2.2 压铸件设计

压铸件设计是压铸生产技术中十分重要的环节。设计压铸件除要满足使用要求外，同时应该满足成形工艺要求并且尽量做到模具结构简单、生产成本低。

2.2.1 压铸件的精度、表面粗糙度及加工余量

压铸件的精度较高，表面光洁，且稳定性好，因此，压铸件具有很好的互换性。

1．压铸件的尺寸精度

压铸件的尺寸精度取决于压铸件的设计、模具结构以及模具制造的质量。通常，压铸件的尺寸精度比模具的精度低3～4级。压铸件尺寸稳定性取决于工艺因素、操作条件、模具修理次数及其使用期限等各方面因素。压铸件的尺寸精度一般按机械加工精度来选取，在满足使用要求的前提下，尽可能选取较低的精度等级。此外，同一压铸件上不同部位的尺寸可按照实际使用要求选取不同的精度，以提高经济性。

1）长度尺寸

压铸件能达到的尺寸公差及配合尺寸公差等级如表2-5所示。

根据尺寸公差等级定出公差值后，公差带位置可按以下原则确定：待加工的尺寸，孔取负值（-），轴取正值（+），或孔与轴均取双向偏差（±），但其值取公差值的1/2；不加工的配合尺寸，孔取正值（+），轴取负值（-）；非配合尺寸，根据压铸件的结构情况，其公差值可取单向，也可取双向，当取双向时其值取公差值的1/2。

压铸件上一些受分型面或压铸模活动成形零件影响的尺寸，确定它们的公差值时，在按表2-5查取的公差等级求得公差值的基础上，还应加上一附加公差值。附加公差值按表2-6选取。例如，一铝合金压铸件上某个受分型面影响的部位的公称尺寸为66，选取IT12级精度，其标准公差数值为0.30mm。又设压铸件在分型面上的投影面积小于150cm2，则由表2-6查得附加公差值为0.10mm。该尺寸因受分型面的影响加入附加公差后为：

当取值向公差的正向时，加入附加公差后即为66+0.400.；

当取值向公差的负向时，加入附加公差后即为66+0.-0.40；

当取值向公差时，加入附加公差后即为66+-0.20。

附加公差是增量还是减量取决于该尺寸所处部位。

2）厚度尺寸

壁厚、肋厚、法兰或凸缘厚度等尺寸公差按表2-7选取。

3）圆角半径尺寸

圆角半径尺寸公差按表2-8选取。

4）角度

压铸件上的角度公差是由设计要求和工艺能达到的程度共同决定的，对于一般要求的角度公差，可按表2-9选取。

5）孔中心距尺寸

孔中心距尺寸公差按表2-10选取。若受模具分型面或活动成形零件影响，在基本尺寸公差上要再加上附加公差。

2．表面形状和位置

压铸件的表面形状和位置主要由压铸模的成形表面决定，而压铸模成形表面的形位公差精度较高，所以对压铸件的表面形位公差一般不另行规定，其公差值包括在有关尺寸的公差范围内。对于直接用于装配的表面，类似机械加工零件，应在图中注明表面形状和位置公差。

对于压铸件而言，变形是一个不可忽视的问题，整形前和整形后的平面度和直线度公差按表2-11选取。平行度、垂直度和倾斜度公差按表2-12选取。同轴度和对称度公差按表2-13选取。

3．表面粗糙度

压铸件的表面粗糙度取决于压铸模成形零件型腔表面的粗糙度，通常压铸件的表面粗糙度比模具相应成形表面的粗糙度高两级。若是新模具，压铸件的表面粗糙度应达到GB 1031—1983的Ra2.5～0.63μm，要求高的可达到Ra0.32μm。随着模具使用次数的增加，压铸件的表面粗糙度逐渐增大。

4．加工余量

当压铸件某些部位尺寸精度或形位公差达不到设计要求时，可在这些部位适当留取加工余量，用后续的机械加工来达到其精度要求。由于压铸件的表层组织致密、强度高，因此机械加工余量应选用小值。压铸件的机械加工余量按表2-14选取。

