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  基于铝合金拉链头的压铸模具设计及模流分析 摘 要 铝合金因其优异的性能在人们的日常生活中使用得越来越普遍，而像拉链头这种精细的日常生活用品缺一直受加工工艺等限制不能低成本、高效率地生产。本毕业设计特意选取压铸成型工艺，优化了拉链头结构，进行了相关的模流分析，自行设计压铸模具，使拉链头能一体成型，实现其低成本、高效率和高质量的生产目标和设计目的。 关键词：压铸模具，拉链头，铝合金，模流分析 Abstract Aluminum alloys are more and more popular in peoples daily life because of their excellent performance, and the lack of fine daily necessities such as zipper sliders has been limited by processing techniques and cannot be produced at low cost and high efficiency. This graduation project specially selected the die-casting process, optimized the structure of the zipper sliders, carried out the relevant mold flow analysis, and designed the die-casting mold by myself, so that the zipper sliders can be integrally molded to achieve its low-cost, high-efficiency and high-quality production targets and the aim of project. Key words: Die casting mold, Zipper sliders, Aluminum alloy, Mold flow analysis 目 录 1 绪论 1 1.1 背景及研究的目的和意义 2 1.1.1 本毕业设计背景3 1.1.2 课题研究的目的和意义 3 1.2 压铸部分基本要素的发展现状与展望2 1.2.1 铸造铝合金的研究现状 3 1.2.2 压铸技术的现状 3 1.2.3 压铸技术的展望 3 1.2.4 压铸模具发展现状 3 1.2.5 压铸模具的发展展望 3 1.2.6 铸造CAD/CAE系统的研究3 1.3 课题有关技术的要求和要点 2 1.3.1 压铸模具的技术方面的要求 3 1.3.2 压铸工艺及压铸模具设计要点3 1.3.3 拉链头压铸模设计要点3 1.3.4 模流分析的部分要点 3 2 铝合金拉链头产品的设计 4 3 工艺分析与模具设计 4 3.1 工艺分析 5 3.1.1 产品工艺性分析 6 3.2 模具设计基本方案的拟定5 3.2.1 分型面设计 6 3.2.2 布局选择 6 3.2.3 浇注、排溢系统方案的设计 6 4 拉链头铸件模流分析 4 4.1 AnyCasting软件简介 5 4.1.1 软件简介 6 4.1.2 操作流程简介 6 4.2 建模前模流分析 5 4.2.1 用anyPRE进行仿线 用anySOLVER进行计算求解 6 4.2.3 用anyPOST分析结果6 5 拉链头压铸模具设计 4 5.1设备的选用和校核 5 5.1.1 锁模力选取 6 5.1.2 锁模力校核 6 5.1.3 压射比压的选取 6 5.1.4 拉链头铸件的投影面积和最大质量校核 6 5.1.5 压室容量的校核6 5.1.6 模具厚度与开合型距离的校核 6 5.2 浇注系统和排溢系统的设计的具体方案 5 5.2.1 浇注、排溢系统的概述 6 5.2.2 设计浇注系统6 5.2.3 排溢系统的方案设计6 5.3 侧抽芯机构的方案设计 5 5.3.1 基础知识简述 6 5.3.2 本毕业设计抽芯力和抽芯距离6 5.3.3 机构的选择及相关的设计 6 5.4 