摘 要 ： 研究压铸件形状特征 ， 给出了压铸件形状特征数学描述方法 ， 建立了基于特征的压铸 件脱模方向与压铸件内 、 外轮廓曲面判别条件 ， 为压铸模具分型面与成型零件设计方法研究提供 了初始数学模型 。

1 压铸件形状特征分析与描述

（1） 压铸件形状特征的分类

压铸件属复杂 、 薄壁类零件 ， 其形状特征可分 为通道 （ 见图 1（a））、 凹陷 （ 见图 1（b）） 和 凸起 （ 见 图 1（c））。

压铸件的主要形状特征为构成其主要外表面 的实体与构成其主要内表面实体相交而形成的被 减体 ， 即其主要形状特征为通道或凹陷 。 压铸件主 要形状特征与其他实体相交 ， 构成压铸件内外表面 上的孔 （ 通道 ）、 凹陷 、 凸起等为压铸件次要形状特征 。

（2） 压铸件脱模方向的确定

根据压铸成型的工艺特点 ， 压铸件各形状特征 的成型与脱模过程可归结为压铸件的内表面成型 与脱模和压铸件的外表面成型与脱模 。

以压铸件各形状特征相对于压铸模具的脱模 运动方向为其各自的脱模方向 ， 设压铸件外轮廓表 面脱模方向为 u， 内轮廓表面脱模方向为 v， 如图 2 所示 。

为保证压铸件内 、 外表面脱离模具的运动过程 无任何阻碍 ， 压铸件各形状特征脱模方向应满足

（3） 压铸件主要形状特征

为保证压铸件顺利脱模 ， 减少脱模阻力 ， 并保 证压铸件壁厚均匀的技术要求 、 压铸件主要外表面 形状特征与主要内表面形状特征的脱模方向应相反 。

设过主要形状特征的中心 ， 沿其内轮廓表面脱 模方向变化的参数为 v， 绕 v 轴变化的参数为 θ， 则 其内 、 外轮廓表面的参数化表示分别为 r=r （v，θ）； R=R（v，θ）。 主要形状特征内 、 外轮廓表面上的 v 向 等参数线如图 3 所示 。

压铸件主要内 、 外形状特征的最大轮廓特征曲 线必位于主要形状特征 v 向起始端面 s（v，θ）（ 即凹 陷或通道所在的被减体端面 ） 上 ， 曲面 s（v，θ） 反映 了压铸件主要形状的最大轮廓特征和脱模方向 。

（4） 压铸件次要形状特征

根据压铸成形的工艺特点 ， 压铸件次要形状特 征应满足 ：① 存在一个或多个脱模方向 ， 其脱模方 向 v n 与主要形状特征内轮廓表面脱模方向 v 夹角为 γ n ；② 设绕 v n 轴变化的参数为 φ（0≤φ≤2π）， 则压铸件 次要形状特征成型的内 、 外轮廓表面的参数化表示为 r c =r c （v n ，φ），R c =R c （v n ，φ）；③ 内表面次要形状特征 v n 向等参数线应满足；④ 外表面次要形 状特征 v n 向等参数线应满足 ； ⑤ 次要形 状特征的最大轮廓特征曲线 ， 必位于主要形状特征 的外轮廓表面或端面与次要形状特征相交的曲面 s n （v n ，φ） 上。

压铸件形状特征的研究不仅为压铸件的特征 建模提供了依据 ， 而且为压铸模具设计过程中 ， 压铸 成形特征的识别与提取奠定了基础 。

2 压铸件成形特征抽取方法

在采用 CAD/CAM 技术建立压铸件模型时 ， 既 可以用基本体素建立简单的实体 ， 也可以通过对曲 线 、 草图的拉伸 、 旋转等操作建立各种扫描实体 ， 还 可以用系统提供的特征创建各种特征体 。 对于同一 压铸件模型 ， 不同建模方法所建立的实体模型 ， 其 编辑性能不同 。

一般应根据压铸件结构特点 ， 先建立一个基本 体素或扫描特征作为压铸件的毛坯 ， 在参照零件加 工过程逐渐创建压铸件的孔 、 槽 、 凸台 、 加强肋 、 拔 模斜度 、 铸造圆角等特征 。

在压铸件建模过程中 ， 可根据建模的需要创建 相关参考特征 ， 各特征的顺序应尽可能与零件加工 顺序一致 。 为保证模型的可修改性 ， 在压铸件模型 创建过程中基本体素尽可能不要超过一个 ， 并且一 般基本体素作为第 1 个创建的特征 。

根据压铸件特征分析结果 ， 压铸件的成形特征 信息提取方法如图 4 所示 。

3 压铸件结构设计与建模方法

压铸件结构直接影响压铸模具的结构 ， 并对金 属液压射 、 充填过程及压铸件的缩孔 、 气孔 、 变形和 脱模损伤等缺陷产生重要影响 。 因此 ， 合理的压铸 件结构设计有利于简化压铸模具结构 ， 提高压铸模 具的使用寿命和压铸件成形质量 ， 降低模具成本，其结构设计应满足如下要求 ：

（1） 壁厚 压铸件的合理壁厚取决于铸件的具 体结构 、 压铸合金的工艺性能和压铸工艺参数等诸 多因素 。 壁厚过大则浪费原料且压铸件容易产生外 表凹陷 ； 壁厚不均匀则易产生内部缩孔和裂纹 ； 壁 厚过小则成型时流动阻力大 ， 对大型复杂压铸件难 以充满模具型腔 。