表2-14 压铸件机械加工余量mm

2.2.2 压铸件基本结构单元设计

不论零件如何复杂，都可以将其分解为壁、连接壁的圆角、孔和槽、肋、凸台、螺纹等部分，这些部分就是组成零件的结构单元。

1．壁的厚度、连接形式及连接处的圆角

压铸件壁的厚薄对其质量有很大的影响。压铸件表面0.8～1.2mm的表层由于快速冷却而晶粒细小、组织致密，它的存在使压铸件的强度较高。而若是厚壁压铸件，其壁中心层的晶粒粗大，易产生缩孔、缩松等缺陷。通常，压铸件的力学性能随着壁厚增加而降低，而且也增加了材料的用量和压铸件的重量。图2-1所示为铸件壁厚对抗拉强度的影响。图2-2所示为铝合金压铸件壁厚与抗拉强度及比重的关系。当然，壁太薄可能出现欠铸、冷隔等缺陷。因此，在保证压铸件有足够强度和刚度的条件下，以薄壁和均匀壁厚为佳。一般情况下，壁厚不宜超过4.5mm，同一压铸件内，最大壁厚与最小壁厚之比不要大于3。压铸件总体尺寸越大，壁厚也应越厚。而壁厚一定时，该壁厚的面积也应受到一定的限制。压铸件的最小壁厚与适宜壁厚如表2-15所示。

为有利于金属液流动和压铸件成形，避免压铸件和压铸模产生应力集中和裂纹，压铸件壁与壁的连接通常采用国内外设计标准推荐的圆角和隅部加强渐变过渡连接。各种过渡连接形式及尺寸计算如表2-16所示。

2．脱模斜度

脱模斜度又称铸造斜度。为了便于压铸件从压铸模中脱出及防止划伤铸件表面，铸件上所有与模具运动方向（即脱模方向）平行的孔壁和外壁均需具有脱模斜度。最好在设计压铸件时就在结构上留有斜度。若压铸件设计时未考虑脱模斜度，则由压铸工艺来考虑。

脱模斜度一般不计入公差范围内，其大小根据合金性质、脱模深度、形状复杂程度以及壁厚而定。一般高熔点合金压铸件的脱模斜度大于低熔点合金压铸件的；脱模深度浅的大于深的；形状复杂的大于形状简单的；厚壁的大于薄壁的；内孔的大于外壁的。一般在满足压铸件使用要求的前提下，脱模斜度应尽可能取大值。表2-17所示为最小脱模斜度值。

3．压铸孔和槽

压铸成形的一个特点是能直接铸出小而深的孔和槽，对一些精度要求不很高的孔和槽，可以不必再进行机械加工就能直接使用，从而节省了金属和机械加工工时。

压铸件上可以铸出的孔和槽的最小尺寸和深度是有限制的。此外，孔径与孔距也有关系。因为压铸后铸件收缩时，不但对模具上的型芯产生很大的包紧力，同时整个铸件亦向基本形状的几何中心方向收缩，所产生的收缩力使细长型芯可能因此而弯曲或折断。为此，必要时可采取阻碍收缩的措施，如图2-3所示，或改变型芯悬臂受力状态，如图2-4所示。

可压铸出的孔的最小直径、最大深度和最小斜度如表2-18所示。

可压铸出的长形方孔和槽的最小尺寸如表2-19所示。

4．肋

要提高薄壁压铸件的强度和刚度，单纯依靠增加铸件壁厚是不妥的，优先采用的方法应该是设置加强肋。加强肋还可以防止或减少压铸件收缩变形、脱模时的变形和开裂，并可作为金属液充填时的辅助通道。

肋应当布置在铸件受力较大处，而且对称布置。肋的厚度要均匀，方向应该与料流方向一致。表2-20所示为肋的结构及参考尺寸。

5．压铸齿与螺纹

齿与螺纹都可以直接压铸出来。压铸齿的最小模数可按表2-21选取。

压铸螺纹表层的耐磨性和耐压性比机械加工螺纹好，但尺寸精度、形状的完整性及表面粗糙度差一些。当压铸的螺纹较长时，会产生由于合金收缩而造成的螺距累积误差，因此压铸螺纹不宜过长。压铸螺纹的牙形要避免尖锐，应是圆头或平头，如图2-5所示。压铸螺纹的最小尺寸如表2-22所示。

6．嵌件

压铸件内镶入金属或非金属制件，与压铸件形成牢固不可分开的整体，此镶入的制件称为嵌件。压铸件内镶入嵌件的目的是使压铸件的某一部位能够具有特殊的性能，如强度、硬度、耐蚀性、耐磨性、导磁性、导电性、绝缘性等，或代替部分装配工序，或者将复杂件转化为简单件。