推出机构的方案 5 5.4.1 推杆推出机构的详细结构6 5.4.2 推杆的相关联的内容设计 6 5.5 成型零件的方案设计 5 5.5.1 成型零件的概述 6 5.5.2 设计成型零件结构及形式6 5.5.3 小型芯固定形式方案 6 5.5.4 镶块和型芯固定方案设计 6 5.5.5 成型零件的尺寸方案6 5.6 模体和结构零件的方案设计5 5.6.1 简述 6 5.6.2 模具主要结构件的设计 6 5.7 温度控制和调节系统方案的设计 5 5.7.1 加热系统的设计 6 5.7.2 冷却系统的设计 6 6 拉链头产品生产的全部过程4 6.1 生产的全部过程简述 5 6.2 压铸工艺卡 6 参考文献 4 致谢 4 附录A 4 5 6 PAGE 54 1 绪 论 背景及研究的目的和意义 1.1.1 本毕业设计背景 近些年来，随着我们国家改革开放实施的加速，我国的汽车、机械、航空、航天的领域的加快速度进行发展，促使我国的压铸行业的加快速度进行发展，从起初的压铸企业规模小、数量少、生产效率低、工艺和生产设备落后、产品质量差、行业标准低快速地发展成今天的压铸企业规模大、总数多、生产效率提高、工艺有质的提升、生产设备较为先进、产品质量较高、行业标准提升较大的状况 REF _Ref8240518 \r \h [1]。尤其是在市场对轻型、高硬度合金的需求持续不断的增加和低碳环保的理念的不断深入的情况下，由于铝合金具有密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性等特点，对于铝合金的压铸工艺及其性能的研究和运用更普遍 REF _Ref8240518 \r \h [1]。 压力铸造由于其加工出来的零件的尺寸精密、后期加工量少等特点一直很受制造业和市场欢迎，处于持续的发展上升期。在压铸设备如压铸机、数字控制机床等及其电气化、智能化的控制，压铸工艺即利用机器、模具和合金等三大要素，将压力、速度及时间统一的工艺流程，压铸合金如铝合金、锌合金、镁合金、黄铜及青铜等这样一些方面不断地取得新的突破 REF _Ref8240605 \r \h [13]。同时，随着国内汽车工业、家电行业、电子信息通讯行业及玩具行业等行业的快速的提升，逐步的提升了对压铸制品的要求如高精度、耐久的常规使用的寿命等，迫使压铸行业进行转换升级。但由于有关技术、人才、科学理论的限制，压铸技术及压铸制品仍有一些固有的问题没有正真获得彻底的解决，压铸用合金的许多潜能仍未得到充分发挥。 随着计算机的普及，互联网的发展，AI和自动化越来越普遍，计算机技术也被运用于模具设计和制造业，帮助模具的二维三维设计，产前的模拟模流分析来更好地在实际加工前解决一些存在的问题，加上并行制造技术的逐渐成熟，更是有效地提高了铸造工艺。 各种系列如Al-Si系、Al-Cu系、Al-Zn系等的铝合金的组织、性能的研究也慢慢变得多，主要是研究怎么样改变各系铝合金性能的方法和定性定量分析其关键的影响因素如各种合金元素的加入对各系铝合金性能的影响，如何对各系铝合金进行变质处理，怎么样提高各系铝合金的硬度等等。 1.1.2 课题研究的目的和意义 正是这些对铸造铝合金性能和工艺流程的不断研究，使铝合金的压铸成型技术和加工技术不断成熟，为压铸铝合金技术的应用的普及打下了基础。同时，计算机技术应用在模具制造业也慢慢变得成熟，如产品和模具三维的CAD建模技术、产前具有预测缺陷位置等功能的CAE模流分析技术和工艺流程中把计算机与生产设备联系在一起实现联动数字化加工的CAM技术等。除此之外，压铸技术在我们国家发展四十多年以来，通过不断向外国学习技术、引进设备到自主创新技术和自己研发设备，国内压铸产业链已经比较完整和趋于成熟，整体技术水平也有了明显的提高。在这个背景和基础上，本课题提出基于铝合金拉链头的压铸模具设计及模流分析，运用了日常生活中常见的、性能优越、成本低廉的铝合金对日常小物件拉链头使用压铸工艺大批量一体成型，既降低了人们的生活成本，又对国内压铸企业对于细小日常生活物件运用压铸技术生产这一领域有所启发，同时加深了本人对于压铸模具制造技术的认识和了解，提高了本人的压铸模具设计的水平。 