摘要：本文对汽车制动系统上的重要零件阀盖零件进行压铸工艺分析，并确定分型方案、浇注系统位置和大小、抽 芯方案等。然后选择合适的压铸机及相关参数。在此基础上，进一步确定模具整体结构布置方案。最后采用 Pro/E 软件，最终完成阀盖压铸模的模具设计。
关键词：阀盖 ： 压铸模 铝合金 Pro/E
ABSTRACT： ABSTRACT：In this paper, the processing of die casting of a valve cover which was one of the most important parts of Automotive Brake Systems ,was analyzed theoretically, then confirming the scheme of parting , the design of pouring system as well as the position and size ， scheme of volitant cores and so on. Moreover, selecting rightly die- casting machine and the related parameters， Based on these aspects ， confirming the whole scheme of die structure. In the end, mold design was completed by PRO/E. Key word: valve cover Die-casting mold aluminum alloy Pro/E
1 课题来源及意义
本课题来自东风（十堰）有色铸件有限公司，其产品以汽车类压铸件为主。 作为一种少、无切削的成形方法， 压铸具有生产效率高，铸件尺寸精度高，表面粗糙度好，经济指标优良的优点，可以节省大量机加工工序和设备， 节约原材料。在节能降耗，追求可持续发展的浪潮中，铝合金压铸在在汽车业获得了广泛的应用和迅速的发展
[1]
。
2 零件结构特点及工艺分析
本次毕业设计的零件是汽车制动系统上的阀盖，重量为 0.57 Kg，材料为 YL113 铝合金,年生产纲领十万件。其 结构如图 1 所示。
图 1 阀盖
图 2 分型面
该阀盖最大外形尺寸 87.9×87.9×96mm，形状比较复杂，平均壁厚 3mm。有四处直径小但深度大的通孔，两处 M14-6H 螺纹孔，内部有深孔。内腔为安装配合面，尺寸精度和粗糙度要求高。该零件不允许有有疏松、针孔等铸造 缺陷，并且要求在 800－850KPa 气压下不允许漏气。 对于装配面，采用机加工的方式来保证尺寸精度和粗糙度要求，加工余量 0.5mm。螺纹孔采用铸出底孔的方式， 由机械加工完成扩孔和攻螺纹，底孔尺寸分别ф12mm 为ф14mm。出模斜度 1°～2°。有加工要求的孔，尺寸保证大 端，有装配要求的非加工孔尺寸保证小端，其余保证大端。收缩率确定为 0.6%。设计时，应重点保证内腔部位的内 部质量，避免加工后出现气孔。
1
2008 年优秀学士学位论文集
3 压铸模设计
3.1 确定分型面
分型面如图 2 所示，以该压铸件外底面端面作为分型面，侧面采用活动镶块成型，并采用抽芯结构，螺纹过孔 采用型芯对接方式，以减少铸件清理时掉肉。零件底面端面在该件的最大截面处，利用压铸件的包紧力使之在开模时留在动模一侧。并且，这样分型有利于保证铸件的尺寸精度和外观质量，也有利于排气和利于简化模具结构。
3.2 压铸机选择
根据锁模力选择压铸机，锁模力按下列公式计算： F 锁≥K(F 主+ F 分) （1）
式中，F 锁--压铸机应有的锁模力（KN） K--安全系数，一般取 1.25；F 主--主胀型力（KN） 分--胀型力（KN） ； ；F 。
3．2．1 主胀型力的计算 ． ． F 主＝AP/10
2
（2）
式中，F 主--主胀型力(KN)；A--铸件在分型面上的总投影面积（cm ） ，一般增加 30%～50%作为浇注系统及溢流排气系统面积，这里 A=126.51 cm ；P--压射比压（MPa） ，考虑生产实际，并按常用铝合金压射比压推荐值选取 P=90MPa
2
计算得
F 主＝1138.59KN
F分 = ∑ A 芯 Ptan α / 10） （
3．2．2 分胀型力的计算 ． ． （3）
2 2
式中：F 分--分胀型力（KN） ；P--压射比压（MPa） ，同上，取 P=90MPa；A 芯--侧向活动型芯成型端的投影面积（cm ） ，这里 A=58.85 cm ； α ——楔紧块的楔紧角（度） ，这里取 21°。
