2.2 压铸件的结构单元的设计

2.2.1 壁厚及圆角

(1)壁厚

压铸件设计的特点之一是壁厚设计。厚壁会使压铸件的力学性能明显下降,图2-2表示出了锌合金、铝合金、镁合金的抗拉强度增减百分比与铸件壁厚的关系。不同壁厚的铝合金压铸件的密度和抗拉强度见表2-17。

图2-2 压铸件壁厚对抗拉强度的影响

表2-17 不同壁厚时铝合金压铸件的密度和强度

壁厚与整个工艺规范有着密切关系,如填充时间的计算、内浇口速度的选择、凝固时间的计算、模型温度梯度的分析、压力(最终比压)的作用、留型时间的长短、铸件顶出温度的高低及操作效率等。表2-18为压铸件的合理厚度,表2-19为推荐压铸件表面积相应的最小厚度。

表2-18 压铸件的合理厚度

注:1.在比较优越的条件下,合理壁厚范围可取括号内数值。
  2.根据不同使用要求,压铸件壁厚可以增厚到12mm。

表2-19 推荐压铸件表面积相应的最小壁厚  mm

(2)圆角

对于不等壁厚的铸件,圆角(参见图2-3)可按下式计算:

R=A+B/3    R=A+B/4   (2-1)

对于等壁厚的铸件,圆角(参见图2-4)可按下式计算:

Rf(min)=0.5S; Rf(max)=S; RaRf+S  (2-2)

上述公式对铝合金和镁合金较适宜。当零件的使用要求选用更小圆角时,则圆角半径应不小于连接的最薄壁厚的一半(见表2-20)。即:r1>0.5b1。对于特殊的要求,在工艺条件允许的情况下,可以选用更小的圆角,即r1=0.3~0.5mm。

图2-3 不等壁厚

图2-4 等壁厚

表2-20 圆角参数的选择  mm

2.2.2 筋及嵌件

(1)筋

筋的作用是壁厚改薄后,用以提高零件的强度和刚性,防止或减少铸件收缩变形,避免工件从模型内顶出时发生变形,填充时用作辅助回路(金属流动的通路)。筋的厚度应小于所在壁的厚度,一般取该处壁的厚度的2/3~3/4。筋的厚度及斜度见表2-21。

表2-21 筋的厚度和斜度  mm

(2)嵌件

铸件上采用嵌件的目的:

①消除压铸件的局部热节,减小壁厚,防止产生缩孔。

②改善和提高铸件局部性能,如强度、硬度、耐蚀性、耐磨性、焊接性、导电性、导磁性和绝缘性等,以扩大压铸件的应用范围。

③对于具有侧凹、深孔、曲折孔道等结构的复杂铸件,因无法抽芯而导致压铸困难,使用嵌件则可以顺利压出。

④可将许多小铸件合铸在一起,代替装配工序或将复杂件转化为简单件。

注意事项:

①嵌件在铸件内必须稳固牢靠,故其铸入部分应制出直纹、斜纹、滚花、凹槽、凸起或其他结构,以增强嵌件与压铸合金的结合程度。轴类和套类嵌件的固定方法见表2-22和表2-23。

表2-22 轴类嵌件的固定方法

表2-23 套类嵌件的固定方法

②嵌件周围应有一定厚度的金属层,以提高铸件与嵌件的包紧力,并防止金属层产生裂纹。金属层厚度可按嵌件直径选取,参见表2-24。

表2-24 嵌件直径及其周围金属层最小厚度  mm

③嵌件包紧部分不允许有尖角,以免铸件发生开裂。设计铸件时要考虑到嵌件在模具中的定位和各种公差配合的要求,要保证嵌件在受到金属液冲击时不脱落、不偏移。嵌件应有倒角,以便安放并避免铸件裂纹。同一铸件上嵌件数不宜太多,以免压铸时因安放嵌件而降低生产率和影响正常工作循环。

