壓鑄模模具設計

tags:    時間:2014-03-07 17:42:10
壓鑄模模具設計簡介
壓鑄模模具設計(DIE CASTING) 壓鑄模具設計中;安全注意事項: 為什麼利用鎂合金製造: 鎂合金的重量較輕。 鎂合金與模具間的連接性較差,脫模較易。 鎂合金的機械加工性較……
壓鑄模模具設計正文

壓鑄模模具設計(DIE CASTING)

壓鑄模具設計中;安全注意事項:

為什麼利用鎂合金製造:

鎂合金的重量較輕。

鎂合金與模具間的連接性較差,脫模較易。

鎂合金的機械加工性較好。

鎂合金的化學特性:

在化學上,我們知道,Mg是一種化學性質較活潑的金屬,可以說,在常溫下,就可以吞噬空氣中的氧而發生氧化.在模具設計中我們用H2O作冷卻.所以最危險的事情就在這裡。

Mg+H2O=H2↑+MgO

H2是一種危險的氣體,所以要嚴控高溫下的鎂湯與水有任何聯繫,對水源嚴格管制.人員安全裝備千萬不可馬虎! 在投入爐中要一直加有保護氣體和烘乾裝置。

壓鑄的生產過程及原理:

以下以一幅圖表達:

圖: A-1

壓鑄成型是一種高壓成型:金屬湯的量事先通過計算確定的,是所有模穴cavity,runner,and gate的總和.所以這個value是一個常數值.通過40%-60%這個參數確定料管的直徑.料管的設計也是模具設計的一部分.這個40%-60%是有科學根據的.少於40%則湯料會過早凝固.多於60%則在推動過程中易產生波紋(wave),包入空氣形成表面缺陷.影響成品質量!

壓鑄工藝對成型品的要求:

壓鑄工藝要求成型品最好具有均一壁厚,確保湯料可同時到每一個角落,如果產品壁厚不均勻,則溶流會沿所受阻力較小的路徑前進.從而形成了我們不願見到的”air traps”,”weld lines”,等等.

當我們的客戶所設計的成品,其肉厚不很均勻,產生的直接後果是開模困難,我們應採取儘可能的辦法去與之溝通,使其最大量地變更產品設計,以期達到最佳開模效果.

成型工藝運動過程:

Show as the following diagram:

圖: A-2

運動行程分為兩個階段,第一階段活塞慢速推進.當湯料到達澆口點,迅速提升壓力,進行高壓射出的動作,待cavity被充滿之後,進行一階段保壓運動.整個射出成型需要15/1000s左右,沒有高科技計算機的實時控制,這麼短的時間內完成兩段射出,簡直難以想象!

模具設計的部分

我們必須進行強度校核,可以利用計算機優越的計算性能編寫出確實可行的計算程序,進行強度校核及撓度計算等一些相關問題,通過”Computer aided engineering”的分析,優化結構設計和澆道設計.使我們的設計更加向科學化,系統化,現代化的方向邁進! 做讓客戶放心, 讓客戶稱心!

以下進行具體的設計撿論:

設計之前,特約定如下:

S→stroke:(行程)

Sma→location that I make the stroke (metal at gate)

( ejector ) →part Length +5mm (頂出行程)

S→section:

SA→gate section (澆口截面積)∙

SV→section vending(逃氣孔截面積) ∙

SR→runner section(澆道截面積) ∙

A→projected area:

AP→projected area part (零件投影面積) ∙

AO→projected area overflow(溢料部分投影面積) ∙

AS→slide projected area (滑塊投影面積) ∙

AR→runner projected area (澆道投影面積) ∙

AIM→total projected area (全部的投影面積) ∙

圖: A-3

AIM = Ao + Ap + AR

Speed: velocity:

Vma: velocity of gate (澆口速度)

Vc: plunger velocity (活塞速度) (在控制點處)

FLI: Force opening (KN) (FLN>FLI)

FLN: Force closing (KN)

圖: A-4

PIM3:Pressure→第三段行程處壓力 (Maximum Pressure)

為了更清楚地撿論PIM3, Show as the following diagram:

圖: A-5

Flow rate, Cavity fill time 的計算:

設定:

Qm → Flow rate:

TF → Cavity fill time:

As we known:

Qm = d??π/4 ? Vc (π→園周率)

= Adm ? Vc (活塞表面積與活塞推進速度)

= VMA ? SA (澆口速度與澆口截面積)

= VL ? SV (逃氣孔速度與逃氣截面積)

 

由物理學原理:我們知道:SV,有最大值;如果大於這個最大值,則會產生overflow的問題;而VL<300mps,當然,我們要求越多的溢料口,對成型有利,但是太多的溢料口,其弊端可想而知.

