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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。