压铸机设计心得
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尺寸来定或按[τ]=350kg/cm²计算. n—剪切面数目,通常取,4,6,8,不宜再多。如 200 顿以下,n=4,如下图; 250~500 顿机 n=6, 650 顿机以上 n=8。
剪切面超过 8 会增加制造,装配的困难,而且铰边承载的能力已不随剪切面增加而成比例的增加, 示例 1: AK-Z1500, F=15000kg, n=4. 大铰边Φ26x180,(小铰边Φ24x70), 则 [τ]=(15000/2)/ (π/4)x2.6²x4=353kg/cm²
650T 取 40﹪,240mm; π/4x16²x60x0.4= 4.823 L
850T 取 1/3,250mm; π/4x16²x75x1/3= 5.024 L
P2=17.5MPa
46ห้องสมุดไป่ตู้22
66
78
△P=10﹪, P1=15.75MPa, P0=10.7875MPa(110kg/c m)
储能 器实 际容 积: 主瓶 +空 瓶 20
0.11~0.13
*温差法: 用液态氮气浸泡‘铰司’几分钟,至零件表面不冒气泡即可取出,直接放入配对的座孔
内,待其温度回升至室温即获得紧密的配合,以Φ140x120 大铰司为例,冷冻后其外径的收缩量约
0.15~0.20mm,操作过程应戴手套和使用夹具,手不得直接接触液氮,以免冻伤。
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冷室机二速储能器总容量计算示例
设定二速行程/射料 最高工程压力
行程
P2
二速全程耗油 △V
最低工程压力 P1 △P=10﹪ 充气压力 P0
储能器计算容积 n=1.25
160T 取 40﹪,136mm; π/4x11²x34x0.4= 1.291 L
P2=13.729MPa(140kg/cm ²)
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二、蓄能器容积 V0 的计算: 蓄能器工作过程大多属于‘多变过程’,蓄能时,气体压缩为等恒过程,放油时,气体膨胀为绝 热过程。
式中,n 为多变指数。 *新编液压工程手册,下册 P.1774,雷天觉主编,北京理工大学出版社. 1998.12 *(德),STAUFF 蓄能器说明书。 如果只用于维持压力,补偿泄漏,其释放能量速度缓慢,(气体压缩/膨胀<3min)气体是在等温条 件下工作,即蓄能器工作为等温过程,如果压力稳定,容积补偿,配重等。 n=1,则:
问题,应该是合适的设计。
但是加工件即使符合尺寸公差要求,都仍然有上差和下差之分,精确的做法应该是‘分组选配’,
对每个铰司和座孔进行测量,选出‘过盈量’合适的铰司和座孔配对,难于配对的就要返工或报
废。
铰司外径
选配过盈量(推荐值得)
Φ40~60
0.05~0.07
Φ70~130
0.08~0.10
Φ140~160
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例 2: DWA63,F=63000kg, n=4 大铰边Φ55x272(小铰边Φ36x123) 侧 [τ]=(63000/2)/ (π/4)x5.5²x4=331kg/cm² 例 3: UBE500 ,F=500000kg, n=6 大铰边Φ80x530(小铰边Φ40x435) 侧 [τ]=(500000/2)/ (π/4)x8²x6=830kg/cm² 通常 80T~850T 机,按[τ]=600kg/cm²设计。 6.大小铰司. *铰司的设计: 铰司内径按铰边的计算而定,铰司宽度 B 按下式计算。 [σ]压=(F/2)/nBd N 为承受相应载荷的铰司数目 设计基准资料,P3 指出 80~350T 机 [σ]压≦800kg/cm², 500T 以上机 [σ]压≦1200kg/cm², 通常 80~850T 机也可全部按 [σ]压≦900kg/cm²设计. 注意上述计算所得的面压力并不等于铰司内表面单位面积承受的压力,只是一个相对比较的概 念。 示例 1: DAW63 F=63000kg, n=2,大铰司Φ64xΦ55x55. [σ]压=(63000/2)/2x5.5x5.5=520kg/cm² 示例 2: UBE500 F=500000kg, n=3,大铰司Φ100xΦ80x90(小铰司Φ50xΦ40x80), [σ]压=(500000/2)/3x8x9=1157.5kg/cm²