设计有嵌件的压铸件应注意以下几点。

（1）嵌件与压铸件应牢固连接。为防止嵌件受力时在压铸件内移动、旋转或拔出，将嵌件镶入压铸件的部分的表面设计成适当的凹凸状，最常采用的有滚花、滚纹、切槽、铣扁等方法。

（2）嵌件放入模具内时与模具应有可靠的定位和合理的公差配合。

（3）嵌件周围的金属层厚度不能过薄，以提高铸件对嵌件的包紧力及防止金属层产生裂纹。金属层厚度可按嵌件直径选取，包住嵌件的金属层最小厚度如表2-23所示。

（4）嵌件镶入铸件的部分不应有尖角，以免压铸件在尖角处开裂。

（5）嵌件与压铸件基体之间不应产生电化学腐蚀，必要时嵌件外表面可加镀层。

（6）有嵌件的压铸件应避免热处理，以免两种材料的热膨胀系数不同而产生不同的体积变化，导致嵌件在压铸件内松动。

7．凸纹、凸台、文字与图案

压铸件上可以压铸出凸纹、凸台、文字和图案。它们最好是凸体，以便模具加工。文字大小一般不小于GB 4457.3—1984规定的5号字，文字凸出高度大于0.3mm，一般取0.5mm。线条最小宽度为凸出高度的1.5倍，常取0.8mm。线条最小间距大于0.3mm，脱模斜度为10°～15°。线端应避免尖角，图案应尽量简单。

2.2.3 压铸件结构设计的工艺性

设计压铸件时，除了结构、形状等方面有一定要求外，还应使铸件适应压铸工艺性。

1．简化模具结构、延长模具寿命

（1）设计压铸件尽可能使分型面简单。图2-6（a）中，压铸件在模具分型面处有圆角，则压铸件上会出现动定模的交接印痕（飞边），图2-6（b）所示为改进后的结构。图2-7（a）中，压铸件由于圆柱形凸台而使分型复杂（点画线所示），而且压铸件上会在动定模交接处出现飞边。将凸台延伸至分型面就可使分型面简单，如图2-7（b）所示。

（2）避免模具局部过薄，保证模具有足够的强度和刚度。图2-8（a）中，压铸件上的孔离凸缘边距离过小，易使模具在a处断裂。改变压铸件结构如图2-8（b）所示，a≥3mm，使模具有足够强度。

（3）避免或减少侧向抽芯。图2-9（a）中，压铸件侧壁圆孔需设侧向抽芯机构。图2-9（b）改变了侧壁圆孔结构，可省去侧向抽芯。图2-10（a）中，压铸件上的孔需侧向抽芯。图2-10（b）增大壁的斜度，保证B≥A+（0.1～0.2）mm，则孔可分别由动定模形成，不需另设抽芯机构。图2-11（a）中，压铸件的中心方孔较深，抽芯距离长，需设专用抽芯机构，且型芯为悬臂状伸入型腔，易变形，难以控制侧壁壁厚。将方孔改为图2-11（b）所示结构，则不需要抽芯。

2．有利于脱模与抽芯

图2-12（a）中，压铸件的内法兰和轴承孔中的内侧凹无法抽芯，改为图2-12（b）所示结构，则抽芯方便。

图2-13（a）中，K处侧型芯无法抽出，改变凹坑方向如图2-13（b）所示，则抽芯方便。图2-14（a）中，压铸件的矩形孔B＜A，无法抽芯，图2-14（b）中，B＞A+（0.1～0.2）mm，型芯能方便抽出。孔亦可由动定模形成，不需抽芯。

3．防止压铸件变形

压铸件形状结构设计不当，收缩时会产生变形或出现裂纹。解决的方法除设置加强肋外也可采用改变铸件结构的方法。图2-15（a）中，压铸件断面厚薄不匀，容易产生翘曲变形。改成均匀壁厚可避免，如图2-15（b）所示。图2-16（a）中，板状零件收缩时容易产生翘曲变形，如图2-16（b）所示改为有凹腔，可避免或减少翘曲变形。箱形薄壁件收缩变形如图2-17（a）所示，采用加肋的方法来避免变形，如图2-17（b）所示。