压铸部分基本要素的发展现状与展望 铸造铝合金的研究现状 为了充分的发挥铝合金的潜力，学者和工程师们在铝合金的熔炼工艺和铸造工艺的研究上投入了更大的精力，进行了更多的研究 REF _Ref8240518 \r \h [1]。熔体处理技术的水平直接影响铸造铝合金的熔体质量的控制，而其中最关键的是如何高质量地去除铝液中的气体和夹杂物 REF _Ref8240518 \r \h [1]。上世纪80年代英国FOSECO公司一种叫RID的方法，能有效地去除氢及夹杂物 REF _Ref8240518 \r \h [1]。其他的还有英国HEPWRTH矿产化学有限公司研制出熔剂喷射机，糅合了气体净化和熔剂净化的优点 REF _Ref8240518 \r \h [1]。 在一些学者在对铝合金加工变形的控制的研究上不难发现，在对铝合金来加工的时候，因为材料本身的特性、切削刀具的使用不当和工艺流程中种种因素导致的残余应力不合理等问题的存在 REF _Ref8240785 \r \h [2]，而用压铸制造出来的铝合金产品，具有精度高，切削余量少甚至无切削余量的特点。正是这些特点使人们更关注压铸技术的研究和与压铸铝合金相关的工艺等的研究。 这些年来，随着我们国家科研的投入的增加和企业实践经验的增加，复合材料的研究越来越深入。复合技术的好处是基础金属/基质和所用增强材料的最重要特征组合了起来。这些金属基复合材料在硬度、刚度、强度和磨损方面具有改进材料性能的特性。同时随着材料性能的改善，其可加工性必然会下降，因此导致加工难度和成本的提高。由于自由表面的磨损，切削刀具在加工铝时开始磨损，所以铸造组件的磨损极高。在碳增强铝基复合材料方面的研究中，近年来，包括高能球磨（HEBM）、摩擦搅拌处理、片状冶金和纳米级分散在内的工艺已用来制造CNT-Al复合材料 REF _Ref8240815 \r \h [8]。即使这样，分散过程似乎是无效的，因为它改变了增强材料的母体性质，没获得所需的效果，所以要新的分散方法。 压铸技术的现状 压铸行业还存在技术和管理上的水准亟待提升的问题，以保证压铸制品能更好、更顺利地完成高质量和低成本的要求。比如如今的部分压铸企业大力引进日本的“阿米巴”经营模式，为提升员工积极性，生产的高效性，产品质量的保障，激发公司的发展的潜在能力等等而不断地努力。这也反映了技术和管理的创新仍是21世纪企业未来的发展和竞争的焦点。 而我国当前的压铸行业的发展存在几个问题：好的压铸设备仍需从德国、日本等发达国家进口，自主创新和研制能力不够；压铸制品的精度仍不满足市场需求，高精度良好的产品往往需要进口技术或工艺流程所需的设备零件；压铸行业的人才教育培训仍在发展期，需加速缩短人才教育培训周期，完善人才教育培训体系和制度，粤港澳大湾区中的广东珠海格力如今就比较注重年轻人才这方面的培养；压铸模具制造仍然是一个比较薄弱的环节 REF _Ref8240844 \r \h [3]，压铸模具是一个小行业，国内年总产值才两千多亿，并不高，很多人并不重视模具行业，特别是在如今浮躁的追求利益的世界，所以并不多人愿意投身模具行业，也并没多少的企业家愿意投资模具行业，导致模具行业的发展缓慢；二维、三维等模具设计制造软件绝大部分依赖外国公司的软件如西门子公司、Autodesk公司等，一旦外国技术封锁，国内的压铸模具设计必将会受制于人。 压铸技术的展望 生产高质量、无气孔的薄壁压铸制品一直是我们追求的目标 REF _Ref8240844 \r \h [3]，为实现这个目标我们要不断研发新的先进的压铸设备及自主的控制管理系统。上世纪末有学者提出高能充型是压铸机压射系统的发展趋势 REF _Ref8240844 \r \h [3]。未来薄壁铝合金或镁合金制件的充填速度必将要求更短 REF _Ref8240844 \r \h [3]。压铸设备里的金属前沿传感器是可以帮助我们准确了解充型和凝固过程中的热物理条件和变化的设备和手段 REF _Ref8240844 \r \h [3]。 此外，发展新的压铸技术例如使用半固态合金进行压铸，采用新的喷涂技术等都能很好地优化压铸工艺，提升压铸制品的精度和质量 REF _Ref8240844 \r \h [3]。目前金属液浇注进入压铸机的压室时往往存在局部凝固现象等常见的问题，需要对提高铸型寿命、焊合的防止、压铸制品质量的提高和合金在整个成型的过程中的环境条件的提高做出更多的努力。 