P1=12.356MPa (126kg/cm)
20.92L
280T 取 50﹪,207.5mm; π/4x12²x41.5x0.5= 2.345 L
P0=8.826MPa(90kg/cm²) 37.98
350T 取 50﹪,252.5mm; π/4x12²x50.5x0.5= 2.854 L
500T 取 40﹪,232mm; π/4x15²x58x0.4= 4.098 L
第 2 页，共 16 页
一、锁模机构的设计: 锁模机构的设计,我们还处于相对落后的水平,根本没有条件利用计算器技术进行设计,只能
采用放大样式‘模拟’近似的计算。 模板承受连续弯曲载荷的简支梁,按普通梁的弯曲理论计算其载荷(弯矩)与模板厚度的平方
成正比, M1/M2=(h1/h2)²,再选定一成熟的机型,按其大小进行模拟计算. *哥林柱,按照拉伸强度进行设计。 [σ] = (F/4)/(π/4)d² 式中: d—哥林柱直径, F—锁模力, [σ]—许用应力,材质 45#,40Cr 或者 38CrMoAl 通常[σ]取 750~900kg/cm², 其安全系数达 10 以上,各厂家设计使用的哥林柱都大同小异。 实践表明,尽管安全系数很高,但仍存在偶尔断裂的现象,可能原因: 1. 四条哥林柱受力不均; 2. 断裂大多数发生在与头板螺母接合的端面处。 据分析这是由于模板刚性小,变形大,随着模具的开合,使哥林柱承受交变的弯曲应力导致疲 劳而断裂。所以模板(头板,中板)必须有足够的刚性,设计基准数据,P.1,河内裕明先生提出模 板的弯曲度<0.1mm。 3. 哥林柱表面粗糙度不应低于 0.4,(并镀硬铬) 这不单是指与铜司配合的表面,也包括与螺母接合段的表面,这是提高疲劳强度的有效措施。 两端螺纹表面粗糙度不应低于 1.6,特别是调模的螺纹,否则很容易与螺母拉花咬住。 4. 两端螺母与基板接触面的面压力<900kg/cm²,以防长时间反复挤压接触面出现变形。 头板螺母高 H=0.8~1.2d(螺纹直径),,外径 D=1.5d,而螺纹直径 d/s(螺距)=15~20,具体加工工艺参 考附图一,二,三有关资料。 5. 大铰边一般按剪切强度设计. [τ]=(F/2)/ (π/4)d²n 式中: F—锁模力,d---大铰边直径, [τ]许用剪应力,视铰边材质的不同可取 600~800kg/cm² 对于小型机,为 100T 以下按上述许用剪应力计算的大铰边直径会较小,这时可按曲肘的结构
Φ100,最大过盈量为 0.125,装配比较困难,压入铰司时会切削座孔。
特别是座孔光洁度不高时,切削量更大,可能适得其反,造成松动,所以 H7/u6 配合最好采用温差法
进行装配。
建议大铰司采用 H7/t6,小铰司采用 H7/t6 或者 H7/s6 配合。
其属于中型压入配合,可用压入法或者温差法进行装配,在实际装配及使用过程中都没有出现大
如果蓄能器用于大量放油时,释放能量迅速来不及与环境进行热交换,气体是在绝热条件下 工作为蓄能,冲击/脉动缓冲。则
式中,k 为绝热指数,一般为 1.4,(略去温度的影响),多变指数 n 是膨胀 (压缩)时间的函数。 实际上蓄能器的工作过程是一多变过程,式中多变指数 n 一般推荐为 1.25; P2---最高工程压力, P1---最低工程压力(二速蓄能器△P≦10﹪,即 P1 ≧90﹪x P2) P0---预充气压力 △V 为可贮存(或可利用)压力油体积 说明: △V↑, 则 P0↓ , P2-P1↓,蓄能器的容积 V0 越大。
机型
160T
280T
500T
650T
二速蓄能 20L
20+20=40L
25+20x2=65L
