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铸造模具/压铸模具 |
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带斜销抽芯机构压铸模力学分析及工艺参数设计 |
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作者：湖南工业职业技术学院 周劲松 |
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摘 要：文章对带斜销抽芯机构压铸模的受力情况进行了系统分析，明确了压铸 模结构参数优化设计的基本原则，能够对模具设计人员进行理论指导。
关键词：压铸模 力学分析 工艺参数设计
引言
压力铸造以金属铸造为基础，将熔融合金在高压、高速条件下成型，从根本上解决了金属流动性问 题。要充分发挥压力铸造制备组织致密、具有良好力学性能铸件的特点，除了正确实施压铸合金冶炼工 艺、选择合适的压铸机外，更重要的在于设计、制造满足工艺要求的压铸模。压铸模是保证正确实施压铸 工艺必不可少的装备，其设计质量的好坏直接关系到制件质量的优劣和生产效率的高低。
带斜销抽芯机构的压铸模是一种常见的压铸成型模具，该类模具利用开闭模动力抽芯复位，结构简单。 但其结构参数的设计对模具的工作状况和工作质量影响很大，如何在对该类模具进行可靠力学分析的基础 上，优化其结构参数的设计，具有十分重要的应用价值。
1 带斜销抽芯机构压铸模工作原理
图一为带斜销抽芯机构压铸模结构简图。合模状态时斜销2与分型面成一定角度固定在定模座板 3内并穿过定模套板4进入滑块6，滑块由楔紧块5锁紧。开模时滑块由斜销带动在导滑槽内运动，抽出型芯。抽芯结束后 滑块由限位块7挡住，不离开导滑槽。闭模后斜销滑块复位。
图一 带斜销抽芯机构压铸模结构简图
1-定模镶块 2-斜销 3-定模座板 4-定模套板 5-楔紧块
6-滑块 7-限位块 8-动模套板 9-动模座板
2 带斜销抽芯机构压铸模力学分析
2.1 滑块力学分析
模具中斜销抽芯机构滑块能否正常工作与其受力情况有 关，而滑块受力情况与其设计参数直接关联，所以分析滑块 受力情况和自锁条件是合理设计斜销抽芯机构的基础。
图二为滑块受力情况。a、b、c、h、s为滑块结构尺寸， F为抽芯力，N1为斜销对滑块的正压力，f1为斜销对滑块的 摩擦力，N2、N3、N4分别指楔紧块、定模套板、动模套板对滑块的正压力，f2、f3、f4分别表示N2、N3、N4所对应 的摩擦力。
图二 滑块受力分析
考虑到滑块不受弯矩作用，则开模瞬间滑块的静力平衡方程表示为:
F+f3+f4+f2·sinβ+f1·sinα＝N1·cosα+N2·cosβ (1)
N3+N1·sinα+f1·cosα=N2·sinβ+N4 (2)
(N1·cosα－f1·sinα)b+(N1·sinα+f1·cosα)·(s+btgα)+f2(S－h)·sinβ+N4(a/2-s)=Fc+f3·
b+N2sinβ(s-h/2)+N2cosβ(b-sinβh/2)+N3(a/2-s) (3)
因此，开模时滑块的受力情况既与抽芯力有关，同时与滑块及斜销的结构尺寸相关。考虑到楔紧块 和定模套板只在合模状态及开模瞬间起作用。同时f1=μN1，f2=μN2，f3=μN3，f4=μN4，则抽芯 过程中滑块静力平衡方程简化为:
N1·cosα=F+f3=F+μN3 (4)
N1·sinα=N3 (5)
联立(4)、(5)式解得
N1=F/(cosα-μsinα)
若cosα－μsinα为零，则N1为无穷大，此时滑块自锁，即滑块自锁条件为μ=tanα。
为可靠保证滑块工作时不自锁，α取值不宜过大，但α值减少时将导致滑块和斜销长度必须相应增加才能 保证抽芯距，所以α取值一般以15°~25°为宜。
2.2 斜销力学分析
从滑块受力分析，斜销受力情况如图三所示。
图三 斜销受力分析
把斜销看成支点为A的悬壁梁，设斜销固定伸出端点，B为 抽芯力作用点，则弯矩为:
M=N1·h1
＝[F/(cosα-μsinα)]·h/cosα
=Fh/[cosα(cosα-μsinα)]
而抽芯力的计算由图四可知: 
图四 抽芯力计算参考
F=F阻·cosθ－F包·sinθ
F=clp(μcosθ－sinθ)
式中c表示型芯断面周长，l表示被铸件包紧的型芯长度，p表示单位包紧力，θ表示型芯脱模斜度，μ摩擦系数。
2.3 锁模力计算
锁模力必须大于胀型力在合模方向上的合力。
由图五知，胀型力在合模方向上的合力包括铸件熔融合金冲满型腔后对动、定模产生的沿锁模方向的压力 F1、型芯成型部分沿抽芯方向垂直方向压力作用在楔紧块上的分力F2之和。 
图五 锁模力计算
F1=PA
F2=F法＝F反·tanβ=PA 1·tanβ
即:F锁≥K(PA+PA1·tanβ)
式中K表示安全系数，P表示压射比压、A表示铸件在合模方向垂直面上的投影面积，A1表示型芯在抽芯方 向垂直方向投影面积、β表示楔紧块斜面与合模方向的夹角。
3 模具参数设计
3.1 斜销长度计算
如图六知，斜销总度既与模具结构有关，也同抽芯距有关，即:
L=L1+L2+L3+L4+L5
L=D/2·tanα+H/cosα+d/2·tanα+s/sinα
式中s表示抽芯距，H表示斜销固定部分套板厚度，d表示 斜销直径，D表示斜销固定台阶直径。考虑抽芯可靠，实际斜 销长度比计算值大5～10mm。
图六 斜销长度计算图
3.2 斜销直径设计
由斜销受力分析知其所受弯矩为Fh/[cosα(cosα－μsin α)]，若材料许用抗弯强度为[σ]ω，则Fh/[cosα(cosα－μsin α)0.1d3]≤[σ]ω，由此可得: 
4 结束语
在分析压铸模抽芯机构受力情况的基础上论述了模具结构 优化措施，从理论上明确了工艺参数设计和选择的原则，对模具设计具有一定的现实指导意义。
参考文献
1.王书勋等.《实用模具设计与制造》.长沙.国防科技大学出版社,1994
2.金蕴林等.《最新实用压铸技术》.北京.兵器工业出版社,1993 (end)
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(7/6/2005) |
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