未来由于市场需求增加和要求的提高，发展新的压铸合金材料仍然是一个必须做的工作。目前可以从金属复合材料，压铸镁合金，高铝锌基合金等方面着手更广泛而深入的研究开发工作。 此外利用计算机技术帮助压铸技术的发展是一个必然的趋势，并行工程（CE）、快速原型制造技术（RPM）计算机集成制造系统（CIMS）应该继续加速研发与利用。 REF _Ref8240844 \r \h [3] 压铸模具发展现状 模具制造水平的高低，慢慢的变成了衡量一国产品制造水平的重要标志，在很大程度上决定了产品的质量和研发能力 REF _Ref8241183 \r \h [16]。本世纪以来，我国模具行业发展迅速，我国的压铸模具总产量跃居世界第二，仅次于美国，慢慢的变成了真真正正的压铸大 国 REF _Ref8241210 \r \h [17]。我国压铸制件的产量现已居世界第一位，压铸模具的开发周期、生产质量和精度、技术水平都有了明显的提升，而相比于其他模具的设计和生产，压铸模的产量和产值仍然在冲压模和塑料模之后，压铸模具行业总体出售的收益持续增长，但正在经历产业升级阶段，向高端化、大型化、精密化的方向发展。当前，我国压铸模具出口大多分布在在欧美、日韩等地区，出口压铸模具的收入明显低于进口所得到的金额，这说明我们国家压铸模具的档次和价格与发达国家和地区的压铸模具相比仍然有一定的差距 REF _Ref8241239 \r \h [4]。 如今我国压铸模具的设计和生产制造企业有很多，大多分布在分布在沿海经济发达的省市地区，其他会比较集中地分布在辽宁、吉林、四川、重庆等汽车工业相对发达的省市。我国制造生产的压铸模具大都为中低档，价格偏低，寿命通常只达到国外先进企业的大约一半，而且我国的压铸模具制造显现出在管理上与日本等发达国家和地区的有较大的差距。 REF _Ref8241239 \r \h [4] 当前，我国压铸模具行业面临着许多机遇。随着粤港澳大湾区的建设和其他带动消费的政策的实施和“中国制造2025”的提出，制造产业纷纷转变发展方式与经济转型。模具因为其本身就具有高度定制化、非标准化、技术密集等的特点使得模具行业成为本轮人机一体化智能系统、产业提升的重点行业 REF _Ref8241319 \r \h [18]。在国家大力提倡自主研发、生产、制造新能源汽车的背景下，新能源汽车逐渐向轻量化发展的趋向下，汽车零部件市场助推着压铸模具的增长 REF _Ref8241341 \r \h [19]。目前，我国绝大部分的压铸制件的需求直接来自于汽车压铸零部件的需求。同时海外市场的拓展给我国的压铸模具行业带来了新的机遇。随着我们国家部分压铸模具设计和生产企业的水平的提升，同时我国的人口红利的存在即劳动成本仍然偏低，使我们国家生产的压铸模具有着非常明显的性价比优势，所以我国的本土压铸模具企业在欧洲、东南亚及“一带一路”的沿线国家赢得了稳定的订单和市场和新的发展机遇。 同时，我国的压铸模具行业也面临着各种各样的挑战。当今我国的大学与职业教育人才教育培训结构性失调，培养模式与制造业发展实际脱节，造成我国模具行业所需的人才缺失的缺口慢慢的变大，这将会成为继技术和资金外模具企业面临的最严峻的挑战 REF _Ref8241239 \r \h [4]。此外，我国压铸模具对于材料、技术、管理、环保等领域存在着许多明显或不明显的缺陷。国产的压铸模具常用的材料是H13钢材，其品质和稳定能力仍需要提高，而高品质、稳定性高的模具钢通常是采取进口的方式，进口模具钢材市场价格较高，导致模具的总成本增加，竞争力下降，丧失性价比优势 REF _Ref8241239 \r \h [4]。在制造技术方面，我国的压铸模具制造的总体技术水平和发达工业国家相比差距较大，其中复杂模具我国更是以复制模为主，缺乏自主创新 REF _Ref8241239 \r \h [4]。管理方面，我国许多压铸模具企业缺乏对现代企业管理制度的认识、学习和运用，因此导致许多压铸模具企业跟不上时代的发展，竞争力提升不起来，而被社会淘汰。在环保方面，当今社会对与压铸模具行业的减污、节能、降耗的环保要求愈来愈高 REF _Ref8241239 \r \h [4]。