36+20x2=76L
器容积
V0
最高工作 140kg/cm²
压铸机设计依据: 1. 国家机械工业局批发的有关压铸机的行业标准: *压铸机参数:于 1989 年 3 月以 GB10925~89 首次发布,于 1995,1999 年先后调整为 JB/T8083-95 和 JB/T8083-99;2000 年再次修订为 JB/T8083-2000。 *冷室压铸机技术要求: JB/T8084.2-2000 *压铸机安全要求: JB/T10145-1999 *热室,卧式冷室压铸机可靠性试验方法: JB/T50119-1998 2.有关机型(特别名牌压铸机)规格说明。 3.设计经验,包括有关厂商的经验。如东洋机械金属株式会社会,河内裕明‘压铸机械设计基准’, 详见附图,共 5 页 4.客户的要求。
第 1 页，共 16 页
压铸机设计
作为压铸机的设计人员,除了要熟悉压铸机的结构,加工,装配等,还应当对压铸工艺和压铸模 具有充分的了解,才能使设计的压铸机达到预期的效果,(附件数据 P.5 列举出基本的压铸工艺参 数)主要的有: *‘比压’: 是指合金液在模腔内承受的压力。表内列出确保压铸件质量所需的比压范围。压铸 机的铸造压力(压射力除以锤头的截面积)必需满足比压的要求。 *‘胀型力’:压铸成型时模具的胀型力等于压铸件所选用的‘比压’和压铸件在模具分型面上 的投影面积(另加 30％作为浇注系统和溢流排气系统的面积)相乘积。 压铸机所提供的锁模力必需大于压铸成型的胀模力，否则就会飞料。 *‘射料速度’:以冷室压铸机为例,压铸过程中至少应有三段压射速度。 1.低速压射(见附件数据 P.1):因为压射室(入料筒)加料时的充满度最多是 75％,一般为 40~50％,所 以压射室和浇道内存留不少空气,低速射料目的就是在合金料到达模具内浇口前,把压射系统内 的空气尽量赶出模具以减少制品的含气量,速度的大小一般为 0.1~0.5M/S,而主要要求是速度稳 定。 2.高速射料: 当合金料到达模具内浇口,进入模腔时,要求合金料的充填速度要快,各种合金所要求 的充填速度不同(见附件数据 P.5),速度低保证不了质量,速度过高会产生粘模。 3.增压: 当合金料充满型腔又没有凝固之前,适时增压,提升型腔内合金液的压力,以获得更致密的 制品。
*铰司的外径则可参考有关厂商的制作规格而定,附图四列出某厂生产的铰司规格.
注: 05.05.10 东芝板西先生指出[σ]压=700kg/cm²
其使用寿命可达 20 年(当然是在润滑正常的前提下)
*大小铰司的配合公差.
附图五所列数据,大、小铰司与座孔采用 H7/u6 配合,属重型压入配合,过盈量大,如名义直径
*大小铰司装配后,内径会收缩。其收缩量受到零件的强度,表面粗糙度,装配工艺等因素的影响。 在目前的工艺水平下,其收缩量约为过盈量的 1/3,所以大铰司与大铰边,小铰司与小铰边的配合 要考虑此收缩量,附图五数据采用 D7/h8 配合,(也可以选用 E8/f7 配合)。两者的配合间隙接近, 但 f7 对铰边的加工精度要求较低。 *二板铜司. 二板铜司与哥林柱之间的配合间隙要求为 0.1mm 左右,*可用塞尺加以检验,如果铜司磨损,间 隙增大,就要及时更换铜司。所以铜司要有足够好的同轴度,又要便于装拆,建议采用带挡肩的铜 司,其外径采用过渡配合 H7/k6,这种结构,同轴度尚好,装拆也方便,(用胶手锤打入),也不会掉入 中板哥林柱孔,而且哥林柱基孔也可一刀加工,不用掉头,保证了基孔的同轴度。 铜司内径的尺寸公差取 E8,它与哥林柱 h8 组成的配合 E8/h8, ‘间隙’符合要求,而哥林柱也能 用手推进。 铜司的具体结构哥参考 GB2509-81‘整体轴套的内外径及挡边尺寸’,机械设计手册第四册 P.27-218,机械工业出版社 98 年 3 月版和附图六所示。
备注 OK
20+20 压降 =40 △P=
10﹪ 二速 最大 行程 为 52﹪ 25+20 OK =45
25+20 OK x2=65
36+20 OK x2=76
36+20 x2=76 P0= 110kg /cm²,
