14 個設計技巧幫助您打造更出色的壓鑄項目

壓鑄設計

壓鑄製程能夠有效率、精準地生產大量金屬零件,並保證良好的表面品質。然而,其成功與否很大程度取決於零件設計,而零件設計必須符合快速充型和高壓凝固的物理原理。設計不當,例如壁厚不均、尖角、質量過集中或公差過小等,都會導致充型缺陷、氣孔、縮孔、變形、開裂以及模具過早磨損,從而增加成本和廢品率。從設計初期就遵循這些建議,可以確保鑄件無缺陷,實現最佳機械性能,並在功能性和可製造性之間取得最具成本效益的平衡。

室壁厚度

如果壓鑄件的壁厚太薄,則在鑄造過程中難以填充。 壓鑄過厚的壁厚容易導致填充不良。如果壁厚過厚,容易形成粗大的內部晶粒,產生縮孔和氣孔等缺陷。此外,表面可能出現縮痕,降低壓鑄件的機械性質。薄壁件密度高,強度和耐壓性相對較好。過厚的壁厚也會增加零件重量,消耗過多金屬,進而增加成本。一般來說,壓鑄件的壁厚不應超過5毫米。

鋁、鎂、鋅合金的壁厚(單位:毫米)

牆體面積(平方公分)鋁鎂合金鋅合金
最低限度推薦的
≤250.82.0
25-1001.22.5
100-5001.83.0
> 5002.53.5

如果零件的某些局部區域過厚,則應採用中空設計,以實現壁厚均勻。這種方法既能防止厚區域出現收縮缺陷,又能減輕零件重量。

室壁厚度

厚度變化處的平滑過渡

壓鑄件各橫斷面的壁厚應均勻或盡可能均勻。若功能或其他要求導致無法完全均勻,則厚壁與薄壁之比不應超過3:1。應採用漸變過渡(錐度或圓角)以避免壁厚突變;否則,熔融金屬流動可能受阻,導致流動痕跡或冷隔。此外,厚壁和薄壁截面凝固時間的差異會產生不均勻的內應力,導致開裂或變形。對於壁厚突變的情況,建議採用錐度或圓角以確保平滑過渡。

鑄造設計技巧#2

在上圖中,設計#a 是最糟糕的設計,設計#d 是最好的設計。

最小孔

鋁、鎂、鋅合金的最小孔徑及最大孔深(單位:毫米)

如果孔的尺寸小於或深度小於表格中的值,則仍可在壓鑄過程中部分成形(作為導向標記),然後透過機械加工完成,但這會增加零件成本。

還必須考慮孔之間的距離、孔與槽之間的距離以及孔與邊緣之間的距離,以確保模具具有足夠的強度來承受高溫熔融金屬的衝擊和嚴重的熱應力。

 /孔的最小直徑孔深:乘以直徑(d)
材料推薦的可行非通孔非通孔通孔通孔
///d >5d <5d >5d <5
鋁合金2.52.04386
鎂合金2.0
1.5
54108
鋅合金1.50.864128

避免切得太薄。

薄模具部分強度低,在高溫下容易變形、彎曲或斷裂。

肋骨

加強筋的主要作用是增強零件強度、防止變形,其次是輔助熔融金屬流動。建議的加強筋尺寸如下表所示。

推薦肋條尺寸表(單位:毫米)

項目推薦尺寸
部分壁厚 -
根部厚度 tt = (0.6 ~ 1) × T
高度 HH ≤ 5T
圓角半徑 Rt ≤ R ≤ 1.25t
拔模角αα = 1° ~ 3°

  1. 避免採用平板設計;增加加強筋可以提高零件強度。
  2. 肋條可以幫助熔融金屬流動;它們的走向應該與金屬流動的方向一致。
  3. 肋骨位置應合理、對稱且均勻分佈。
  4. 避免肋骨連接處厚度過大。

拔模角度

由於三種常用壓鑄合金與模具的黏著性能不同,典型的拔模斜度為:

  • 鋁合金:附著力最高 → 內拔模斜度通常為 1°
  • 鎂合金:附著力略低於鋁 → 內拔模斜度通常為 0.75°
  • 鋅合金:附著力最低 → 內拔模斜度通常為 0.5°

外部拔模斜度可以是內部拔模斜度的兩倍,以確保鑄件在頂出過程中保持在型芯側。

圓角半徑設計

避免使用尖銳的外部棱角。尖銳的外部棱角不僅會導致填充不足、密度低、強度差,而且鋒利的邊緣還會造成安全隱患。

  • 內部圓角-避免內部出現尖角。壁面連接處的圓角半徑會顯著影響零件的性能、品質和模具壽命。
  • 改善熔融金屬流動性,減少湍流,增強填充能力,並促進氣體逸出。
  • 尖角會導致應力集中,從而在負載下導致開裂或過早失效。

