压铸模具设计中几个容易忽视的问题和特殊机构胡心平张庆成吴炳尧东南大学机械系济南轻骑铸造有限公司
摘要：压铸模具的设计是一项继承和创新的工作。它要求设计者必须熟悉各种设计手册和不断地总结经验,加强学习和吸收先进知识,合理地创新。本文就近年来部分国内出现的新的压铸模具的结构和要求进行了分析。对模具设计工作者容易忽视的问题,如小型芯处理、型腔的水冷却方式、推杆及复位杆的处理、对于型腔的合理分割、内浇道的引入方向、防溅板及吊环螺钉的设置等进行了较为详细的总结。同时还对一些特殊机构,如大排气板结构、静型推出机构等进行了介绍。压铸模具是进行压铸生产的主要工艺装备。压铸模具设计是否正确合理、先进和适用,对于压铸生产中铸件质量合格率的高低,作业循环的快慢,模具的制造难易程度及模具的使用寿命等都具有重要的影响。一般来说,一副好的压铸模具除了要求在压铸机上安装方便和安全,各尺寸符合压铸机的安装要求,各冷却水管接头、液压油缸接头及行程开关接头匹配,模具外部标识清楚,方便管理等外,还必须具备用它所生产出来的压铸件符合毛坯图上所规定的形状及各项技术要求,充型良好,铸件表面无流痕、斑点、冷隔、浇不足、断面无气孔、疏松等缺陷。此外,模具运动应该动作可靠、刚性好、使用寿命长。因此,在设计压铸模具时,设计者必须综合考虑铸件的结构、所用压铸合金的性能特点、压铸机的选用、模具的结构、浇注排溢系统等因素。为了使所设计的压铸模具具有成形性好、生产效率高、维修方便,还必须对以下几个容易忽视的问题和特殊机构加以认真的考虑。1几个容易忽视的问题在进行压铸模具设计时可以参考的手册及著作有许多,它们对于模具的设计如铸件的结构设计、分型面及浇注系统的设计、模具的各机构设计等方面均有较为全面的论述。随着压铸产业的发展以及企业标准化管理的不断普及,压铸生产对模具设计者和制造者提出了一些新的问题和要求。1.1小型芯处理小型芯是压铸模具的易损件之一。为了提高压铸效率,对于铸件中的一些小孔或小的螺纹孔,一般不铸造而采用机加工的方法制出。这样处理无疑提高了生产工时和降低了此处孔,特别是螺纹孔的质量。因此只要工艺允许,小孔应该铸出为好。在图1中,图1a所示的小型芯结构,由于细长,刚性差,加工时易弯曲。为了提高小型芯的刚性,可以采用如图1b所示的结构。这样由于型芯与镶块拼缝长度的增加,提高了压铸模具此处的排气性能,减轻充型造成的如气孔、浇不足等缺陷。另外对于小型芯,如直径小于Φ7mm时,为了更换方便,可以采用如图2所示的双顶丝结构。这样在小型芯更换时,只需要将两个内六角螺丝拧出,再将小型芯顶出、即可更换,从而大大地减少小型芯更换时(特别是静型)的工作量,提高更换速度。另外,型芯的编号有助于型芯的准确快速安装、更换。一般的编号原则是用a,b,c......表示。在镶块(或型板)的背面及型芯的背面分别刻上编号,并且一一对应,同时也在毛坯图纸、模具图纸的各相应位置标出。1.2型腔的水冷却方式
压铸模具温度场的合理分布对于提高压铸模具的寿命,提高压铸生产的效率具有重要的意义。目前,各种设计手册对于型腔的冷却水冷却方式无一例外地采用线冷却方式。此种冷却水道的加工比较困难,而且对于一些深凹或凸腔的压铸模具,在一些受热强烈的地方所起的冷却作用很小甚至根本起不到有效冷却作用。采用如图3所示的点冷却水冷却方式,不仅使冷却点可以合理地布置,而且可以实现水冷却系统的集成化,减少模具更换时的工作量。另外,冷却点的编号有助于冷却装置的准确快速安装、更换。一般的编号原则是用w1,w2,w3......表示。在型板的背面及冷却装置的背面分别刻上编号,并且一一对应,同时也在模具图纸的各相应位置标出。
1.3推杆及复位杆有些模具,由于铸件结构上的特点,动型镶块比较厚,此时应减少推杆和复位杆与镶块的配合长度。这样在不侵入合金液的情况下,使得铸件在被推出的过程中,降低了摩擦力,动作顺畅可靠,延长模具寿命。其处理方法如图4a。推杆与镶块的配合长度L推荐为Φ5mm*25mm、Φ6mm*26mm、Φ8mm*28mm、Φ10mm*30mm。而按照图4b结构设计时,对于厚的镶块,则由于配合长度过长而增大铸件推出时的阻力。对于推杆及复位杆,最好要采取止转措施。另外,由于推杆长度、大小不一样,推杆的编号有助于推杆的准确快速安装、更换。一般的编号原则是用e1,e2,e3......表示。在型板的背面,在推杆的背面分别刻上编号,并且一一对应,同时也在毛坯图纸、模具图纸的各相应位置标出。1.4型腔的合理分割对于某些类型的压铸件,为了达到一型多用,提高排气效果,达到铸件所要求的特殊形状,必须对型腔进行合理的分割。