每次開模后,注意要使用離型劑進行清除,我設計的溢料口要確保有足夠的逃氣截面積,計算時要注意一些回饋信息.

Qm=(Mρ+Mο)/S ? TF ( Mο?1/3 Mρ)

其中:TF (經驗值)?S?100

CX: S=1.5mm. ∴TF=0.015s

對TF值的部分¸影響因素很多。

The same part, but the gate location is difference:

圖: A-6

SFLOW1>SFLOW2

TF1

Temperature of the mold is higher; The value of TF is shorter.

SFLOW is longer, TF is shorter.

以一成品為例:

圖: A-7

這一成型品共有7個overflow:每個overflow的重量是5 g

設 Mρ=150 g:

∴ Qm = MA/1.75×TF=150+7×5/(1.75×0.015)= 7050cm3/s

∵Qm= VMA×SA∴SA= Qm/ VMA

VMA 的值一般由經驗得出:其常見值為40~80 m/s.

以一般經驗來考慮:

圖1的VMA值可大一些;而途圖2的VMA值須小一些.

現取值為50 m/s;

∴SA=Qm/VMA=7050/50=141mm*mm

以上就是我們所求的澆口截面積大小¸通常我們按具體情況決定具體的參數值:

SO we decide

SA=141=10×14.1

=1×141

=0.5×282

……

分成許許多多種類 :

The following is design of the overflow:

圖: A-8

壓鑄模具結構設計類似於塑模但由於壓鑄模必須承受較大之衝力及變形.因此,結構設計上強度大於塑模.以下列出壓鑄模異於塑模之要點.

(一).

模仁結構設計:成品邊緣距模仁至少60mm.(見圖A-9)

公母模板的確定:模仁外邊到模板外緣寬度(B)至少90mm厚度,為2倍之模仁厚. (見圖A-9)

模腳內側進入模仁外緣垂直線至少20mm. (見圖A-9)

A板隔熱板(材料S40000),厚度約12mm. (見圖A-9)

下固定板至少50mm.

夾模厚50MM四邊夾模,直接用螺絲鎖,不用壓板.

上下頂出板厚分別為30`35mm,盡量減少寬度,從而增大 模腳而使公模板變形減少.

公母模仁表面均需出模板面0.1mm,切不可太大.否則,產生毛邊鎂通湯濺出,將極其危險.

模仁盡量避免有尖銳之角點,尖點將導致應力集中.壓鑄時使模仁爆裂,模仁內水孔末端拐角也應有R 角.

圖A-9

(二).

RP設計可選用偏小徑φ18~φ20mm,位置於模仁內. (見圖A-10)

EGP設計應注意:不可插入公模板,至少留1mm間隙. (見圖A-9)

頂板頂出時不可靠在公模板上,至少留5mm間隙.

STP可用10個左右數量,比塑模多.

從下固定板鎖公模板之螺絲S-1,在連接處加上圓環,插入板內定位.(如圖A-11)

GP應倒裝在母模側. (見圖A-10)

水平方向需裝入0度定位塊. (見圖A-10)

KO孔位置請見壓鑄機上頂桿位置,切不可用注塑成型機位置.

料管中心與壓鑄機中心距為0~250mm,50MM為一級.

圖 A-10

圖 A-11

拆模(3D)設計注意要點:

所有地方除PL線外¸均至少應做R0.2圓角。因為尖角不利於鎂合金之填充。

拔模斜度至少1∘

插破角至少1∘

毛邊產生之最少間隙為10條。

RIB最少寬度為0.5¸若有逃氣可加寬些。

縮水厚度比1:1。

圓PIN形入子(最少Φ15mm)。

(四) 頂出方式:

以頂針頂出為主。

由於鎂凝固后¸包緊力很大。所以¸採用之頂針直徑及寬度較塑模要大些(盡量直徑6mm以上) 。

每次開模前¸均潤滑以利脫模。

(五) 倒勾之處理:

不採取內滑塊(內斜梢機構) 。

原因是衝擊力大¸易產生毛邊。

外滑之設計要點¸基本與塑模相同。

大滑塊需中央導軌¸導軌做入子。

滑塊底部加排屑槽¸深度5mm與寬度12mm¸越大越好。

c、滑塊用壓板使用螺絲至少

 

