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铸造模具/压铸模具 |
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驱动轴箱体压铸模设计 |
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作者：大连亚明汽车部件股份有限公司 侯丽彬 来源：《现代模具》 |
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摘要：介绍典型的大型压铸模具的设计方案，模具采用方导柱导向，周边堤坝式封闭结构精定位，采用冷却水和加热油加热器同时控制模具温度、真空压铸，提高铸件质量，保证压铸生产的连续性和稳定性；同时采用复合液压缸抽芯，提高了生产效率。
图一是为某发动机公司开发的驱动轴箱体压铸件，铸件外形尺寸500×444×230，铸件材料为铝合金360，重量6.25Kg，壁厚3mm。铸件要求如下：
(1)密封性能要求在0.1Mpa压力下不能泄漏;
(2)由于装配总成均为密封件，所以加工表面不允许有大于0.3mm的气孔;
(3)铸件后序要做电泳处理，因此需要高水平的表面质量。
1 压铸模具的设计准备
1.1 对模具结构的初步分析
根据铸件的要求，对铸件进行工艺分析，确定主分型面，模具结构为三面侧抽滑块，在无滑块的一侧布置浇道，浇道对面一侧设置溢流槽及抽真空流道。为保证铸件有较高的内外质量，模具内必须设置一套合理的冷却、加热通道，保证在压铸过程中处于合理的热平衡状态。另外，模具要加设抽真空阀，采用真空压铸。
1.2 压铸机的选择
(1)计算主胀型力 F主=A×p/10
A为铸件带浇注系统总的投影面积，为1638cm2(其中铸件1260 cm2，另加30%浇注系统的面积)，
p为压实压力，耐压薄壁件取90Mpa，
F主=A×p=1638×90/10=14742 KN
(2)计算分胀型力
由于此模具两侧形状完全由两面侧抽滑块成型，侧面分力很大，因此分胀型力不能忽略。
F分=A芯×p×tgα / 10
A为铸件侧抽滑块成型处总的投影面积，为636cm2，
α为楔紧角，取6°，
F分=A芯×p×tgα / 10=636×90×tg6°/10=602 KN
(3)压铸机所需锁模力
F锁≥ 1.25(F主+ F分)=1.25×(14742+602)=1918 KN
因此，选用设备为意大利OL2000T，机床锁模力为2000 KN。
2 压铸模具设计
2.1 浇注系统和溢流、排气系统的设计
(1)内浇口截面积 Ag=G /(ρvt)
G为通过内浇口的金属液质量6250g，
ρ为液态铝合金密度，取2.4g/cm3，v为填充速度取30m/s，t填充时间取0.1s，
Ag=G /(ρvt)=6250/(2.4×30×0.1)=868mm2
驱动轴箱体零件结构非常不利于填充，整体零件可以分为由壁厚3mm的三部分筒形组成，如图二所示，分别为左部外腔(A区域)、中心部分内腔(B区域)及右部外腔(C区域)，根据零件结构的特殊性，将浇口布置也分为三部分，从左到右，内浇口的宽度×厚度为95×4.0、45×3.0、90×4.0，分别对应A、B、C三个区域进行填充。由于型腔中部B区域无处设置溢流槽、排气道，所以将中部浇口旋转一定的角度，沿着铸件中筋的方向进行填充，同时将中心浇口的厚度变薄，有利于快速填充，减小金属液在薄壁处的能量损失。
(2)溢流排气系统的设计
由于此铸件结构不利于填充，因此在填充末端设置大体积的溢流槽，约60×40×30共5处。为有效地减少铸件内部气孔，改善内部组织的致密性，在模具型腔金属液填充末端加设两处真空阀，进行真空压铸。
真空压铸的原理：
a.合模后压铸，压射冲头在慢压射越过压室进料口后，打开抽气节流阀，接通大流量真空源，使压室及型腔内的真空度达到90-96Kpa，充型、增压，填充完了关闭真空源。
b.真空阀排气道是由波形转折的薄片通道连接真空源，薄片通道多次转折并有外冷却，金属液充填型腔进入薄片通道内逐渐失去流动能力，有效阻止金属液进入真空管路内，同时保证整个填充过程均在抽真空状态下进行。
3 模具结构设计
模具结构设计如图三所示，模板采用方导柱导向，周边呈堤坝式封闭结构精定位，实现合模时动静模的精确定位和锁紧，消除热膨胀对模具使用精度的影响。三面侧抽滑块采用封闭式滑道结构，液压抽芯。
4侧抽液压缸的设计
根据侧抽滑块抽芯力的计算，确定左侧滑块抽芯液压缸直径为Φ250，行程520(包括20mm的安全量)，右侧滑块抽芯液压缸直径为Φ230，行程350。由于液压缸直径大、行程长，抽芯动作速度缓慢，严重影响生产节拍。我们采用图四结构的复合液压缸，初始抽芯时直径为Φ250的缸工作抽出22mm，保证侧抽滑块型腔与铸件脱离后，直径为Φ160的缸开始工作，带动侧抽滑块完成剩下的抽芯行程。这样Φ250缸满足抽芯力的要求，Φ160缸满足抽芯行程的要求，组合完成抽芯动作，节省抽芯动作的时间，提高了生产效率。
图 四 复合液压缸
5 模具加热、冷却系统的设计
在压铸过程中，模具温度偏离设定值的波动对压铸模具的热平衡有很大的影响，模具温度是影响模具热量散发的重要因素，间接地影响铸件充型和凝固过程。为保证铸件的质量，需要在模具中保持均匀的温度分布和合适的温度水平。
众所周知，在薄壁铸件和复杂模具的情况下，熔融金属可能在压射过程中就凝固了。在铝合金的压铸过程中，这种情况将产生流痕、冷隔等缺陷，更严重的是可能压射不足。驱动轴箱体压铸模就属于这种情况。为保证模具在合理的温度范围内压铸，我们在模具的动、静模镶块上开设大量的加热油通道，压铸机上设有加热器(能调节和控制油温)，在压铸过程中当模具温度下降时能加热模具，模具温度升高时带走热量冷却模具，控制模具温度在180±30℃范围内。
模具侧抽滑块长芯四周被铸件包围，温度升高很快，因此在侧抽滑块长芯处开设冷却水道，外接冷却水，可以迅速地带走热量，避免温度过高产生粘模和铸件变形。
图五
6 模具材料及热处理
模具镶块及侧抽滑块等成型零件采用优质模具钢 W302，淬火硬度HRC42-44;型芯、推杆采用优质模具钢SKD61，淬火硬度HRC42-44;导柱导套采用GCr15，淬火硬度HRC50-55;模板采用50钢，调质HB240-270;推板、推杆固定板采用45钢。
7 小结
模具按设计要求制作完成后，经试模和生产验证，模具工作稳定，铸件成型良好，并有效的提高生产率，并能满足批量生产的要求。
参考文献
[1]潘宪曾.《压铸模设计手册》.北京：机械工业出版社，2006.
[2]卢晨，赵诚.《压铸模具的温度控制》.武汉：特种铸造及有色合金杂志社，2005.(end)
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(7/5/2008) |
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