计算得
F 分＝202.81KN
因此，F 锁≥K(F 主+ F 分) =1677.25KN 根据上述计算和工厂现有设备的负荷情况，采用一模一件，选用锁模力为 4200KN 的冷室卧式压铸机，压室直径 为 Φ50mm，压室偏心 100mm。
3.3 浇注系统设计
阀盖的浇注系统设计示意图，如图 4 所示：
图 4 阀盖的浇注系统
由于直浇道处于高温环境，容易损坏，为了方便更换，采用直浇道和浇口套一体构成，并采用分流锥稳定合金 液的流向，减少金属消耗量，便于活塞的跟踪顶出。 横浇道截面设计为扁梯形，深度 12mm，宽度 40mm，两侧出模斜度 15°，底部圆角 3mm。 内浇口设计是浇注系统设计的核心。内浇口设计在静模一侧，合金液从动模侧引入。内浇口截面积的确定是浇 注系统设计的重要环节，按下列经验公式计算: Ag=G/(ρVgt)
2 3 3
（4）
式中：Ag--内浇口截面积（cm ） ；ρ--合金的密度(g/ cm ),这里取 2.4 g/ cm ；G --通过内浇口的金属液质量（g）,这里为 604.5 g；
2
2008 年优秀学士学位论文集
Vg——内浇口处金属液的流速（m/s）, 这里取 38m/s；t --型腔充填时间（s）, 这里取 0.055s。
计算得
Ag=120.5 mm
2
因此，设计内浇口厚度为 2mm，宽度为 60.5mm. 溢流槽和排气槽是浇注系统中不可缺少的部分。在铸件的四个角的位置设置大容量溢流槽，调整金属液的流向， 收集冷污金属液和气体。溢流槽采用梯形截面，开设在动模上，其上设置推杆，增大铸件推出时的受力面，减少压 铸件变形。 排气槽置于溢流槽的后面，用于排出型腔中的气体。排气槽的尺寸为：深度 0.2mm，宽度 16mm。
3.4 模具结构设计
3．4．1 成型零件结构 ． ． 模具成型零件采用镶拼式结构，利于易损件的更换，降低模具制造成本。 型芯/镶块采用台阶式结构固定，这种结构制造和装配简便。 对于有方向性的型芯/镶块，这里采用了两种方式防转。对于比较小的型芯，采用平面式结构，即在其固定台阶 上磨出一直边，与其相关的装配面配合。对于较大的活动型芯/镶块，采用方形台阶，一周均为配合面，同时，增加 销钉式结构来定位。 3．4．2 抽芯结构 ． ． 采用斜杠抽芯机构，其特点是结构简单紧凑、动作安全可靠、加工制造方便。抽芯行程分别为 26mm 和 52.5mm。 采用 T 形滑块结构，其中导滑槽采用镶拼式结构，这样的结构加工方便，维护简单。滑块的限位采用定位钉结 构来实现。 模具结构如图 5 所示。
图 5 模具结构图
3.5 冷却系统设计
静衬模采用循环水道来实现型腔的冷却。 形成铸件内腔的型芯采用如图 6“点通水”结构来冷却。
1.铜管 2.通水器 3.通水接头 4. 通水塞 5. O 形圈铜管 6.铜管 图 6 “点通水”结构
3
2008 年优秀学士学位论文集
4 基于 Pro/E 的模具 CAD 设计
4.1 建模
在 Pro/E 的 PART 模块中，综合运用多种特种命令，完成阀盖零件的三维建模。
4.2 开模
在 Pro/E 的 MOLD 模块中进行开模，主要是完成型腔、型芯、成型镶块的设计，这是整个 CAD 设计的核心部分。 1） 进入 MOLD 模块，导入零件模型，系统自动生产为参考模型； 2） 根据合金的特性，设置收缩率为 0.6%； 3） 创建工件，并将参考模型与工件装配在一起； 4） 创建模具体积块，具体就是设计型芯、活动型芯和活动镶块。进入Mold Volume,创建型芯/镶块，方法与 Part造型一样，关键步骤是采用Trim to Geom命令与参考模型进行关联。 5） 创建分型面，即定义动静衬模的分模面。 6） 分割体积块，其实质是将工件分割为衬模、型芯以及镶块。 7） 抽取体积块。在 Mold Volume 中，将衬模、型芯及镶块体积块一次抽取出来；
图 7 开模完成后的爆炸图 完成后的型腔如图 7 所示。
4.3 结构件建模
成型零件开模成功后，在 MOLD 模块中，用创建零件、修改零件的方法，进一步完成动、静模、固定板、推板、 滑块、抽芯等其他模具结构元件的三维造型。
4. 4 出图
在 DRAWING 模块中,完成铸件图和全套模具的工程图。
5 模具校核与模具工作原理
在上述设计完成之后，对锁模力、压室容量、模具厚度、开模行程等数据进行校核，确保模具能正常工作。 模具的动作过程如下；合模—压射—凝固—开模—顶出—预复位—合模。在合模/开模过程中，利用固定在静模 上的斜杠实现插芯/抽芯动作。
6 毕业设计总结