需要電鍍時,圓角可確保塗層均勻,並防止在尖角處堆積。

內圓角半徑通常等於壁厚。圓角半徑不宜過大,因為這會造成局部過厚,容易產生收縮、氣孔和表面縮痕。

Bose

  • 避免凸台離牆太近或彼此靠得太近。凸台設計必須遵循壁厚均勻的原則,避免局部壁厚過厚。
鑄造設計技巧#5

  • 盡量降低凸台高度。過高的高度會降低強度並妨礙填充。
  • 在首領周圍添加肋骨。肋骨可以增強首領的強度並有助於填充空間;應避免孤立首領。
鑄造設計技巧#6

  • 重新設計傾斜凸台以簡化模具結構。合理優化傾斜凸台可以簡化模具並降低成本。
鑄造設計技巧#7

文字/字符

  • 字元應凸出於零件表面。這樣可以降低模具加工和維護成本。
  • 字元尺寸必須確保填滿正確。最小字元寬度為 0.25 毫米,高度約 0.25 至 0.5 毫米,拔模角為 10°。字元通常不應放置在側壁上,因為這會形成倒扣,妨礙出紙。

Threads

  • 避免使用全線程外部線程。
  • 內螺紋不應直接鑄造。

方便移除閃光和閘極

  • 避免零件壁與分型線之間出現銳角。
鑄造設計技巧#8

  • 簡化零件幾何形狀,避免複雜的分型線形狀,以免使飛邊去除變得複雜。
鑄造設計技巧#9

公差

分型線和型芯滑塊會影響尺寸公差精度。

在滿足功能要求的前提下,盡可能放寬容差要求:

  • 更嚴格的公差要求需要更嚴格的模具公差 → 更高的模具成本
  • 晶片壽命縮短
  • 需要經常進行模具維護和更換。
  • 更頻繁的尺寸檢查和更高的廢品率 → 零件成本增加

為了避免機械加工,公差應盡可能放寬。避免機械加工可以降低零件成本。

合理選擇分型線,以提高關鍵尺寸精度:

  • 如果D1和D2之間的同心度至關重要→選擇CC作為分型線
  • 如果D1和D3之間的同心度至關重要→選擇BB作為分型線
  • 如果D1在左端或右端的直徑一致性至關重要→選擇AA作為分型線

簡化模具結構

(1)避免內部倒扣。內部倒扣需要側向成型芯或二次加工,這將顯著增加模具或零件成本。合理的零件設計,消除內部倒扣,可以降低成本。

鑄造設計技巧#10

(2)盡可能避免外部倒角。

(3)避免岩芯滑片受到阻礙。

鑄造設計技巧#12

(4)避免使用圓弧形分型線。圓弧形分型線會增加模具製造難度,降低圓弧處的強度,並縮短模具壽命。

(5)合理選擇分型線,以簡化模具結構。分型線的選擇應使模具結構盡可能簡單、加工最方便、成本最低。

數控加工

避免 數控加工 只要有可能,原因如下:

  • 壓鑄件已經能夠達到很高的尺寸精度和表面光潔度;設計時預留較大的公差可以省去機械加工。
  • 表皮 壓鑄服務 它緻密而堅固,機械加工會破壞這一層。
  • 加工後可能會暴露內部孔隙,從而影響性能。
  • 機械加工會顯著增加零件成本。

當機械加工不可避免時,應設計零件以方便機械加工並最大限度地減少加工面積。

加工餘量應盡可能小。外層緻密,而內層相對多孔,可能存在氣孔或針孔;因此,應盡量減少加工餘裕以保持緻密層。

表面加工餘裕(單面,單位:毫米)

加工面的最大尺寸≤5050-120120-260260-400400-630
津貼0.3-0.50.4-0.70.6-1.00.8-1.41.2-1.8

孔加工餘裕(單面,單位:毫米)

開孔直徑≤66-1010-1818-3030-5050-80
津貼0.050.100.150.200.250.30

請記住:

  • 盡可能避免表面加工。
  • 如果需要進行機械加工,則應盡可能減少加工餘裕(通常小於 0.5-0.8 毫米)。
  • 加工後,不應暴露任何內部孔隙或鬆散結構,否則強度和密封性將受到嚴重影響。
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弗羅德·胡

胡福德擁有四川大學機械工程學士學位,在產品開發和製造方面擁有超過5年的經驗。他從事技術內容創作,現居中國東莞。

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