由于部分压铸模具企业没有下决心根治环保问题，导致其需要反复的人力、物力、财力的投入，这使环保问题的整治成为一些公司发展的痛点。中美贸易战和世界风云变幻的局势对我国的压铸模具出口造成了不小的影响。 压铸模具的发展展望 在我国“十三五”的规划下，我国正从“制造业大国”迈向“制造业强国”，未来的模具行业将会迎来数字化、自动化、智能化等高新技术的交叉融合 REF _Ref8241239 \r \h [4]，整个与模具有关的产业链必会整体被带动提升和变革。由于人口红利消失，大学和高职教育与制造业的不协调不匹配，具备创造新兴事物的能力和集成能力的模具人才的缺口将在比较久的未来长期存在，并成为制约中国模具行业发展的“瓶颈” REF _Ref8241239 \r \h [4]。模具行业因其自身的技术综合、工业之母等特点也必将成为中国的高端智能制造业。 铸造CAD/CAE系统的研究 计算机CAD技术能根据压铸机的性能特点、铸件的几何形状和所用的合金的性质来调整和确定铸造模具的浇道和浇注系统的位置、形状和尺寸。而计算机CAE技术则被用于进行铸造过程中熔融金属流体流动和热分析的复杂计算，以检查是不是存在与填充和凝固过程相关的一些缺陷。通过计算机CAD与CAE技术的交互影响，可以为铸造模具和压铸制品提供理想的设计和最佳的填充模式和最佳的热条件。其中P-Q2技术是一个需要我们来关注的技术，P-Q2技术是基于了解压铸机的泵送速率能力和可用于预测将铸造模具放在压铸机上时会发生啥情况的技术 REF _Ref8241515 \r \h [7]。利用P-Q2技术要遵循几个原则：避免尖角和部分突变；从流道入口到闸门平稳地减少流动面积；为在多个流道系统中进给的铸件的分段容积提供成比例的流动面积 REF _Ref8241515 \r \h [7]。 课题有关技术的要求和要点 压铸模具的技术方面的要求 压铸模具有许多技术方面的要求，例如高精度、低能耗、高性能、高常规使用的寿命等。在这些技术方面的要求中，压铸模具的常规使用的寿命因为对压铸模具企业的生产效益、生产所带来的成本、信誉和质量等有重要的影响而显得很重要。压铸模具寿命的影响因素有许多，通常能总结为两类：一类是基于压铸工艺方法的操作因素；一类是压铸模具本身特性的模具因素 REF _Ref8241562 \r \h [5]。 制作模具用的钢材的热疲劳是压铸模具失效的根本原因。因此有研究者从此原因出发，研究压铸模具钢材在压铸工艺循环过程中的主要缺陷和产生机理。有研究表明，在使用热处理方案解决压铸模具热疲劳问题时，采用真空淬火工艺将有比较广阔的发展前途 REF _Ref8241562 \r \h [5]。而有试验的根据结果得出：脱模剂种类和喷涂条件对模具龟裂纹有特别大的影响 REF _Ref8241562 \r \h [5]。 在操作条件上，压铸模具企业应该建立起良好的压铸操作规程和工艺要 求 REF _Ref8241562 \r \h [5]。应格外的注意生产开始的模具龟裂纹的抑制工作和适当地选择脱模剂的喷涂条件，这有助于延长压铸模具的寿命，可以多向德国、日本、美国等工业发达的企业和国家学习。 压铸工艺及压铸模具设计要点 压铸工艺有一些需要非常注意的要点。第一是对压铸机做到合理的选择，其中压铸机的锁模力是一个很重要的参数。因为良好的锁模力可以在压铸时对反压力产生很好的平衡效果，以此来实现分型面锁紧的目的，从而有很大效果预防“飞边”问题的出现，实现压铸制品的高精度和高质量。第二是对压铸温度的有效控制。压铸温度与压铸制件合不合格关系紧密，调节控制压铸温度需要考虑包括铸件结构、厚度、压力、合金种类以及压铸速度等各方面的影响因素，压铸温度过高会造成压铸制品裂纹的产生，压铸温度过低会造成压铸制品出现冷隔问题。第三是做好压铸速度与时间的协调。 压铸模具也有一些必须要格外注意的设计要点。一是分型面的选择，可以对分型面的组织密度以及内部衔接等关键要素做多元化的分析来进行分型面的选择。二是可以优化压铸模具冷却系统的设计。在实际的设计和操作环节，常常会因为压铸模具冷却系统的设计不当造成压铸模具在工作过程中其内部的热量分布不均的问题，影响着压铸制品的生产效率和最终质量。三是浇注系统的设计的优化问题，其中内浇口的设置点的选取是关键。 