2.2 壓鑄件設計

壓鑄件設計是壓鑄生產技術中十分重要的環節。設計壓鑄件除要滿足使用要求外，同時應該滿足成形工藝要求并且盡量做到模具結構簡單、生產成本低。

2.2.1 壓鑄件的精度、表面粗糙度及加工余量

壓鑄件的精度較高，表面光潔，且穩定性好，因此，壓鑄件具有很好的互換性。

1．壓鑄件的尺寸精度

壓鑄件的尺寸精度取決于壓鑄件的設計、模具結構以及模具制造的質量。通常，壓鑄件的尺寸精度比模具的精度低3～4級。壓鑄件尺寸穩定性取決于工藝因素、操作條件、模具修理次數及其使用期限等各方面因素。壓鑄件的尺寸精度一般按機械加工精度來選取，在滿足使用要求的前提下，盡可能選取較低的精度等級。此外，同一壓鑄件上不同部位的尺寸可按照實際使用要求選取不同的精度，以提高經濟性。

1）長度尺寸

壓鑄件能達到的尺寸公差及配合尺寸公差等級如表2-5所示。

根據尺寸公差等級定出公差值后，公差帶位置可按以下原則確定：待加工的尺寸，孔取負值（-），軸取正值（+），或孔與軸均取雙向偏差（±），但其值取公差值的1/2；不加工的配合尺寸，孔取正值（+），軸取負值（-）；非配合尺寸，根據壓鑄件的結構情況，其公差值可取單向，也可取雙向，當取雙向時其值取公差值的1/2。

壓鑄件上一些受分型面或壓鑄模活動成形零件影響的尺寸，確定它們的公差值時，在按表2-5查取的公差等級求得公差值的基礎上，還應加上一附加公差值。附加公差值按表2-6選取。例如，一鋁合金壓鑄件上某個受分型面影響的部位的公稱尺寸為66，選取IT12級精度，其標準公差數值為0.30mm。又設壓鑄件在分型面上的投影面積小于150cm2，則由表2-6查得附加公差值為0.10mm。該尺寸因受分型面的影響加入附加公差后為：

當取值向公差的正向時，加入附加公差后即為66+0.400.；

當取值向公差的負向時，加入附加公差后即為66+0.-0.40；

當取值向公差時，加入附加公差后即為66+-0.20。

附加公差是增量還是減量取決于該尺寸所處部位。

2）厚度尺寸

壁厚、肋厚、法蘭或凸緣厚度等尺寸公差按表2-7選取。

3）圓角半徑尺寸

圓角半徑尺寸公差按表2-8選取。

4）角度

壓鑄件上的角度公差是由設計要求和工藝能達到的程度共同決定的，對于一般要求的角度公差，可按表2-9選取。

5）孔中心距尺寸

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

2．表面形狀和位置

壓鑄件的表面形狀和位置主要由壓鑄模的成形表面決定，而壓鑄模成形表面的形位公差精度較高，所以對壓鑄件的表面形位公差一般不另行規定，其公差值包括在有關尺寸的公差范圍內。對于直接用于裝配的表面，類似機械加工零件，應在圖中注明表面形狀和位置公差。

對于壓鑄件而言，變形是一個不可忽視的問題，整形前和整形后的平面度和直線度公差按表2-11選取。平行度、垂直度和傾斜度公差按表2-12選取。同軸度和對稱度公差按表2-13選取。

3．表面粗糙度

壓鑄件的表面粗糙度取決于壓鑄模成形零件型腔表面的粗糙度，通常壓鑄件的表面粗糙度比模具相應成形表面的粗糙度高兩級。若是新模具，壓鑄件的表面粗糙度應達到GB 1031—1983的Ra2.5～0.63μm，要求高的可達到Ra0.32μm。隨著模具使用次數的增加，壓鑄件的表面粗糙度逐漸增大。

4．加工余量

當壓鑄件某些部位尺寸精度或形位公差達不到設計要求時，可在這些部位適當留取加工余量，用后續的機械加工來達到其精度要求。由于壓鑄件的表層組織致密、強度高，因此機械加工余量應選用小值。壓鑄件的機械加工余量按表2-14選取。

