勾建勇

江蘇嶸泰工業(yè)股份有限公司 江蘇揚(yáng)州 225200

1 序言

針對回轉(zhuǎn)體類鑄件或有特殊填充要求的鑄件，采用中心進(jìn)澆是一種常見而有效的金屬填充模式，由于澆注系統(tǒng)的設(shè)計差異，需要用三板模設(shè)計來實(shí)現(xiàn)壓鑄件的中心澆注、成形及脫模。一些大型壓鑄件模具本身重量達(dá)幾十噸，大的流道截面積對流道斷開需要的力更大，這對三板模開模機(jī)構(gòu)的承載能力及運(yùn)行可靠性提出了非常高的要求。本文結(jié)合某載貨汽車傳動箱殼體壓鑄件三板模設(shè)計應(yīng)用的案例，對一種簡單實(shí)用的開模機(jī)構(gòu)設(shè)計方案進(jìn)行具體介紹。

2 典型壓鑄三板模結(jié)構(gòu)介紹

圖1所示為典型壓鑄三板模模具結(jié)構(gòu)，主要由A板、B板、C板三個模板組成[1]。A板又稱流道板，用于連接壓室并被固定在壓鑄機(jī)定模板上，橫澆道及料餅設(shè)計在A板上；B板相當(dāng)于普通兩板壓鑄模的定模，鑄件定模型腔及澆道的錐柄設(shè)計在B板上；C板相當(dāng)于兩板模的動模，鑄件的動模型腔及分流錐設(shè)計在C板上，且C板通過模腳與壓鑄機(jī)連接。

圖1 典型三板模示意

三板模的開模過程分為兩段：第一段是A板與B/C板脫開，實(shí)現(xiàn)圖1中橫澆道、料餅7與錐柄6脫開，此時B板與C板處在鎖模狀態(tài)；第二段B板移動被限制，在壓鑄機(jī)開模力作用下，C板與B板開模，并在開模到位后通過壓鑄機(jī)頂出系統(tǒng)將鑄件從C板（動模）頂出。

三板模的開模過程需要解決以下幾個問題。

1）橫澆道與錐柄的斷開，以及橫澆道、料餅從模具A板脫落動作的穩(wěn)定可靠。

2）在A板開模過程中，保證B板與C板處于鎖模狀態(tài)開。

3）第二段C板與B板開模后，B板處于懸空狀態(tài)，B板不能下垂，保證合模時B板與C板同心。

3 傳動箱殼體產(chǎn)品及模具基本信息

圖2所示為某款載貨汽車傳動箱殼體鑄件，重量24.8kg，側(cè)面需要用4個滑塊成形，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)呈H形回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，中間A位置有一個φ135mm的圓孔。根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用從中間圓孔的中心進(jìn)澆壓鑄方案，三板模結(jié)構(gòu)，壓鑄機(jī)鎖模力3200t（約32MN），澆注重量46kg，模具總重約56000kg，B板重量約22000kg，鑄件及澆排系統(tǒng)設(shè)計如圖3所示。

圖2 載貨汽車傳動箱殼體鑄件及截面3D輪廓

圖3 鑄件澆排系統(tǒng)設(shè)計

4 三板模實(shí)用開模機(jī)構(gòu)設(shè)計

4.1 內(nèi)扣式橫澆道斷開及落料機(jī)構(gòu)設(shè)計

通常三板模橫澆道斷開采用液壓切刀機(jī)構(gòu)[2]，借助壓鑄機(jī)抽芯信號接口及液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)：在B板的分型面設(shè)計帶切刀的液壓抽芯機(jī)構(gòu)，開模時橫澆道隨B板從A板脫出，抽芯機(jī)構(gòu)驅(qū)動切刀將橫澆道切除，液壓切刀動作可靠。但對于這種大型三板模，橫澆道與錐柄的連接面積大，需要的剪切力非常大，切刀壽命較短，驅(qū)動液壓缸直徑大，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此需要壓鑄機(jī)配置特殊三板模切刀程序來實(shí)現(xiàn)。

圖4所示為針對傳動箱模具設(shè)計的一種內(nèi)扣式橫澆道斷開機(jī)械機(jī)構(gòu)方案，即在A板設(shè)計了一個扣模塊4，扣模塊通過鎖緊螺栓固定在A板中，凹入的扣塊型腔扣住橫澆道頭部，使橫澆道不能按水平方向脫模，在B板與A板開模時拉斷橫澆道與錐柄的連接部分，橫澆道留在A板上，扣模塊旋轉(zhuǎn)脫模面設(shè)計成圓弧面，以實(shí)現(xiàn)后續(xù)橫澆道從A板脫模。