M10

圖A-12

(六) 冷確加熱方式:

模仁之冷確:

水孔距成品面20—25MM¸若遇尖角要多讓一些(油孔15mm) 。

油孔密度由充填狀況決定¸但垂直方向最小間距為2.5倍的孔徑¸水平方向間距為40MM左右。

油孔直徑可取10—12MM。

不採取“O”型環¸因為模溫太高(600℃左右) ¸而“O”型環無法抗高溫。

圖A-13

2 . 模板冷確:

公母模板各需分別冷確¸建議直接通水孔¸水孔直徑(12—15mm)四條直通式。

冷確之觀念:

因為模溫從澆口至遠程溫度變化由熱到冷¸因此¸水孔加熱也應遠程入¸近端出¸即使模具遠程比近端熱。

冷確應以進料口的澆道和料管為主¸而模座成型部份則需加熱。

澳洲識式澆口及澆道設計:

圖A-14

設計計算式如下:

Sin= Sout+SA×1.8=151.2 mm×mm

Sout= 3.5×2.5= 7.2 mm×mm

α=sqrt (Sin÷1.5) = 10 mm×mm

Tan(α)=0.25 (~15°)

B= Sin÷α+α×0.25=17.6mm

α(x)=(( α-2.5)÷SL×x)+2.5

b(x)= S(x)/ α(x)+ α(x)×0.25

S(x)=((Sin-7.2)÷SL×x)+Sout

=(151.2-7.2)/100×60)+7.2=93.6 mm×mm

b(x) =93.6÷7+7×0.25=15.12mm

料管設計:

料管內徑的初算:

350 ?H的壓鑄機最小內徑為 50mm, 因此設計料管內徑時可根據流量來初算,建議先設定料管內徑為Φ=50mm.

料管長度計算:

對於無分流子情況,活塞運動的距離由於固定為500mm,而活塞運動的終點必須多出料管埠15mm以上.

對於應用分流子情況,分流子設計高度,不得超過100mm。因此,活塞端面即超出料管端面120~220 mm。

以上兩種情況都可知道活塞終點位置.而活塞起點位置 也是確定的 ,因此即可推算出Lmactive。

用Lmactive 來驗算充填率、使充填率為數(40%~55%),如果不符合,則通過改變料管直徑再次計算。

圖A-15

圖A-16

由成品尺寸定 OVERFLOW 的值:(n1)

For example:

圖 A-1

n1=210÷30=7.

由成品厚度定充填時間:

一般經驗,

tF = S/100 Cx: s=1.5mm (S為part thickness )

則: tF = 1.5/100=0.015 second.

計算出流量值的大小:

Mρ= con,Mο=con(5 g)

Qm=( Mρ+ Mο)/(S×tF)=MA/(S×tF)

s為con: s=1.75g/cm (對於mg合金)

mp為成品重量 mo為overflow重量

求活塞速度:

Qm=dm2×π/4×Vc

=Adm×Vc=Vma×Sa=VL×Sv

Adm→活塞表面積 Vma→澆口速度 Sa→澆口截面積 VL→逃氣速度 Sv→逃氣孔截面積 Vc→活塞速度

由流量值推出活塞推進速度

Vc= Qm/Adm = Qm/(0.785×dm2) < 6m/s →一項檢驗標準

由逃氣孔定 OVERFLOW 的值:(n2)

VL=300 m/s, Sv=Qm/VL

Length = Sv/0.1

Length/30;

由速度推導澆口截面積

Vma=40~80m/s 由Vma×sa=Qm知 Sa↓=Vma↑

Vma=50m/s(經驗值)

Sa=Qm/Vma;

求工件一邊上的可用澆口長度L1, L2, L3,… Lm.(M個)

人為因素;

求所有長度SUM: (Lsum)

求澆口厚度:

Thickness = Sa/Lsum;

將工件上認為可以保為澆口的地方的長度總和利用澆口面積如除以這個總長度得到厚度每個厚度是均一的

求澆口截面積:

Sa1=L1×Thickness; ……

求和澆口對應澆道截面積

SR1=1.8 Sa1; ……

求澆道高度:

H = sqrt(SR/1.5);

求解澆道長度及形狀:

Length1= SR1/H;

Length1′=Length1-2Htgα

求解第二段澆道截面積:

SRⅡ=SR1+SR2;