表2-14 壓鑄件機械加工余量mm

2.2.2 壓鑄件基本結構單元設計

不論零件如何復雜，都可以將其分解為壁、連接壁的圓角、孔和槽、肋、凸臺、螺紋等部分，這些部分就是組成零件的結構單元。

1．壁的厚度、連接形式及連接處的圓角

壓鑄件壁的厚薄對其質量有很大的影響。壓鑄件表面0.8～1.2mm的表層由于快速冷卻而晶粒細小、組織致密，它的存在使壓鑄件的強度較高。而若是厚壁壓鑄件，其壁中心層的晶粒粗大，易產生縮孔、縮松等缺陷。通常，壓鑄件的力學性能隨著壁厚增加而降低，而且也增加了材料的用量和壓鑄件的重量。圖2-1所示為鑄件壁厚對抗拉強度的影響。圖2-2所示為鋁合金壓鑄件壁厚與抗拉強度及比重的關系。當然，壁太薄可能出現欠鑄、冷隔等缺陷。因此，在保證壓鑄件有足夠強度和剛度的條件下，以薄壁和均勻壁厚為佳。一般情況下，壁厚不宜超過4.5mm，同一壓鑄件內，最大壁厚與最小壁厚之比不要大于3。壓鑄件總體尺寸越大，壁厚也應越厚。而壁厚一定時，該壁厚的面積也應受到一定的限制。壓鑄件的最小壁厚與適宜壁厚如表2-15所示。

為有利于金屬液流動和壓鑄件成形，避免壓鑄件和壓鑄模產生應力集中和裂紋，壓鑄件壁與壁的連接通常采用國內外設計標準推薦的圓角和隅部加強漸變過渡連接。各種過渡連接形式及尺寸計算如表2-16所示。

2．脫模斜度

脫模斜度又稱鑄造斜度。為了便于壓鑄件從壓鑄模中脫出及防止劃傷鑄件表面，鑄件上所有與模具運動方向（即脫模方向）平行的孔壁和外壁均需具有脫模斜度。最好在設計壓鑄件時就在結構上留有斜度。若壓鑄件設計時未考慮脫模斜度，則由壓鑄工藝來考慮。

脫模斜度一般不計入公差范圍內，其大小根據合金性質、脫模深度、形狀復雜程度以及壁厚而定。一般高熔點合金壓鑄件的脫模斜度大于低熔點合金壓鑄件的；脫模深度淺的大于深的；形狀復雜的大于形狀簡單的；厚壁的大于薄壁的；內孔的大于外壁的。一般在滿足壓鑄件使用要求的前提下，脫模斜度應盡可能取大值。表2-17所示為最小脫模斜度值。

3．壓鑄孔和槽

壓鑄成形的一個特點是能直接鑄出小而深的孔和槽，對一些精度要求不很高的孔和槽，可以不必再進行機械加工就能直接使用，從而節省了金屬和機械加工工時。

壓鑄件上可以鑄出的孔和槽的最小尺寸和深度是有限制的。此外，孔徑與孔距也有關系。因為壓鑄后鑄件收縮時，不但對模具上的型芯產生很大的包緊力，同時整個鑄件亦向基本形狀的幾何中心方向收縮，所產生的收縮力使細長型芯可能因此而彎曲或折斷。為此，必要時可采取阻礙收縮的措施，如圖2-3所示，或改變型芯懸臂受力狀態，如圖2-4所示。

可壓鑄出的孔的最小直徑、最大深度和最小斜度如表2-18所示。

可壓鑄出的長形方孔和槽的最小尺寸如表2-19所示。

4．肋

要提高薄壁壓鑄件的強度和剛度，單純依靠增加鑄件壁厚是不妥的，優先采用的方法應該是設置加強肋。加強肋還可以防止或減少壓鑄件收縮變形、脫模時的變形和開裂，并可作為金屬液充填時的輔助通道。

肋應當布置在鑄件受力較大處，而且對稱布置。肋的厚度要均勻，方向應該與料流方向一致。表2-20所示為肋的結構及參考尺寸。

5．壓鑄齒與螺紋

齒與螺紋都可以直接壓鑄出來。壓鑄齒的最小模數可按表2-21選取。

壓鑄螺紋表層的耐磨性和耐壓性比機械加工螺紋好，但尺寸精度、形狀的完整性及表面粗糙度差一些。當壓鑄的螺紋較長時，會產生由于合金收縮而造成的螺距累積誤差，因此壓鑄螺紋不宜過長。壓鑄螺紋的牙形要避免尖銳，應是圓頭或平頭，如圖2-5所示。壓鑄螺紋的最小尺寸如表2-22所示。

6．嵌件

壓鑄件內鑲入金屬或非金屬制件，與壓鑄件形成牢固不可分開的整體，此鑲入的制件稱為嵌件。壓鑄件內鑲入嵌件的目的是使壓鑄件的某一部位能夠具有特殊的性能，如強度、硬度、耐蝕性、耐磨性、導磁性、導電性、絕緣性等，或代替部分裝配工序，或者將復雜件轉化為簡單件。