④带嵌件的压铸件最好不要进行热处理和表面处理,以免两种金属的相变不同而造成体积的变化不同,导致嵌件在铸件中松动和产生腐蚀。

⑤嵌件在压铸前最好能镀以防蚀性保护层,以防止嵌件与铸件本身产生电化学腐蚀。

⑥嵌件的形状和在铸件上所处的位置应使压铸生产时放置方便。

2.2.3 出型斜度

斜度的作用是减少铸件与模型的摩擦,容易取出铸件;保证铸件表面不拉伤;延长模型使用寿命。铸造斜度可按图2-5选取。当零件设计未考虑斜度时,应另行按最小的铸造斜度选取。一般最小的铸造斜度见表2-25。只有在特殊要求和工艺条件许可的情况下,才选用比表2-25更小的斜度值。

图2-5 铸造斜度

表2-25 一般最小铸造斜度

各类合金压铸件的铸孔直径与最大深度和斜度的关系,见表2-26。

表2-26 铸孔直径与最大深度和斜度的关系

注:1.当D>25mm时,锌合金、铝合金压铸孔深为孔径的6倍。

2.螺纹底孔允许按上表铸造斜度铸出,扩孔达到螺纹尺寸。

3.对孔径小、收缩应力很大的铸孔,表中深度可适当减小。

2.2.4 孔和槽

(1)孔

铸件上的孔、槽应尽量铸出,这不仅使壁厚尽量均匀,减少热节,节省金属材料,而且减少机加工工时。压铸零件的孔,一般是指紧固连接用的圆形孔,也包括相似于这一类型的孔,至于零件整体结构本身形状的孔不属于这个类型范围。铸孔最小孔径以及孔径与深度的关系如表2-27所示。

表2-27 铸孔最小孔径以及孔径与深度的关系

注:1.表内深度系指固定型芯而言,对于活动的单个型芯其深度还可以适当增加。

2.对于较大的孔径,精度要求不高时,孔的深度亦可超出上述范围。

(2)槽

槽的形状及相关尺寸如表2-28所示。

表2-28 槽的形状及相关尺寸  mm

2.2.5 螺纹及压铸齿

(1)螺纹

在一定的工艺条件下,锌、铝及镁等合金的压铸件,可以直接压铸出螺纹。铜合金只是在个别情况下才压铸出螺纹。压铸螺纹一般为国家标准规定的3级精度。螺纹分为外螺纹和内螺纹两大类。外螺纹的压铸方式分两种,一种是由可分开的两半螺纹型腔压铸,另一种是由螺纹型环压铸。内螺纹由螺纹型芯制成,其特点是螺纹型芯的螺纹在轴方向上要有斜度,通常为10'~15'。压铸螺纹的牙形,应是平头或圆头的。平头螺纹见图2-6。

图2-6 平头螺纹牙形

(2)压铸齿

压铸齿的最小模数、精度和斜度见表2-29。

对于较大面积平板状零件或其他形状零件,为减少或消除表面上的流痕或花斑等缺陷,常在表面上设置网纹或网点,其造型以有利于模具制造和铸件出模为原则。

表2-29 压铸齿的最小模数、精度和斜度

2.2.6 凸纹、凸台、文字、标志和图案

(1)凸纹

压铸凸纹,其纹路一般应平行于出模方向,并具有一定的出模斜度。推荐的凸纹结构尺寸见表2-30。

表2-30 凸纹结构尺寸  mm

(2)凸台

压铸凸台应有足够的高度,便于留切削余量,而不致刀具切削到铸件壁上。凸台的最小高度为2~2.5mm。当紧固件的孔中心距等于或小于表2-31所列数值时,应将相近的凸台连成一体,见图2-7。

表2-31 紧固件的孔中心距  mm

图2-7 凸台的布置

(3)文字、标志和图案

压铸件上的文字、标志与图案一般是凸体的,不应有尖角,尽可能简单,其有关尺寸见表2-32。

表2-32 文字、标志与图案有关尺寸

铸件上线条的凸起高度与宽度之比约为3∶2,最小高度为0.3mm。字体出型越大越好,一般不应小于10°。铸字一般分为三种,如图2-8所示,其中图2-8(c)是有特殊理由才能使用的。

图2-8 铸字形式