通过这次的毕业设计，从查阅资料计算数据到计算机绘图，我们都学到了不少东西，在压铸模 设计方面受益匪浅，增大了专业知识面的宽度和深度，锻炼了动手能力，为以后的工作打下了很好 的基础。
4
2008 年优秀学士学位论文集
参考文献
1 2 3 4 5 耿鑫明.发展中的中国压铸业. 机械制造与自动化.2004， ：6～8 （4） 李荣德 于海朋 袁晓光. 压铸技术的发展与应用.2003， ：597～601 （8） 陈光明.压铸模 CAD／CAE／CAM 的研究现状与发展.铸造技术，2004， ：148～149 （2） 唐玉林 苏仕方 徐爽等.世界压铸工业和市场的概况.铸造，2004， （10） ：951～957 SU Shifang,TANG Yulin,XU Shuang.The status of China die casting industry.Proceedings of the third China international diecasting congress, Shenyang,2004.4 6 7 8 9 赵爱萍 田蓉. 压铸铝合金制件的质量控制. 西南林学院学报，2006， （8）80～82 赖清华.压铸工艺及模具.北京：机械工业出版社，2007.7 潘宪曾主编. 压铸模设计手册. 北京：机械工业出版社，2006.7 模具实用技术丛书委员会.压铸模设计应用实例. 北京：机械工业出版社，2005.6
10 董艺 李文兵 胡华安等.CAD/CAE 在发电机支架压铸件开发中的应用.计算机应用技术.2007 年中国压铸、挤压铸造、半固体加工学术年 会专刊.2007：486～489 11 刘鸿文. 材料力学.北京:高等教育出版社，2004.1 12 大连理工大学工程画教研室. 北京:高等教育出版社，2003.8 13 洪亮. Pro/ENGINEER Wildfie 模具设计教程. 北京：清华大学出版社，2007.12 14 甘永立. 几何量公差与检测.上海：上海科学技术出版公司，2005.12
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关键词：阀盖 ： 压铸模 铝合金 Pro/E
ABSTRACT： ABSTRACT：In this paper, the processing of die casting of a valve cover which was one of the most important parts of Automotive Brake Systems ,was analyzed theoretically, then confirming the scheme of parting , the design of pouring system as well as the position and size ， scheme of volitant cores and so on. Moreover, selecting rightly die- casting machine and the related parameters， Based on these aspects ， confirming the whole scheme of die structure. In the end, mold design was completed by PRO/E. Key word: valve cover Die-casting mold aluminum alloy Pro/E
1 课题来源及意义
本课题来自东风（十堰）有色铸件有限公司，其产品以汽车类压铸件为主。 作为一种少、无切削的成形方法， 压铸具有生产效率高，铸件尺寸精度高，表面粗糙度好，经济指标优良的优点，可以节省大量机加工工序和设备， 节约原材料。在节能降耗，追求可持续发展的浪潮中，铝合金压铸在在汽车业获得了广泛的应用和迅速的发展
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2 零件结构特点及工艺分析
本次毕业设计的零件是汽车制动系统上的阀盖，重量为 0.57 Kg，材料为 YL113 铝合金,年生产纲领十万件。其 结构如图 1 所示。
图 1 阀盖
图 2 分型面
该阀盖最大外形尺寸 87.9×87.9×96mm，形状比较复杂，平均壁厚 3mm。有四处直径小但深度大的通孔，两处 M14-6H 螺纹孔，内部有深孔。内腔为安装配合面，尺寸精度和粗糙度要求高。该零件不允许有有疏松、针孔等铸造 缺陷，并且要求在 800－850KPa 气压下不允许漏气。 对于装配面，采用机加工的方式来保证尺寸精度和粗糙度要求，加工余量 0.5mm。螺纹孔采用铸出底孔的方式， 由机械加工完成扩孔和攻螺纹，底孔尺寸分别ф12mm 为ф14mm。出模斜度 1°～2°。有加工要求的孔，尺寸保证大 端，有装配要求的非加工孔尺寸保证小端，其余保证大端。收缩率确定为 0.6%。设计时，应重点保证内腔部位的内 部质量，避免加工后出现气孔。