圖4 內(nèi)扣式橫澆道斷開機(jī)構(gòu)

（1）扣模塊的設(shè)計要點(diǎn)

1）橫澆道扣入部分的截面積要大于錐柄與橫澆道連接部分截面積的1.5倍，以確保橫澆道扣入部分的強(qiáng)度大于與錐柄連接部分的強(qiáng)度。

2) 扣模塊需要有足夠的剛度與耐疲勞強(qiáng)度，推薦采用H13熱作模具鋼，高頻感應(yīng)淬火后進(jìn)行3次回火去應(yīng)力，熱處理硬度45～46HRC。

3) 扣模塊圓弧面8部位的形狀，需要模擬橫澆道，以扣模塊壓緊面為中心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時沒有阻礙為目標(biāo)。

圖5所示為傳動箱殼體模具扣模塊2D設(shè)計結(jié)構(gòu)；圖6所示為模具A板與扣模塊實(shí)物。

圖5 扣模塊2D結(jié)構(gòu)

圖6 模具A板與扣模塊實(shí)物

（2）橫澆道、料餅落料動作分解 圖7a所示為A/B板開模狀態(tài)，模具打開后，由于扣模塊的作用，橫澆道無法脫模，因此與錐柄連接部拉斷后，橫澆道留在A板上；圖7b所示為壓射沖頭執(zhí)行頂出動作，推動橫澆道與料餅向左移動，同時整個橫澆道以扣模塊壓緊面為中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)橫澆道從扣模塊中脫出；圖7c所示為沖頭執(zhí)行退回動作，橫澆道上部因受A板阻擋而從沖頭脫落。

圖7 內(nèi)扣式橫澆道斷開及落料動作分解

4.2 開模機(jī)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)上述三板模開模動作，第一段為A板開模，橫澆道斷開，這個過程B、C板處于鎖模狀態(tài)；第二段為B板與C板開模，對于一般的中小型三板模，因為產(chǎn)品在B板（定模）中的脫模力遠(yuǎn)大于澆道部分在A板的脫模力，所以不采用特殊結(jié)構(gòu)，也可以在保證橫澆道與錐柄斷開的狀態(tài)下，A、B板脫模時B、C板仍處于鎖緊狀態(tài)，但這個傳動箱殼體的大型三板模，錐柄與橫澆道連接部分的截面為φ55mm，截面積為2375mm2，參照ENAC 1706標(biāo)準(zhǔn)中AlSi9Cu3（Fe）的抗拉強(qiáng)度為240MPa[3]，需要的拉斷力為570kN，已經(jīng)超出鑄件從B板（定模）的脫模力，因此必須設(shè)計一種可靠的開模機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)第一段的開模動作。

（1）掛鉤式開模機(jī)構(gòu)設(shè)計 圖8所示為針對傳動箱殼體三板模設(shè)計的一種掛鉤式開模機(jī)構(gòu)，包括固定在A板上的導(dǎo)向壓板4，固定在C板上的擋塊5，通過轉(zhuǎn)軸6固定在B板上的掛鉤板7，固定在B板上的預(yù)緊組合8。掛鉤板以轉(zhuǎn)軸6為中心轉(zhuǎn)動，預(yù)緊組合8采用彈簧銷支撐掛鉤板7，以防止其自由轉(zhuǎn)動。

圖8 掛鉤式開模機(jī)構(gòu)

（2）掛鉤式開模機(jī)構(gòu)動作原理 圖9a所示為鎖模狀態(tài)，掛鉤板2扣在擋塊1上，A、B、C板處于鎖緊狀態(tài)；圖9b所示為A、B板開模狀態(tài)，在壓鑄機(jī)開模力作用下，B板與A板脫開，初始開模行程中，導(dǎo)向壓板的a部位凸臺沿掛鉤板上表面平面移動，由于掛鉤與擋塊處于卡住狀態(tài)，B、C板被掛鉤板鎖在一起，當(dāng)導(dǎo)向壓板a部位凸臺碰到掛鉤板c部位凸臺時，掛鉤板以轉(zhuǎn)軸4為中心順時針旋轉(zhuǎn)，掛鉤板與擋塊脫開，B板在開模行程控制裝置的阻礙下停止運(yùn)動，在壓鑄機(jī)開模力作用下，C、B板開模；圖9c所示為A、B、C三板處于開模狀態(tài)，此時預(yù)緊塊撐住掛鉤板右側(cè)底部，防止掛鉤板順時針自由轉(zhuǎn)動。合模過程，C、B板合模后，推動B板右移，當(dāng)掛鉤板d區(qū)域接觸到導(dǎo)向壓板b區(qū)域圓弧面時，掛鉤板以轉(zhuǎn)軸為中心逆時針旋轉(zhuǎn)，掛鉤板與擋塊卡住后將B/C板鎖死；圖9d所示為相關(guān)部位指示。