REF _Ref8241721 \r \h [6] 拉链头压铸模设计要点 压铸拉链头的结构一般很复杂，而且其产品的尺寸小，厚度很薄，对精度和产品的内部、表面上的质量要求很高。用压铸生产拉链头一般单腔所需的锁紧力远远低于压铸设备的锁紧力，会造成压铸设备性能的浪费，同时单腔设计不利于提高生产效率，所以一般模具设计为一模多腔生产拉链头 REF _Ref8241758 \r \h [9]。浇注系统、排溢系统和冷却系统等要根据前期模流分析结果、自身产品的结构和模具的实际结构可以进行合理、合适的设计。 拉链头模具成型零件的制造，就是高精度的小型压铸模具的制造，对制造工艺有很高的要求，其主要成型零件一定要采用线切割、电加工等工艺才能完成 REF _Ref8241776 \r \h [10]。拉链头模具的动定模型腔镶块要采用低损耗电加工和定位板的方法加工。如果有型芯滑块需要加工和制造，则需要每件钻孔攻丝、热处理、线切割、精磨和成型电极加工等工序完成加工制造。 REF _Ref8241776 \r \h [10] 模流分析的部分要点 压力铸造的中心环节就是对压铸件在充型过程中的流程控制，这种流程控制是通过对压铸产品在压铸成型的过程中其温度场、流场的数值模拟，准确地表现其中的规律 REF _Ref8241817 \r \h [11]。并对可能会产生的压铸缺陷比如缩松、缩孔和气孔等进行预测，然后实现对压铸工艺的优化，使铸件达到比较理想的充填成型状态 REF _Ref8241817 \r \h [11]。压铸模流分析的软件有很多，比如国内的有华铸CAE、美国的FLOW 3D、韩国的Anycasting等，主要的的求解方法不外乎有限元和有限差分算法，模流分析的一个较为重要的环节就是对前期模拟条件的设置要做到尽量准确和与实际生产的全部过程相符合。 2 铝合金拉链头产品的设计 在日常生活中所见较为复杂一些的拉链头产品均为几部分组装而成，如图2.1，这样不仅多了许多生产工序，降低了生产效率，还增加了生产所带来的成本。由于压铸拥有加工余量少、尺寸精度高等优点，因此，本模具设计尝试用压铸为成型工艺进行对拉链头的一次成型的设计和生产。具体拉链头设计如下：拉杆出入处设计为月牙形（中间空间大，两端开口小）的形式，既解决了拉链头的拉杆容易从传统拉链头缺口脱离的问题，也增强了拉链头的强度，利于拉链头铸件在成型的过程中金属液的充型和顺序凝固；同时在月牙缺口两端的部分设计了侧凹，更方便人们的对拉链头的抓拿，更加舒适方便的手感，同时提高了拉链头的美观性，如图2.2所示。材料选择铝合金，性能优越，成本低廉，耐用 REF _Ref8242156 \r \h [14]。 图2.1日常生活中的拉链头 图2.2 自行设计的拉链头三维图 3 工艺分析与模具设计 3.1 工艺分析 3.1.1 产品工艺性分析 图3.1所示为一款作者自己设计的拉链头，对日常生活中常见拉链头造型进行了功能性改善，材料采取使用铝合金ADC12，重量约为0.947g，平均壁厚为1.5mm，外观尺寸为长12mm，宽11.98mm，高10.60mm，最薄处壁厚仅为1mm。该产品属于小型压铸件，全部尺寸公差等级为IT12级，计划设计符合大批量生产规格要求。该产品小并且复杂，除了要上下侧抽芯，还要浇注成型出月牙形的通槽。产品要求外形光顺，无外观缺陷，内部不允许有夹渣、气孔、缩孔、缩松和裂纹等缺陷。 压铸设备选用卧式冷压室压铸机J113。 图3.1 自行设计的拉链头三维示意图 3.2 模具设计基本方案的拟定 3.2.1 分型面设计 由于拉链头顶部有侧凹，而且有贯通的槽，如果在此处设置侧抽芯的话，很容易产生不同侧抽芯机构之间的相互干涉，而且不容易设计冷却系统，使拉链头这些部位容易因为散热不当等问题造成气孔、缩孔等缺陷，影响产品质量。所以考虑采用对称分型，拉链头顶部侧凹和通槽成型采用型芯和型腔的凸凹模完成，拉链头其他的内部空间采用上下侧抽芯完成。分型面位置如图3.2所示。由于拉链头产品内腔有滑块抽芯，而且凸模包紧力较大，开模后只需在浇注系统的横浇道布置顶杆顶出产品即可，使拉链头产出后无顶杆顶出的痕迹，保证了产品的外观品质 REF _Ref8241776 \r \h [10]。 