設計有嵌件的壓鑄件應注意以下幾點。

（1）嵌件與壓鑄件應牢固連接。為防止嵌件受力時在壓鑄件內移動、旋轉或拔出，將嵌件鑲入壓鑄件的部分的表面設計成適當的凹凸狀，最常采用的有滾花、滾紋、切槽、銑扁等方法。

（2）嵌件放入模具內時與模具應有可靠的定位和合理的公差配合。

（3）嵌件周圍的金屬層厚度不能過薄，以提高鑄件對嵌件的包緊力及防止金屬層產生裂紋。金屬層厚度可按嵌件直徑選取，包住嵌件的金屬層最小厚度如表2-23所示。

（4）嵌件鑲入鑄件的部分不應有尖角，以免壓鑄件在尖角處開裂。

（5）嵌件與壓鑄件基體之間不應產生電化學腐蝕，必要時嵌件外表面可加鍍層。

（6）有嵌件的壓鑄件應避免熱處理，以免兩種材料的熱膨脹系數不同而產生不同的體積變化，導致嵌件在壓鑄件內松動。

7．凸紋、凸臺、文字與圖案

壓鑄件上可以壓鑄出凸紋、凸臺、文字和圖案。它們最好是凸體，以便模具加工。文字大小一般不小于GB 4457.3—1984規定的5號字，文字凸出高度大于0.3mm，一般取0.5mm。線條最小寬度為凸出高度的1.5倍，常取0.8mm。線條最小間距大于0.3mm，脫模斜度為10°～15°。線端應避免尖角，圖案應盡量簡單。

2.2.3 壓鑄件結構設計的工藝性

設計壓鑄件時，除了結構、形狀等方面有一定要求外，還應使鑄件適應壓鑄工藝性。

1．簡化模具結構、延長模具壽命

（1）設計壓鑄件盡可能使分型面簡單。圖2-6（a）中，壓鑄件在模具分型面處有圓角，則壓鑄件上會出現動定模的交接印痕（飛邊），圖2-6（b）所示為改進后的結構。圖2-7（a）中，壓鑄件由于圓柱形凸臺而使分型復雜（點畫線所示），而且壓鑄件上會在動定模交接處出現飛邊。將凸臺延伸至分型面就可使分型面簡單，如圖2-7（b）所示。

（2）避免模具局部過薄，保證模具有足夠的強度和剛度。圖2-8（a）中，壓鑄件上的孔離凸緣邊距離過小，易使模具在a處斷裂。改變壓鑄件結構如圖2-8（b）所示，a≥3mm，使模具有足夠強度。

（3）避免或減少側向抽芯。圖2-9（a）中，壓鑄件側壁圓孔需設側向抽芯機構。圖2-9（b）改變了側壁圓孔結構，可省去側向抽芯。圖2-10（a）中，壓鑄件上的孔需側向抽芯。圖2-10（b）增大壁的斜度，保證B≥A+（0.1～0.2）mm，則孔可分別由動定模形成，不需另設抽芯機構。圖2-11（a）中，壓鑄件的中心方孔較深，抽芯距離長，需設專用抽芯機構，且型芯為懸臂狀伸入型腔，易變形，難以控制側壁壁厚。將方孔改為圖2-11（b）所示結構，則不需要抽芯。

2．有利于脫模與抽芯

圖2-12（a）中，壓鑄件的內法蘭和軸承孔中的內側凹無法抽芯，改為圖2-12（b）所示結構，則抽芯方便。

圖2-13（a）中，K處側型芯無法抽出，改變凹坑方向如圖2-13（b）所示，則抽芯方便。圖2-14（a）中，壓鑄件的矩形孔B＜A，無法抽芯，圖2-14（b）中，B＞A+（0.1～0.2）mm，型芯能方便抽出。孔亦可由動定模形成，不需抽芯。

3．防止壓鑄件變形

壓鑄件形狀結構設計不當，收縮時會產生變形或出現裂紋。解決的方法除設置加強肋外也可采用改變鑄件結構的方法。圖2-15（a）中，壓鑄件斷面厚薄不勻，容易產生翹曲變形。改成均勻壁厚可避免，如圖2-15（b）所示。圖2-16（a）中，板狀零件收縮時容易產生翹曲變形，如圖2-16（b）所示改為有凹腔，可避免或減少翹曲變形。箱形薄壁件收縮變形如圖2-17（a）所示，采用加肋的方法來避免變形，如圖2-17（b）所示。