第 7 页，共 16 页 按二速度蓄能器的实际容积 V0 和运行工况(△P=10﹪)计算二速的最大行程。
剪切面超过 8 会增加制造,装配的困难,而且铰边承载的能力已不随剪切面增加而成比例的增加, 示例 1: AK-Z1500, F=15000kg, n=4. 大铰边Φ26x180,(小铰边Φ24x70), 则 [τ]=(15000/2)/ (π/4)x2.6²x4=353kg/cm²
650T 取 40﹪,240mm; π/4x16²x60x0.4= 4.823 L
850T 取 1/3,250mm; π/4x16²x75x1/3= 5.024 L
P2=17.5MPa
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△P=10﹪, P1=15.75MPa, P0=10.7875MPa(110kg/c m)
储能 器实 际容 积: 主瓶 +空 瓶 20
0.11~0.13
*温差法: 用液态氮气浸泡‘铰司’几分钟,至零件表面不冒气泡即可取出,直接放入配对的座孔
内,待其温度回升至室温即获得紧密的配合,以Φ140x120 大铰司为例,冷冻后其外径的收缩量约
0.15~0.20mm,操作过程应戴手套和使用夹具,手不得直接接触液氮,以免冻伤。
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冷室机二速储能器总容量计算示例
设定二速行程/射料 最高工程压力
行程
P2
二速全程耗油 △V
最低工程压力 P1 △P=10﹪ 充气压力 P0
储能器计算容积 n=1.25
160T 取 40﹪,136mm; π/4x11²x34x0.4= 1.291 L
P2=13.729MPa(140kg/cm ²)
第 5 页，共 16 页
二、蓄能器容积 V0 的计算: 蓄能器工作过程大多属于‘多变过程’,蓄能时,气体压缩为等恒过程,放油时,气体膨胀为绝 热过程。
式中,n 为多变指数。 *新编液压工程手册,下册 P.1774,雷天觉主编,北京理工大学出版社. 1998.12 *(德),STAUFF 蓄能器说明书。 如果只用于维持压力,补偿泄漏,其释放能量速度缓慢,(气体压缩/膨胀<3min)气体是在等温条 件下工作,即蓄能器工作为等温过程,如果压力稳定,容积补偿,配重等。 n=1,则:
问题,应该是合适的设计。
但是加工件即使符合尺寸公差要求,都仍然有上差和下差之分,精确的做法应该是‘分组选配’,
对每个铰司和座孔进行测量,选出‘过盈量’合适的铰司和座孔配对,难于配对的就要返工或报
废。
铰司外径
选配过盈量(推荐值得)
Φ40~60
0.05~0.07
Φ70~130
0.08~0.10
Φ140~160
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例 2: DWA63,F=63000kg, n=4 大铰边Φ55x272(小铰边Φ36x123) 侧 [τ]=(63000/2)/ (π/4)x5.5²x4=331kg/cm² 例 3: UBE500 ,F=500000kg, n=6 大铰边Φ80x530(小铰边Φ40x435) 侧 [τ]=(500000/2)/ (π/4)x8²x6=830kg/cm² 通常 80T~850T 机,按[τ]=600kg/cm²设计。 6.大小铰司. *铰司的设计: 铰司内径按铰边的计算而定,铰司宽度 B 按下式计算。 [σ]压=(F/2)/nBd N 为承受相应载荷的铰司数目 设计基准资料,P3 指出 80~350T 机 [σ]压≦800kg/cm², 500T 以上机 [σ]压≦1200kg/cm², 通常 80~850T 机也可全部按 [σ]压≦900kg/cm²设计. 注意上述计算所得的面压力并不等于铰司内表面单位面积承受的压力,只是一个相对比较的概 念。 示例 1: DAW63 F=63000kg, n=2,大铰司Φ64xΦ55x55. [σ]压=(63000/2)/2x5.5x5.5=520kg/cm² 示例 2: UBE500 F=500000kg, n=3,大铰司Φ100xΦ80x90(小铰司Φ50xΦ40x80), [σ]压=(500000/2)/3x8x9=1157.5kg/cm²