求解第二段澆道高度:

同上;

求解第二段澆道長度及

 

形狀:

同上; ……

求解主澆道,定尺寸:

和倒圓角即可求得截面形狀依次類推 ……

Drei- Platten- Werkzeug

Three Trois

mA= N×(mT+mU)+mV

[g]

QM=mA÷(ρ×tF)

[g÷(g/cm3×S)=cm3/S

ρAL=2.5g/cm3

SA=QM÷VMA

[cm3/S÷m/S=mm2]

VMA=30~50 m/s

Vc=QM÷(dm2×0.785)

[cm3/s÷(mm)2 =m/s]

Sv=QM÷320

[cm3/s÷ m/s =(mm)2]

SR=1.8~2.5×SA

Kanalbreite Kanaldicke

Z.B.

Kanalbreite=1.5×Kanaldicke:

W=sqrt(SR÷1.5)=[mm]

B=SR+0.33×B*÷B*=[mm]

mA Weight at gate (澆口的重量)

mT Weight of part (成品的重量)

mU Weight of overflows (溢流道的重量)

mV Weight of vacuum channel (真空逃氣管的重量)

N No.of cavity (模穴的個數) QM Volume of metal(flow rate) (流量)

ρ Metal desity (料湯的密度)

tF Filling time (充填時間)

SA Total section area of gate (澆口的總截面積)

SV Total section area of ventings (逃氣孔的總截面積)

SR Total section area of runners (澆道的總截面積)

VMA Velocity of metal at gate (澆口處的流速)

Vc Plunger speed (活塞移動速度)

dM Plunger diameter (活塞的直徑)

W Calculated thickness of runners (計算出的澆道厚度)

W* Actual thickness of runners (實際的澆道厚度)

B Calculated width of runners (計算出的澆道寬度)

B* Actual width of runners (實際的澆道寬度)

Example:

SA = 100 mm2

SR = 2.5×100 = 250 mm2

W = sqrt(250÷2.17) = 10.73 mm

B = 250+0.33×10.73÷10.73 = 23.63 mm

W* = W gerundet = 11

B* = 250+0.33×11÷11 = 23.06

SV = 7000÷320 = 21.8 mm2

由成品尺寸定 OVERFLOW 的值:(n1)

For example:

圖 A-1

n1=210÷30=7.

由成品厚度定充填時間:

一般經驗,

tF = S/100 Cx: s=1.5mm (S為part thickness )

則: tF = 1.5/100=0.015 second.

計算出流量值的大小:

Mρ= con,Mο=con(5 g)

Qm=( Mρ+ Mο)/(S×tF)=MA/(S×tF)

s為con: s=1.75g/cm (對於mg合金)

mp為成品重量 mo為overflow重量

求活塞速度:

Qm=dm2×π/4×Vc

=Adm×Vc=Vma×Sa=VL×Sv

Adm→活塞表面積 Vma→澆口速度 Sa→澆口截面積 VL→逃氣速度 Sv→逃氣孔截面積 Vc→活塞速度

由流量值推出活塞推進速度

Vc= Qm/Adm = Qm/(0.785×dm2) < 6m/s →一項檢驗標準

由逃氣孔定 OVERFLOW 的值:(n2)

VL=300 m/s, Sv=Qm/VL

Length = Sv/0.1

Length/30;

由速度推導澆口截面積

Vma=40~80m/s 由Vma×sa=Qm知 Sa↓=Vma↑

Vma=50m/s(經驗值)

Sa=Qm/Vma;

求工件一邊上的可用澆口長度L1, L2, L3,… Lm.(M個)

人為因素;

求所有長度SUM: (Lsum)

求澆口厚度:

Thickness = Sa/Lsum;

將工件上認為可以保為澆口的地方的長度總和利用澆口面積如除以這個總長度得到厚度每個厚度是均一的

求澆口截面積:

Sa1=L1×Thickness; ……

求和澆口對應澆道截面積

SR1=1.8 Sa1; ……

求澆道高度:

H = sqrt(SR/1.5);

求解澆道長度及形狀:

Length1= SR1/H;

Length1′=Length1-2Htgα

求解第二段澆道截面積:

SRⅡ=SR1+SR2;

求解第二段澆道高度:

同上;

求解第二段澆道長度及形狀:

同上; ……

求解主澆道,定尺寸:

和倒圓角即可求得截面形狀依次類推 &

 

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壓鑄模具流道系統計算機設計流程圖

 

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