圖9 掛鉤式開模機(jī)構(gòu)動作原理

（3）掛鉤式開模機(jī)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn) 根據(jù)掛鉤式開模機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及使用要求，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)如下。

1) 掛鉤板在開模過程承受拉力，需要足夠的強(qiáng)度與韌性，推薦采用40Cr鋼，調(diào)質(zhì)硬度30～35HRC；擋塊采用H13，高頻感應(yīng)淬火后進(jìn)行3次回火，硬度45～46HRC。

2）為保證足夠的鎖緊力，對大型三板模配置這種掛鉤式開模機(jī)構(gòu)4個，分布于模具4個角上，其中導(dǎo)向壓板與模具方導(dǎo)柱做成一體，以減小模具空間與部件成本。

3）預(yù)緊組合用彈簧銷預(yù)緊，選用矩形高強(qiáng)度彈簧。

4）在鎖模狀態(tài)下（見圖9a），導(dǎo)向壓板凸臺與掛鉤板凸臺之間的設(shè)計距離，要小于A/B板的開模行程。

掛鉤式開模機(jī)構(gòu)模具實(shí)物如圖10所示。

圖10 掛鉤式開模機(jī)構(gòu)模具實(shí)物

4.3 B板支撐機(jī)構(gòu)設(shè)計

對于三板模B板（定模板）的支撐，采用最多的是圖11a所示的結(jié)構(gòu)，用模具托架支撐的形式，模具托架需要關(guān)聯(lián)壓鑄機(jī)的開模信號，用液壓系統(tǒng)驅(qū)動液壓缸帶動模具托架隨開模動作一起運(yùn)動[4]，這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具托架成本高，對于傳動箱殼體這類底部有大抽芯的模具，模具托架容易與抽芯機(jī)構(gòu)干涉。

為此，設(shè)計了圖11b所示的飛翼掛架形式，通過飛翼掛架將B板支撐在壓鑄機(jī)哥林柱上，飛翼掛架用螺栓聯(lián)接在B板上，掛架包含支架、調(diào)節(jié)塊、導(dǎo)滑套3個部件，如圖12所示。

圖11 B板支撐機(jī)構(gòu)

圖12 飛翼掛架部件

（1）支架 采用QT500鑄造，精密加工。

（2）調(diào)節(jié)塊 采用45鋼調(diào)質(zhì)，用于調(diào)整飛翼掛架與壓鑄機(jī)哥林柱的距離。

（3）導(dǎo)滑套 采用銅材質(zhì)，與壓鑄機(jī)哥林柱接觸面加工有網(wǎng)狀潤滑油槽，側(cè)面加工注油孔，使用時定期注入潤滑脂進(jìn)行潤滑。

飛翼掛架模具實(shí)物如圖13所示。

圖13 飛翼掛架模具實(shí)物

5 生產(chǎn)驗證

采用上述設(shè)計的三板模開模機(jī)構(gòu)，包括扣模塊斷料機(jī)構(gòu)、掛鉤式開模機(jī)構(gòu)、飛翼掛架機(jī)構(gòu)，在載貨汽車傳動箱模具上經(jīng)過了批量生產(chǎn)驗證，實(shí)際生產(chǎn)鑄件及模具如圖14～圖16所示。該開模機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，生產(chǎn)效率高，模具成本降低了8%，節(jié)省壓鑄機(jī)輔助配置投資30余萬元，已經(jīng)在其他大型三板模具推廣使用。

圖14 產(chǎn)品帶流道錐柄實(shí)物（流道拉斷狀態(tài)）

圖15 模具整體實(shí)物

圖16 飛翼掛架在壓鑄機(jī)上安裝實(shí)物

6 結(jié)束語

實(shí)踐證明，對于批量生產(chǎn)的壓鑄模具，盡可能采用簡單可靠的機(jī)械設(shè)計結(jié)構(gòu)，可以降低模具成本，減少生產(chǎn)過程故障停機(jī)頻次，提升生產(chǎn)效率，是一種行之有效的實(shí)用設(shè)計方案。