例如,多个客户需要同一种类型的铸件时,为了共用模具,可以在客户标记处及生产标识处分割型腔,这样既便于区别和管理,又可满足客户的特殊要求。对于生产大批量铸件的一型多腔的模具,每一腔做成一个分割的型腔,既便于生产管理和维修,又可以提高总的工艺出品率。在型腔分割时,可以在分割的镶块里继续分割,但不能过多,一般不超过三个。对于容易转动的镶块,要采取止转措施。对于容易折断、变形的模具部分以及该部分折断、变形后不容易维修时,必须在此处进行型腔的分割。内浇道的引入方向类梳状浇注系统,如图5a所示。它是广大压铸工作者经常采用的浇注系统,它可以保证金属液尽可能地均匀输送到每个内浇道,使模具型腔内的金属液流态平稳。如对于TB50摩托车发动机的离合器盖,其高度为50mm浅盖类压铸件,采用梳状浇注系统时(图5b所示),金属液充型良好。但是,对于高盖类压铸件,如AG50摩托车发动机的曲轴箱体类压铸件、电话机壳类压铸件等,其高度为~mm,如采用类梳状浇注系统时,就必须注意处理好金属液的引入方向。图5c所示的处理方法,可以使金属液在充型过程中受到的阻力较小,文献〔4〕给出了一些典型的可能的方式。
1.6防溅板及吊环螺钉在试型时,为了防止金属液从分型面中飞溅出来而烧伤人员及物体,必须在操作面的正反两侧设置防溅板。防溅板的设置应不妨碍模具的正常开闭型,合型前必须将被飞溅出来的防溅板内金属清理干净。防溅板的结构可以采用如图6所示的简单结构。为了方便运输及维修时翻转模具等的需要,必须在模具的型板及大的镶块的侧面及背面预制好吊环螺钉孔。为了在更换小镶块时顺利将镶块顶出,在型板的背面还必须预留拆卸孔。
2几个特殊机构2.1大排气板结构大排气板可以使排气顺畅,减少压铸时合金液飞溅现象。其结构及间隙尺寸如图7所示。排气板间的间隙由0.5mm逐渐减至0.2mm。热金属液进入排气板后,由于激冷使流动性急剧下降,使在该处的合金液流动阻力增大。而且,其迷宫式的结构,显著地减少了合金液的飞溅。另外,排气道集中在一起,可以提高合金的利用率。在回炉料熔化时,细的碎片容易氧化而且也很容易被炉气带走,造成合金的利用率下降。实践表明,对于一般的快速燃油熔化炉,采用铝锭进行熔化时,重量损失约3%,而采用带小碎片的回炉料时,重量损失达10%以上。随着压铸生产的进行,普通排气道有可能被固化的涂料和碎铝的混合物堵塞而降低排气性能〔5〕。所以对于投影面积中大的铸件,大排气板结构由于排气良好而能提高铸件的成品率。
2.2静型推出机构对于一些深腔的铸件,开模时,为了方便铸件的取出使铸件可靠地附着在动型上,可以采用静型推出机构。图8表示了两种静型推出机构。其工作过程是:合型时合型力对导向复位杆4的作用使静型推出机构复位。开模后,由于弹簧的推力,使得推杆2、导向复位杆4、推杆固定板5、推板6运动,导向复位杆、推杆突出静型,推出铸件。
3结论压铸模具的设计是一项继承和创新的工作。它要求设计者必须熟悉各种设计手册和不断地总结经验,还必须不断地加强学习和吸收先进知识,合理地创新。随着我国压铸行业的发展及与先进的国外压铸技术公司交流的深入,我国不断地涌现出许多新的压铸技术,如真空压铸、精速密压铸、充氧压铸等。它们的模具结构与普通压铸模具肯定会有一定的区别。在模具设计和加工过程中,随着CAD/CAM技术及数控加工和电火花加工技术的发展,模具的设计和制造周期将越来越短,各种复杂的形状也将具有很好的可加工性。模具设计工作者完全可以根据工艺和实际的要求去完善所设计的模具,更好的发挥压铸工艺高质高效安全的特点。
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