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3 压铸模设计
3.1 确定分型面
分型面如图 2 所示，以该压铸件外底面端面作为分型面，侧面采用活动镶块成型，并采用抽芯结构，螺纹过孔 采用型芯对接方式，以减少铸件清理时掉肉。零件底面端面在该件的最大截面处，利用压铸件的包紧力使之在开模时留在动模一侧。并且，这样分型有利于保证铸件的尺寸精度和外观质量，也有利于排气和利于简化模具结构。
3.2 压铸机选择
根据锁模力选择压铸机，锁模力按下列公式计算： F 锁≥K(F 主+ F 分) （1）
式中，F 锁--压铸机应有的锁模力（KN） K--安全系数，一般取 1.25；F 主--主胀型力（KN） 分--胀型力（KN） ； ；F 。
3．2．1 主胀型力的计算 ． ． F 主＝AP/10
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（2）
式中，F 主--主胀型力(KN)；A--铸件在分型面上的总投影面积（cm ） ，一般增加 30%～50%作为浇注系统及溢流排气系统面积，这里 A=126.51 cm ；P--压射比压（MPa） ，考虑生产实际，并按常用铝合金压射比压推荐值选取 P=90MPa
2
计算得
F 主＝1138.59KN
F分 = ∑ A 芯 Ptan α / 10） （
3．2．2 分胀型力的计算 ． ． （3）
2 2
式中：F 分--分胀型力（KN） ；P--压射比压（MPa） ，同上，取 P=90MPa；A 芯--侧向活动型芯成型端的投影面积（cm ） ，这里 A=58.85 cm ； α ——楔紧块的楔紧角（度） ，这里取 21°。
计算得
F 分＝202.81KN
因此，F 锁≥K(F 主+ F 分) =1677.25KN 根据上述计算和工厂现有设备的负荷情况，采用一模一件，选用锁模力为 4200KN 的冷室卧式压铸机，压室直径 为 Φ50mm，压室偏心 100mm。
3.3 浇注系统设计
阀盖的浇注系统设计示意图，如图 4 所示：
图 4 阀盖的浇注系统
由于直浇道处于高温环境，容易损坏，为了方便更换，采用直浇道和浇口套一体构成，并采用分流锥稳定合金 液的流向，减少金属消耗量，便于活塞的跟踪顶出。 横浇道截面设计为扁梯形，深度 12mm，宽度 40mm，两侧出模斜度 15°，底部圆角 3mm。 内浇口设计是浇注系统设计的核心。内浇口设计在静模一侧，合金液从动模侧引入。内浇口截面积的确定是浇 注系统设计的重要环节，按下列经验公式计算: Ag=G/(ρVgt)
2 3 3
（4）
式中：Ag--内浇口截面积（cm ） ；ρ--合金的密度(g/ cm ),这里取 2.4 g/ cm ；G --通过内浇口的金属液质量（g）,这里为 604.5 g；
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2008 年优秀学士学位论文集
Vg——内浇口处金属液的流速（m/s）, 这里取 38m/s；t --型腔充填时间（s）, 这里取 0.055s。
计算得
Ag=120.5 mm
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因此，设计内浇口厚度为 2mm，宽度为 60.5mm. 溢流槽和排气槽是浇注系统中不可缺少的部分。在铸件的四个角的位置设置大容量溢流槽，调整金属液的流向， 收集冷污金属液和气体。溢流槽采用梯形截面，开设在动模上，其上设置推杆，增大铸件推出时的受力面，减少压 铸件变形。 排气槽置于溢流槽的后面，用于排出型腔中的气体。排气槽的尺寸为：深度 0.2mm，宽度 16mm。
3.4 模具结构设计
3．4．1 成型零件结构 ． ． 模具成型零件采用镶拼式结构，利于易损件的更换，降低模具制造成本。 型芯/镶块采用台阶式结构固定，这种结构制造和装配简便。 对于有方向性的型芯/镶块，这里采用了两种方式防转。对于比较小的型芯，采用平面式结构，即在其固定台阶 上磨出一直边，与其相关的装配面配合。对于较大的活动型芯/镶块，采用方形台阶，一周均为配合面，同时，增加 销钉式结构来定位。 3．4．2 抽芯结构 ． ． 采用斜杠抽芯机构，其特点是结构简单紧凑、动作安全可靠、加工制造方便。抽芯行程分别为 26mm 和 52.5mm。 采用 T 形滑块结构，其中导滑槽采用镶拼式结构，这样的结构加工方便，维护简单。滑块的限位采用定位钉结 构来实现。 模具结构如图 5 所示。
