般留在上模中,所以顶杆一般都设计在上模,并用顶杆顶出铸件,一般此模具需要8—12根顶杆。
三、模具材料选取
铝模材料选用H13耐热钢,砂模材料选用HT250铸铁。
四、产品铸件制造生产
模具设计完成后,直接进入UGCAM模块进行数控编程,在加工中心完成模具型腔的加工操作。
由于铝合金密度低并且导热性良好,耐热疲劳性强,强度比较高,表面质量符合标准要求。浇注前也要对铝模进行预热,其作用是防止模具与铝合金液接触时的温差多大,造成铸件内出现缩松、裂纹和模具的损坏。
铸件生产过程先把砂芯在铝模的固定对应位置,合模之后,铝液温度一般控制700~750℃,要对模具进行预热处理,使其温度达到600摄氏度,保温25分钟,将铝合金液从模具侧面的料斗倒入,然后将铝模向上翻90°,使铝合金液逐步流入模具中,并充分填充其内,一定在自然冷却后,开模取出铸件。敲碎砂芯模。得到产品,生产过程中翻转状态如图4-1所示(a.b)。
五、结束语
本文是通过UG8.0软件,结合实际生产铝合金变速箱顶盖,设计铝模和砂模,来完成重力铸造模,运用CAD/CAM软件与实际生产设计的结合。避免了复杂设计可能带来的精度误差,缩短了设计周期,避免了侧抽芯机构,模具在设计中存在结构复杂,容易产生缩松,气泡等缺陷,生产中对模具的预热是很重要的,能减少生产中缺陷,提高了铸件尺寸的精确度。铸件采用的模具生产方案是可行的,浇注过程平稳,成品率高,模具达到用户的要求。
一、重力铸造概述
重力铸造是指当溶液金属在自身重力的作用下,先冲向型腔底部,金属液热胀冷缩凝固后,上部未凝固的金属液利用重力补充,当底部逐渐充满液面上升,然后再充满整个型腔的一种铸造工艺。铸造工艺设计参数包括加工余量,工艺余量,金属收缩量等。金属型模具有一下几个优势;操作方便,精度高,成本低,反复使用。对于此产品来说,几何尺寸精度和金相组织等铸造质量方面,优于其它铸造工艺,设计制造工艺相对简单。
二、UG模具设计
2.1建立模型
我们在UG8.0模型环境界面下完成模具的三维立体效果模型,在这里我们主要运用了,UG的主要是运用拉伸、旋转,边倒圆,求和等命令,建模过程不太复杂我们在这里就不具体阐述了,见图2-1(a.b)所示。
2.2模具的分型设计
在UG8.0建模环境下,设计模具点击注塑模向导我们要完成以下设计过程,初始化项目,模具csys,收缩率,工件,在注塑模工具中把模具的孔修补,创建模型分型面。
在创建模型分型面中我们重点讲述以下:
(1)创建分型线应选择产品最大轮廓,有利于脱模分型。
(2)分型线的数量尽量减少,这样在后面的模具加工CAE中减少工作量,还可以增加美观。
(3)分型面与开模方向相互垂直,脱模一般在上模,所以应尽可能在分模后,将产品留在上模一側。
(4)分型面应保证设置浇冒口的方便,也要考虑到排气问题,金属充型时可以流动平稳,有助型里的空间排出。
这是设计分型面的要求,完成分型面如图所示2—2(a)
经过上述步骤后,在模具分型工具中选取面创建的工件型腔、型芯和铝合金模模具装配爆炸图及结构图如图2- 3(b.c.d.e)所示
1.下模;2.和模定位销;3.定位压块;4.上模;5.合模定位套;6.安装支座;7.上模顶杆板;8.下模顶杆板;9.顶杆板导向柱;10.顶杆板限位块
2.3砂芯模具设计
从模具的三维立体效果图中我们可以看出,模具内部需要侧抽芯来成型侧孔,抽芯比较复杂,开模困难。所以我们选取砂芯来作为腔芯,但是材料就很重要,砂型铸造用模具的材料,使用最多的是木材,此外,还有易熔金属、轻金属、泡沫塑料、树脂砂和石膏、水泥等。我们所用的材料是树脂砂来做砂芯。这样就可以解决侧孔问题。
(1)运用UG8.0的复制模具腔内的所有平面,将其缝合起来,完成砂芯模型如图2—3,a
(2)砂芯模具设计和铝合金模具设计相同,我们在这里就不单独说明,完成模具的分型,生成型腔和型芯,砂芯实体及砂芯模装配图。如图所以2—3,b,c
2.4产品模架设计过程
根据型芯和型腔的型号,选择模架,系统自动载入模架。不需要单独设置冒口,利用顶杆排气就已经可以达到生产要求。
我们在模架设计中还要注意几点:
(1)浇注方式:此产品模具设计中我们选取的是顶注式,顶注式的优点是,有利于金属液的凝固,腔底不断的凝固,腔壁的金属液不断补充收缩,最终充满整个腔体,可以减少缩松缺陷。模具设计制造比较便利。但也有缺陷在浇注过程中,不利于细小的气体排出,容易产生小气泡。还有在浇注口处容易产生废液,材料利用率低。
(2)排气设计:在浇注过程中金属液凝固气体排出是影响产品生产质量重要的因素,虽然此模具不需要冒口设计,但是在腔体内转角处影响气体的排出,阻碍充腔。所以适当的设计排气塞或排气道。设计到液体所流动的末端,试气体更好的排出,完成产品的质量要求。
(3)顶出系统:铝合金变速箱顶盖设计中铸件一般留在上模中,所以顶杆一般都设计在上模,并用顶杆顶出铸件,一般此模具需要8—12根顶杆。
三、模具材料选取
铝模材料选用H13耐热钢,砂模材料选用HT250铸铁。
四、产品铸件制造生产
模具设计完成后,直接进入UGCAM模块进行数控编程,在加工中心完成模具型腔的加工操作。
由于铝合金密度低并且导热性良好,耐热疲劳性强,强度比较高,表面质量符合标准要求。浇注前也要对铝模进行预热,其作用是防止模具与铝合金液接触时的温差多大,造成铸件内出现缩松、裂纹和模具的损坏。
铸件生产过程先把砂芯在铝模的固定对应位置,合模之后,铝液温度一般控制700~750℃,要对模具进行预热处理,使其温度达到600摄氏度,保温25分钟,将铝合金液从模具侧面的料斗倒入,然后将铝模向上翻90°,使铝合金液逐步流入模具中,并充分填充其内,一定在自然冷却后,开模取出铸件。敲碎砂芯模。得到产品,生产过程中翻转状态如图4-1所示(a.b)。
五、结束语
本文是通过UG8.0软件,结合实际生产铝合金变速箱顶盖,设计铝模和砂模,来完成重力铸造模,运用CAD/CAM软件与实际生产设计的结合。避免了复杂设计可能带来的精度误差,缩短了设计周期,避免了侧抽芯机构,模具在设计中存在结构复杂,容易产生缩松,气泡等缺陷,生产中对模具的预热是很重要的,能减少生产中缺陷,提高了铸件尺寸的精确度。铸件采用的模具生产方案是可行的,浇注过程平稳,成品率高,模具达到用户的要求。