因此 ， 为了满足压铸件各项性能要求 ， 压铸件 壁厚设计应力求薄壁 、 均匀 。 压铸件的最小壁厚和 正常壁厚一般根据压铸件面积确定 ， 在通常工艺条 件下 ， 壁厚不宜超过 4.5 mm；

（2） 加 强肋 为确保压铸件的强度 、 刚度和壁 厚均匀 ， 可在压铸件的适当位置上设置加强肋 。 加 强肋可以避免压铸件的变形 ， 保证金属流动畅通 ， 改善成形时金属液的流动状态 ， 消除由于金属过分 集中而引起的缩孔 、 气孔和裂纹等缺陷 。 加强肋与 压铸件壁厚之间存在如下尺寸关系 ：b=（1~1.3）s， s≤3 mm；b=（0.6~1）s，s＞3 mm，h=5 s，h＜h 0 -0.8。 其 中 ，s 为压铸件壁厚 ，b 为加强肋大端宽度 ，h 为加强 肋高度 ，h 0 为铸件侧壁高度 ；

（3） 铸 造圆角 在压铸件设计中 ， 铸件的转角 处应尽可能采用圆弧过渡 。 这样可以避免应力集 中 ， 提高压铸件的强度 ， 改善金属液的充填 、 流动状 态 ， 并有利于压铸件脱模 。 压铸件铸造圆角半径一 般为 0.5~3.0 mm；

（4） 脱模斜度 压铸件的脱模斜度与铸件几何 形状 、 高度或深度 、 壁厚以及铸件表面质量和尺寸 精度等因素有关 。 在允许的范围内 ， 为了便于脱模 ， 设计的压铸件内外壁应有足够的脱模斜度 。

压铸件精度要求较高时 ， 应选用较小的脱模斜 度 ； 压铸件形状复杂 ， 不易脱模 ， 应选用较大的脱模 斜度 。 对于压铸件非配合外表面和内表面而言 ， 压 铸件最小脱模斜度锌合金为 0°15′~ 0°45′、 铝镁合 金压为 0°30′~ 1°、 铜合金为 1°~ 1°30′；

（5） 铸孔 由于在压射 、 充填过程中 ， 液态金属 流动产生的冲击力 ， 以及金属凝固 、 成形在模具型 芯周围所产生的不均匀收缩力 ， 可能使成形铸孔的 模具型芯产生弯曲 、 变形 ， 甚至损坏 ， 因此 ， 压铸件 孔径和孔深不宜过小和过深 。 通常 ， 压铸件最小孔 径和最大孔深锌合金为 1.5 mm 和 6.0 mm、 铝合金 为 2.5 mm 和 7.5 mm、 镁合金为 2.0 mm 和 8.0 mm、 铜合金为 4.0 mm 和 8.0 mm。

在设计压铸件上各种孔 ( 如通孔 、 盲孔 、 螺纹孔 ) 的位置时 ， 应不影响压铸件的强度 ， 并应尽量不增 加模具制造的复杂性 。 铸件孔的形状宜简单 ， 孔与 孔之间 、 孔与壁之间应保持一定的距离 ；

（6） 支承面 若用压铸件的整个底面作为支承面 ， 则稍有变形就会造成底面不平 。 为了更好地起 支承作用 ， 常采用凸边或几个凸起的支脚作为支承 面 ， 这样既可增加压铸件的刚度 ， 又保证了压铸件 的平稳性 ；

（7） 螺 纹与齿轮 压铸件上的螺纹和齿轮可以 直接成型 ， 也可以在成型后进行机械加工 。 对于经 常拆装或受力较大的螺纹则宜采用金属螺纹嵌件 。

压铸螺纹的牙形应为圆头或平头 ， 尺寸不宜过 细 ， 否则使用时强度不够 。 直接成型的外螺纹直径 不宜小于 M6 mm， 内螺纹直径不宜小于 M10 mm。

压铸齿轮最小模数锌合金为 0.3 mm、 铝镁合金 为 0.5 mm、 铜合金为 1.5 mm。 对精度要求较高的齿 轮 ， 齿面应留有 0.2~0.3 mm 加工余量 ；

（8） 凸纹与文字 压铸凸纹或直纹 ， 其纹路方 向一般应平行于脱模方向 ， 并具有一定脱模斜度 。

压铸文字大小一般不小于 5 ＃ 字 ， 文字凸出高度 大于 0.3 mm， 线条最小宽度为文字凸出高度 1.5 倍 ， 线条间隔大于 0.3 mm， 脱模斜度为 10~15°， 线端 应避免锐角 ；

（9） 嵌 件 为使压铸件局部具有某些特殊性能 ， 通常在压铸件内嵌入零件 ， 形成不可卸的连接 ， 所 嵌入的零件称为嵌件 。 嵌件常用的类型有圆柱形 ， 圆筒形 ， 板形和片形等形状 。 在设计带嵌件的压铸 件时 ， 主要应保证嵌件固定的牢靠性 ， 嵌件在成型 过程中的稳定性和压铸件的强度；

（10） 加 工余量 当压铸件尺寸精度和形位公 差达不到设计要求时 ， 应优先考虑采用精整加工 ， 以保留压铸件强度较高的致密表层 。 考虑采用机械 加工时 ， 应选用较小加工余量 。 按压铸件公称尺寸有 小到大 ， 压铸件每面加工余量范围为 0.3~1.2 mm。

根据压铸件结构设计要求 ， 在压铸件成形特征 分析基础上 ， 利用 CAD/CAM 中的相关建模功能进行 压铸件设计与建模的工作流程如图 5 所示 。