P1=12.356MPa (126kg/cm)
20.92L
280T 取 50﹪,207.5mm; π/4x12²x41.5x0.5= 2.345 L
P0=8.826MPa(90kg/cm²) 37.98
350T 取 50﹪,252.5mm; π/4x12²x50.5x0.5= 2.854 L
500T 取 40﹪,232mm; π/4x15²x58x0.4= 4.098 L
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一、锁模机构的设计: 锁模机构的设计,我们还处于相对落后的水平,根本没有条件利用计算器技术进行设计,只能
采用放大样式‘模拟’近似的计算。 模板承受连续弯曲载荷的简支梁,按普通梁的弯曲理论计算其载荷(弯矩)与模板厚度的平方
成正比, M1/M2=(h1/h2)²,再选定一成熟的机型,按其大小进行模拟计算. *哥林柱,按照拉伸强度进行设计。 [σ] = (F/4)/(π/4)d² 式中: d—哥林柱直径, F—锁模力, [σ]—许用应力,材质 45#,40Cr 或者 38CrMoAl 通常[σ]取 750~900kg/cm², 其安全系数达 10 以上,各厂家设计使用的哥林柱都大同小异。 实践表明,尽管安全系数很高,但仍存在偶尔断裂的现象,可能原因: 1. 四条哥林柱受力不均; 2. 断裂大多数发生在与头板螺母接合的端面处。 据分析这是由于模板刚性小,变形大,随着模具的开合,使哥林柱承受交变的弯曲应力导致疲 劳而断裂。所以模板(头板,中板)必须有足够的刚性,设计基准数据,P.1,河内裕明先生提出模 板的弯曲度<0.1mm。 3. 哥林柱表面粗糙度不应低于 0.4,(并镀硬铬) 这不单是指与铜司配合的表面,也包括与螺母接合段的表面,这是提高疲劳强度的有效措施。 两端螺纹表面粗糙度不应低于 1.6,特别是调模的螺纹,否则很容易与螺母拉花咬住。 4. 两端螺母与基板接触面的面压力<900kg/cm²,以防长时间反复挤压接触面出现变形。 头板螺母高 H=0.8~1.2d(螺纹直径),,外径 D=1.5d,而螺纹直径 d/s(螺距)=15~20,具体加工工艺参 考附图一,二,三有关资料。 5. 大铰边一般按剪切强度设计. [τ]=(F/2)/ (π/4)d²n 式中: F—锁模力,d---大铰边直径, [τ]许用剪应力,视铰边材质的不同可取 600~800kg/cm² 对于小型机,为 100T 以下按上述许用剪应力计算的大铰边直径会较小,这时可按曲肘的结构
Φ100,最大过盈量为 0.125,装配比较困难,压入铰司时会切削座孔。
特别是座孔光洁度不高时,切削量更大,可能适得其反,造成松动,所以 H7/u6 配合最好采用温差法
进行装配。
建议大铰司采用 H7/t6,小铰司采用 H7/t6 或者 H7/s6 配合。
其属于中型压入配合,可用压入法或者温差法进行装配,在实际装配及使用过程中都没有出现大
如果蓄能器用于大量放油时,释放能量迅速来不及与环境进行热交换,气体是在绝热条件下 工作为蓄能,冲击/脉动缓冲。则
式中,k 为绝热指数,一般为 1.4,(略去温度的影响),多变指数 n 是膨胀 (压缩)时间的函数。 实际上蓄能器的工作过程是一多变过程,式中多变指数 n 一般推荐为 1.25; P2---最高工程压力, P1---最低工程压力(二速蓄能器△P≦10﹪,即 P1 ≧90﹪x P2) P0---预充气压力 △V 为可贮存(或可利用)压力油体积 说明: △V↑, 则 P0↓ , P2-P1↓,蓄能器的容积 V0 越大。
机型
160T
280T
500T
650T
二速蓄能 20L
20+20=40L
25+20x2=65L
36+20x2=76L
器容积
V0
最高工作 140kg/cm²