图3.2 分型面位置 3.2.2 布局选择 因为产品的二维模型很小，依据压铸机的选用方法 REF _Ref8242232 \r \h [12]大致估算锁紧力和已选的压铸设备，如果做成一模一腔的模具，所需锁紧力很小，对压铸设备的本身就具有的压力铸造性能造成非常大的资源浪费。因此选择一模四腔，估算的锁紧力比较靠近压铸设备的锁紧力，充分的利用了压铸设备的性能，同时提高了生产效率。如图3.3所示。 图3.3 一模四腔布局示意图 3.2.3 浇注、排溢系统方案的设计 金属压铸模浇注系统是压铸机压室内熔融的金属液在高温度高压力高速状态下充填压铸模型腔的通道 REF _Ref8240605 \r \h [13]。浇注系统是决定压铸件表面上的质量以及内部显微组织状态的主要的因素 REF _Ref8242232 \r \h [12]，这点也可以从模流分析部分看出来。排溢系统最重要的包含溢流槽和排气道两个部分，排溢系统和浇注系统在整个型腔充填过程中是一个不可分割的整体，所以在这里放在一起说明 REF _Ref8242308 \r \h [20]。 浇注系统的设计 如图2所示，由于本拉链头产品是薄壁较复杂类型的小型压铸件，考虑到充 填和凝固状态和力求更少的缺陷出现，同时考虑到产品是中间对称分型的分型面位置，所以在拉链头产品头部十字交叉处设计了搭边进料式内浇口，金属液在进入型腔时改变了流动方向，从端面进料，避免了金属液对细小型芯的正面冲击，延长了型芯和模具的寿命，如图3.4所示。 图3.4 内浇口位置示意图 横浇道设计为截面为正方形的但分段尺寸不同的横浇道，散热速度较快，同时实际加工较为方便。由于本毕业设计选择的压铸设备是卧式冷压室压铸机类型。卧式冷压室压铸模的直浇道主要由浇口套、浇道镶块和浇道推杆组成 REF _Ref8242343 \r \h [21]。根据压铸产品的结构和质量取压室直径为30mm，可知浇口套的内径也是30mm。本毕业设计选取的浇口套的形式如图3.5。 图3.5 本毕业设计的浇口套形式 排溢系统的设计 排溢系统最重要的包含溢流槽和排气道两个部分的设计 REF _Ref8242308 \r \h [20]。为避免铸件在开 模时留在定模内，溢流槽设置在分型面两侧，即动、定模两侧都有，为使溢流余料与压铸产品一起脱模，在溢流槽处设置了推杆，如图3.3所示。 溢流槽的设计和位置 溢流槽开设的部位有两个，如图3.6所示，分别是位于拉链头产品的底 部的两个位置，位置一的溢流槽以分型面为对称面，布置在动定模两侧；位置二的溢流槽只布置在动模一侧，为了增大铸件和浇注系统、排溢系统对定模的包紧力。全部溢流槽均采用Ⅰ型溢流槽 REF _Ref8242232 \r \h [12]，由参考文献 REF _Ref8242232 \r \h [12]可查阅到Ⅰ型溢流槽的尺寸推荐范围，再依据自己设计模具的实际，取位置一、位置二溢流槽的尺寸如下表3.1。 表3.1 本毕业设计溢流槽尺寸方案 (单位：mm) 溢流槽位置 口宽度h 口长度l 口厚度b 槽半径R 槽长度中心距H 位置一 8 3 0.5 5 12 位置二 8 3 0.8 8 14.4 为便于脱模，将溢流口的脱模斜度做成30°。本模具设计的是一模四腔，所以一共设置八个溢流槽。 图3.6 溢流槽设计示意图 排气槽的设计的具体方案 为避免型腔内的气体影响金属液流的正常有序的充型和流动，然后产生气孔、缩松和缩孔等压铸缺陷，所以设计合理的排气槽，有序和充分地排出型腔中的气体。本拉链头产品的模具一共布设了9条排气槽，排气槽深度取0.15mm，宽度取8mm。其结构示意图如图3.3所示。 3、其他结构的设计。本拉链头压铸产品的的压铸模模架可采用标准模架，使用组合式型芯型腔，推出机构是使用推杆推出机构，推杆的分布如图3.7所示。 图3.7 推杆的分布 4 拉链头铸件模流分析 4.1 AnyCasting软件简介 4.1.1 软件简介 AnyCasting是韩国AnyCasting公司自主研发的基于windows操作平台的高级铸造模拟软件系统，是专对于各种铸造工艺过程开发的仿真系统，能够直接进行铸造的充型、热传导和凝固过程的模拟仿真分析。AnyCasting是使用有限差分原理进行网格划分，计算时间和模拟仿真过程较快，同时操作界面简洁实用，软件功能较为齐全，模流分析结果与实际生产的全部过程较为贴合的一款铸造类模流分析软件 REF _Ref8242475 \r \h [22]。