摘 要 分析了驱动端盖精密压铸件的结构特点及压铸成形工艺性,结合模具制造工艺要求,确定压铸模主分型面为阶梯分型面,并采用斜止口定位;压铸件内凹处两侧采用液压抽芯机构抽芯,为防止滑块型芯与推杆发生干涉而设置了预复位机构;浇注系统采用偏心式缝隙浇口,横浇道及内浇口设计在左右滑块上。浇注系统保证了压铸件充填及排气好,有效地提高了压铸件产品质量和产品合格率。
1 驱动端盖精密压铸件结构特点及成形工艺性分析
图1为驱动端盖精密压铸件外形图。该产品是博世汽车部件(长沙)有限公司汽车起动机的外壳零件,批量生产,压铸成形,压铸件材料为GD-AlSi9Cu3,压铸成形工艺性较好,力学性能较高,机械切削性能好,能满足产品的生产要求和使用要求。
图2为驱动端盖精密压铸件结构图。驱动端盖压铸件工作强度及内在质量要求高,内孔、外圆及端面均有位置精度要求,零件装配部分局部需要加工,留有加工余量,加工表面不允许存在气孔、缩孔及疏松等缺陷。零件结构形状较复杂,端面大小圆有高度差,不在同一个平面,零件局部壁厚不均匀。为保证压铸件充型良好和质量要求,在进行模具设计时应合理选择压铸模分型面及浇注系统设计方案;零件中间部位有内凹,模具两侧必须设置侧向抽芯机构,才能保证压铸件顺利成形与脱模。
2 压铸模设计
2.1 型腔数量的确定
依据产品尺寸及结构形状要求,鉴于压铸件较复杂,压铸模有内凹,需要设置抽芯机构。为简化模具结构,便于模具使用及维护,保证压铸件质量,采用一模一件的结构设计方案。
2.2 分型面设计
基于压铸件结构特点,压铸模设计采用动、静模主分型,中间内凹采用滑块成形的模具结构,以压铸件大圆端面(95±0.3)mm及小圆端面(61±0.3)mm作为动、静模主分型面。由于大小圆端面有高度差,不在同一个平面,因此主分型面设计为阶梯分型面;在压射成形时,阶梯分型面型腔两侧因受到的侧面压射压力不均匀,将使定模与动模有相对滑移的倾向。为了保证定模和动模在合模时不错位,在定模镶块和动模镶块上采用斜止口的对中方式,既可保证定模与动模形位要求,还能起到加固型腔的作用;另外,由于压铸件中间部位有内凹,为保证压铸件顺利成形及脱模,内凹处两侧设置侧向抽芯机构,内凹部分由滑块型芯成形;模具主要成形零件由定模镶块、动模镶块及滑块型芯组成,压铸件内孔型芯均设置在动模镶块上。为便于零件加工及模具维护,内孔型芯采用镶拼式结构。
图3为压铸模分型面及主要成形零件3D设计图。
2.3 压铸机选择
由于压铸件结构形状较复杂,工作强度及内在质量要求高,不允许存在气孔、缩孔及疏松等缺陷,为保证充型良好及压铸件质量要求,选用压射比压为60MPa,压铸机锁模力采用下式计算。
F=1.3(p反+F反)/
式中,F为压铸机锁模力;p反为型腔反压力;F反为抽芯机构法向反力。
通过估算并结合工厂实际情况,选用力劲kN卧式冷压室压铸机生产。
2.4 抽芯机构设计
驱动端盖压铸模两侧设置有抽芯机构,因内凹部位活动型芯面积较大,根据工厂实际生产条件采用液压抽芯器抽芯,液压抽芯传动平稳,抽芯力较大,按抽芯力与抽芯距的大小选取抽芯器,计算抽芯力时乘以1.3的安全系数,通过计算并结合工厂实际情况,选用50kN液压抽芯器进行抽芯;为保证压铸时滑块型芯位置可靠,侧型芯复位后,另设楔紧块将侧滑块楔紧,合模前首先将抽芯器上的型芯复位,防止楔紧块损坏型芯和滑块;因抽芯处设置有推出元件,为了防止侧型芯复位时与推出元件发生干涉,应设置推杆预复位机构。图4为滑块型芯及浇道3D设计图。
2.5 浇注系统及排溢系统设计
压铸模设计采用偏心浇口浇注系统,内浇口为缝隙浇口,横浇道和内浇口设置在滑块型芯上,从铸件大圆底端引入,内浇口设计厚度为2mm,采用较厚的横浇道和内浇口设计方案,保证液流充填平稳,降低金属液充填速度,同时充型时有利于压力传递和对压铸件进行补缩。为避免金属液冲击动模型芯,造成型芯粘模和损坏,在动模型芯处采用镶拼式结构,以便于更换和维护,延长动模型芯使用寿命。缝隙浇口设计见图4。
为保证压铸件质量要求,在压铸模分型面上设置了溢流槽和排气槽。溢流槽除了接纳型腔中的气体、夹杂及冷污金属外,还作为工艺搭子顶出铸件,因此在设计上采用了容量较大的梯形溢流槽;为了保证溢口比内浇口早凝固,使型腔中正在凝固的熔融合金形成一个与外界不相通的密闭部分而充分得到最终压力的压实作用,溢口厚度应小于内浇口厚度;在溢流槽末端开设排气槽,压铸时排气槽将型腔内气体引出排气,排气槽的截面积为内浇口截面积的35%左右,排气槽深度为0.12mm。图5为压铸模结构设计图。
2.6 推出机构设计
采用推杆推出机构,在分型面压铸件动模厚壁处及梯形溢流槽上均匀布置圆形推杆,为防止插芯时型芯与推杆发生干涉,设置了推杆预复位机构,以保证合模及铸件顺利推出。推杆位置布置见图5。
3 模具材料及工艺
模具选用标准模架。成形零件(镶块、型芯)及浇口套等与金属液相接触零件材料则选用H13钢,H13钢具有高的回火抗力和冷热疲劳抗力,还具有良好的渗氮工艺性能,可有效防止出现粘模现象和型腔龟裂。成形零件毛坯为锻件,制造工艺路线为:锻造※退火※粗加工※稳定化处理※精加工成形※淬火及回火(44～47HRC)※钳工修配及光整加工※调试※表面渗氮。
4 模具设计特点
(1)采用阶梯分型面,模具结构紧凑,有利于压铸件成形及后续加工。
(2)采用缝隙浇口充型,型腔的填充排气较为理想,铸件内在质量及表面质量好,加工部位无气孔、缩孔及疏松现象,提高了产品合格率。
(3)在定模镶块和动模镶块上采用斜止口对中方式,保证了合模时不错位,还能起到加固型腔的作用。
(4)由于滑块成形面积较大,选择压铸机必须计算侧向分胀型力,加工时应保证滑块部件制造精度和装配精度要求。
5 结语
驱动端盖精密压铸模设计制造完成后,经过调试和生产验证,压铸件产品质量符合要求,产品合格率高,模具工作稳定可靠,能满足连续生产要求,充分说明了压铸模的结构设计是合理的。
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