图 5 模具结构图
3.5 冷却系统设计
静衬模采用循环水道来实现型腔的冷却。 形成铸件内腔的型芯采用如图 6“点通水”结构来冷却。
1.铜管 2.通水器 3.通水接头 4. 通水塞 5. O 形圈铜管 6.铜管 图 6 “点通水”结构
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2008 年优秀学士学位论文集
4 基于 Pro/E 的模具 CAD 设计
4.1 建模
在 Pro/E 的 PART 模块中，综合运用多种特种命令，完成阀盖零件的三维建模。
4.2 开模
在 Pro/E 的 MOLD 模块中进行开模，主要是完成型腔、型芯、成型镶块的设计，这是整个 CAD 设计的核心部分。 1） 进入 MOLD 模块，导入零件模型，系统自动生产为参考模型； 2） 根据合金的特性，设置收缩率为 0.6%； 3） 创建工件，并将参考模型与工件装配在一起； 4） 创建模具体积块，具体就是设计型芯、活动型芯和活动镶块。进入Mold Volume,创建型芯/镶块，方法与 Part造型一样，关键步骤是采用Trim to Geom命令与参考模型进行关联。 5） 创建分型面，即定义动静衬模的分模面。 6） 分割体积块，其实质是将工件分割为衬模、型芯以及镶块。 7） 抽取体积块。在 Mold Volume 中，将衬模、型芯及镶块体积块一次抽取出来；
图 7 开模完成后的爆炸图 完成后的型腔如图 7 所示。
4.3 结构件建模
成型零件开模成功后，在 MOLD 模块中，用创建零件、修改零件的方法，进一步完成动、静模、固定板、推板、 滑块、抽芯等其他模具结构元件的三维造型。
4. 4 出图
在 DRAWING 模块中,完成铸件图和全套模具的工程图。
5 模具校核与模具工作原理
在上述设计完成之后，对锁模力、压室容量、模具厚度、开模行程等数据进行校核，确保模具能正常工作。 模具的动作过程如下；合模—压射—凝固—开模—顶出—预复位—合模。在合模/开模过程中，利用固定在静模 上的斜杠实现插芯/抽芯动作。
6 毕业设计总结
通过这次的毕业设计，从查阅资料计算数据到计算机绘图，我们都学到了不少东西，在压铸模 设计方面受益匪浅，增大了专业知识面的宽度和深度，锻炼了动手能力，为以后的工作打下了很好 的基础。
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参考文献
1 2 3 4 5 耿鑫明.发展中的中国压铸业. 机械制造与自动化.2004， ：6～8 （4） 李荣德 于海朋 袁晓光. 压铸技术的发展与应用.2003， ：597～601 （8） 陈光明.压铸模 CAD／CAE／CAM 的研究现状与发展.铸造技术，2004， ：148～149 （2） 唐玉林 苏仕方 徐爽等.世界压铸工业和市场的概况.铸造，2004， （10） ：951～957 SU Shifang,TANG Yulin,XU Shuang.The status of China die casting industry.Proceedings of the third China international diecasting congress, Shenyang,2004.4 6 7 8 9 赵爱萍 田蓉. 压铸铝合金制件的质量控制. 西南林学院学报，2006， （8）80～82 赖清华.压铸工艺及模具.北京：机械工业出版社，2007.7 潘宪曾主编. 压铸模设计手册. 北京：机械工业出版社，2006.7 模具实用技术丛书委员会.压铸模设计应用实例. 北京：机械工业出版社，2005.6
10 董艺 李文兵 胡华安等.CAD/CAE 在发电机支架压铸件开发中的应用.计算机应用技术.2007 年中国压铸、挤压铸造、半固体加工学术年 会专刊.2007：486～489 11 刘鸿文. 材料力学.北京:高等教育出版社，2004.1 12 大连理工大学工程画教研室. 北京:高等教育出版社，2003.8 13 洪亮. Pro/ENGINEER Wildfie 模具设计教程. 北京：清华大学出版社，2007.12 14 甘永立. 几何量公差与检测.上海：上海科学技术出版公司，2005.12
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