在AnyCasting的五个模块中，直接用的是anyPRE、anySOLVER、anyPOST三个模块，anyDBASE模块在anyPRE中设置材料属性、热交换系数等时候使用，anyMESH模块在需要修改网格信息才使用 REF _Ref8242494 \r \h [23]。 4.1.2 操作流程简介 第一步 用UG、CATIA、solidworks等软件进行三维建模，三维建模文件转成STL文件，导入anyPRE中 第二步 anyPRE仿真条件个性化设置 设置实体→设置铸型→设置求解域→划分均匀网格→初边条件设置→界面热交换条件设置→浇口设置（要点）→重力设置→可选模块设置（根据自身的需求）→设置仪器→求解条件设置→求解运算 REF _Ref8242519 \r \h [24] 第三步 anySOLVER计算 对所设置的条件进行模流分析的仿真的计算求解 第四步 anyPOST结果观看分析 过程数据分析,简单收缩分析,高级铸件分析,微观结构分析 REF _Ref8242542 \r \h [25]。 4.2 建模前模流分析 本模具设计的一模四腔，为便于分析，选取单腔（包含拉链头压铸产品和主要横浇道、内浇口）进行模流分析。 4.2.1 用anyPRE进行仿真条件设置 原始状态，如图4.1所示。 图4.1 导入STL文件进入anyPRE 导入CAD建模后转换成的STL文件进入anyPRE后，在anyPRE中设置实体、设置模具、设置求解域（使横浇道端部漏出求解域）、划分均匀网格后如表4.1和图4.2所示。 表4.1 网格信息 实体 3 表面单元 1396 所有网格 795759 网格大小（dx） 0.253731,0.253731 网格大小（dy） 0.252336，0.252336 网格大小（dz） 0.252252，0.252252 网格划分时间 0.288sec 图4.2均匀网格划分后的剖面示意图 然后是进行任务设计的条件确定（包含目标工艺、分析类型的确定），目标工艺选为高压铸造（即压铸），分析类型选择充型及凝固过程全分析；材料确定（包含铸件和流道材料的选择、模具材料的选择），浇注的金属选为铝合金ADC12（日本牌号），模具材料选择SCM430（韩国牌号）；初始条件（型芯、型腔、模具和冷却介质等的初始工作时候的温度设置等），设置模具初始工作时候的温度为 200°C，室温为25°C；设置热传导系数和涂层基本信息参数。 之后是进行浇口条件设置，倒流控制不激活，浇注温度选680°C，充型条件即浇注速度尝试选取500cms，软件自动计算充型时间大概是0.022880秒。具体如图4.3和表 图4.3 浇注入口选择图 表4.2 “浇口条件”对话框设置 名称 gate-1 浇注温度 680°C 浇注速度 500cm/s 估计充型时间 0.022880s 在这之后是进行重力设置，选取重力方向和重力加速度。随后进行可选模块设置：进行流体流动模型设置，激活该模型，设置为默认设置；激活氧化夹渣模型，设置为默认设置；激活收缩模型，设置为默认设置；激活微观组织模型，设置为默认设置；高压铸造不选取偏析模型进行激活；为减少软件分析和计算时间，不进行循环工艺模块的激活，实际的生产按需激活，如今只取一次完整的循环进行模流仿真分析，也符合标准要求；激活背压模型，默认简单背压；激活压室模型并进行压室、装载熔体、压射过程等相关参数的预设置。随后是进行传感器的设置，如图4.4所示。 （a）横浇道和内浇口的传感器设置；（b）铸件分型面的传感器设置； （c）上部侧壁的传感器设置；（d）上部平面的传感器设置 图4.4 各个部位的传感器设置示意 最后是进行求解条件的设置，充型部分条件为默认设置，热/凝固分析也为默认设置；进行结束/输出条件的设置，结束条件设置为凝固率100%，输出条件中的充型率间隔改为2%，增加输出数据的密集度，使仿真动画效果更好，输出条件中的固相分数的间隔为默认的5%。 这样，用anyPRE在模流分析仿真前的条件设置就完成了。点击运行求解将直接运用anySOLVER进行对所设置的条件进行模流分析的仿线 用anyS

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