压铸机设计依据: 1. 国家机械工业局批发的有关压铸机的行业标准: *压铸机参数:于 1989 年 3 月以 GB10925~89 首次发布,于 1995,1999 年先后调整为 JB/T8083-95 和 JB/T8083-99;2000 年再次修订为 JB/T8083-2000。 *冷室压铸机技术要求: JB/T8084.2-2000 *压铸机安全要求: JB/T10145-1999 *热室,卧式冷室压铸机可靠性试验方法: JB/T50119-1998 2.有关机型(特别名牌压铸机)规格说明。 3.设计经验,包括有关厂商的经验。如东洋机械金属株式会社会,河内裕明‘压铸机械设计基准’, 详见附图,共 5 页 4.客户的要求。
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压铸机设计
作为压铸机的设计人员,除了要熟悉压铸机的结构,加工,装配等,还应当对压铸工艺和压铸模 具有充分的了解,才能使设计的压铸机达到预期的效果,(附件数据 P.5 列举出基本的压铸工艺参 数)主要的有: *‘比压’: 是指合金液在模腔内承受的压力。表内列出确保压铸件质量所需的比压范围。压铸 机的铸造压力(压射力除以锤头的截面积)必需满足比压的要求。 *‘胀型力’:压铸成型时模具的胀型力等于压铸件所选用的‘比压’和压铸件在模具分型面上 的投影面积(另加 30％作为浇注系统和溢流排气系统的面积)相乘积。 压铸机所提供的锁模力必需大于压铸成型的胀模力，否则就会飞料。 *‘射料速度’:以冷室压铸机为例,压铸过程中至少应有三段压射速度。 1.低速压射(见附件数据 P.1):因为压射室(入料筒)加料时的充满度最多是 75％,一般为 40~50％,所 以压射室和浇道内存留不少空气,低速射料目的就是在合金料到达模具内浇口前,把压射系统内 的空气尽量赶出模具以减少制品的含气量,速度的大小一般为 0.1~0.5M/S,而主要要求是速度稳 定。 2.高速射料: 当合金料到达模具内浇口,进入模腔时,要求合金料的充填速度要快,各种合金所要求 的充填速度不同(见附件数据 P.5),速度低保证不了质量,速度过高会产生粘模。 3.增压: 当合金料充满型腔又没有凝固之前,适时增压,提升型腔内合金液的压力,以获得更致密的 制品。
*铰司的外径则可参考有关厂商的制作规格而定,附图四列出某厂生产的铰司规格.
注: 05.05.10 东芝板西先生指出[σ]压=700kg/cm²
其使用寿命可达 20 年(当然是在润滑正常的前提下)
*大小铰司的配合公差.
附图五所列数据,大、小铰司与座孔采用 H7/u6 配合,属重型压入配合,过盈量大,如名义直径
*大小铰司装配后,内径会收缩。其收缩量受到零件的强度,表面粗糙度,装配工艺等因素的影响。 在目前的工艺水平下,其收缩量约为过盈量的 1/3,所以大铰司与大铰边,小铰司与小铰边的配合 要考虑此收缩量,附图五数据采用 D7/h8 配合,(也可以选用 E8/f7 配合)。两者的配合间隙接近, 但 f7 对铰边的加工精度要求较低。 *二板铜司. 二板铜司与哥林柱之间的配合间隙要求为 0.1mm 左右,*可用塞尺加以检验,如果铜司磨损,间 隙增大,就要及时更换铜司。所以铜司要有足够好的同轴度,又要便于装拆,建议采用带挡肩的铜 司,其外径采用过渡配合 H7/k6,这种结构,同轴度尚好,装拆也方便,(用胶手锤打入),也不会掉入 中板哥林柱孔,而且哥林柱基孔也可一刀加工,不用掉头,保证了基孔的同轴度。 铜司内径的尺寸公差取 E8,它与哥林柱 h8 组成的配合 E8/h8, ‘间隙’符合要求,而哥林柱也能 用手推进。 铜司的具体结构哥参考 GB2509-81‘整体轴套的内外径及挡边尺寸’,机械设计手册第四册 P.27-218,机械工业出版社 98 年 3 月版和附图六所示。
备注 OK
20+20 压降 =40 △P=
10﹪ 二速 最大 行程 为 52﹪ 25+20 OK =45
25+20 OK x2=65
36+20 OK x2=76
36+20 x2=76 P0= 110kg /cm²,
第 7 页，共 16 页 按二速度蓄能器的实际容积 V0 和运行工况(△P=10﹪)计算二速的最大行程。