托板壓鑄模結(jié)構(gòu)最優(yōu)化方案分析與論證

中國航空工業(yè)集團公司航宇救生裝備有限公司 （湖北襄陽 441002） 文根保 文 莉

澳大利亞悉尼大學 史 文

托板在壓鑄模中有幾種擺放的形式，就有相應(yīng)幾種壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案。這些不同的方案中有根本行不通的方案；有可行但壓鑄模結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的方案；當然，還有簡單易行的方案，也就是最佳優(yōu)化方案。最佳優(yōu)化方案要通過對各種方案的比較分析之后才能夠找出，也就是說要通過對各種方案的論證才能找到。復(fù)雜模具設(shè)計時的模具結(jié)構(gòu)方案論證是千萬不可缺失的內(nèi)容。否則，不僅是費時費力又費錢不說，還會帶來許多不必要的麻煩，甚至會造成模具的報廢。為了確保模具設(shè)計、制造和試模的一步到位，模具結(jié)構(gòu)方案的論證是確保其成功的一種最可靠和唯一的保證手段。

一、壓鑄件的形體分析

圖1 托板

托板如圖1所示。托板的形體特征為“冖”形，其兩端帶有門字形凹槽的支腳是具有多個同心圓的弧形面。托板的上面為直角梯形的長筋，下面是一個R7mm的半圓形長槽和一個7mm×3mm×4mm長方形凸臺。從俯視方向看，托板為四段相聯(lián)且寬度不同的長方體。托板的形體特點是一個薄、窄、長條形的鋁硅合金（L104）的壓鑄件，其長度為160mm，最薄處沿長度范圍內(nèi)僅1.55mm，而寬度最窄處為10.5mm，可見托板是一典型的細薄長條形的壓鑄件。兩端的門字形支腳為：一端是長42mm、寬19mm、厚3mm的長支腳，另一端是長23mm、寬12.5mm、厚3.2mm的短支腳。

二、壓鑄模最佳優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案的論證

壓鑄模結(jié)構(gòu)的論證內(nèi)容：包括壓鑄模最佳優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案的論證、模具各種機構(gòu)的論證、壓鑄件上可能產(chǎn)生缺陷所進行的分析與論證以及壓鑄模強度與剛性的校核四個方面。只要是這四個方面論證的結(jié)論是可行，壓鑄模的具體設(shè)計工作才能夠進行。如此才能避免因壓鑄模結(jié)構(gòu)的盲目性設(shè)計，造成不必要的損失。托板在壓鑄模中有三種擺放形式，便相應(yīng)有三種托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案。這樣就需要繪制出這三種方案的托板壓鑄模結(jié)構(gòu)方案草圖和與托板壓鑄模結(jié)構(gòu)有關(guān)的構(gòu)件動作圖來進行結(jié)構(gòu)方案的分析和論證。

1.托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之一

托板是在壓鑄模中以平置臥式擺放，如圖2所示。其分型面I－I的設(shè)置，如圖2所示，它是以距直角梯形長筋的上平面為5.2＋0.075＋0mm與1°的斜面包含的直角梯形面所組成的空間型面為分型面。右側(cè)支腳外圓弧面的分型面設(shè)置在定模上，而左側(cè)支腳外圓弧面的分型面設(shè)置在動模上，只有如此才能有效地避開壓鑄件兩側(cè)支腳的圓弧面在脫模時，所產(chǎn)生“障礙體”的阻礙作用。

圖2 托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之一

該方案托板的R7mm半圓形腰字槽是處在上、下的方向，這樣即可以利用脫模機構(gòu)的頂出動作將托板從動模型腔中沿著開模方向頂出。兩側(cè)支腳門字形槽的結(jié)構(gòu)也在上、下方向，故成形左側(cè)門字形槽的左鑲件凸臺，可以分別設(shè)置在動模型腔與動模型芯之上。右側(cè)門字形槽的右鑲件凸臺，也可以分別設(shè)置在定模型腔與動模型芯之上。因此，這三處托板的形體是不需要設(shè)置抽芯機構(gòu)即可實現(xiàn)成形與抽芯。

圖3 托板脫模動作圖

壓鑄件在受外力的作用時是很容易產(chǎn)生變形的，更何況是細薄長條形的壓鑄件。為了最大限度地減小托板脫模時的變形，必須采用二次脫模機構(gòu)，如圖3 b及圖3c所示。托板第一次脫模，如圖3b所示。模具脫模機構(gòu)先將托板以底面80.5%的面積，由型芯兼頂桿1和型芯兼頂桿4將托板從動模型腔中頂出。最大限度地確保了托板在第一次脫模時，不會因受到動模型腔拔模力的作用而產(chǎn)生變形。因為型芯3和型芯5是固定不動的，成形托板的7mm×3mm×4mm長方形凸臺的動模型芯3和成形右側(cè)支腳的型芯5，不會隨同第一次脫模的其他型芯一起頂出。托板第二脫模，如圖3c所示。由于托板只存在一個可移動的頂桿2和一個固定不動的型芯5的支撐，故在頂桿2的作用下，托板只能產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的運動，從而避開了左端長支腳上“障礙體”的阻礙作用。此時動模型芯兼頂桿1和型芯兼頂桿4便脫離了托板，它們不會影響到托板的翻轉(zhuǎn)運動。若將動模型芯兼頂桿1做成一個整體，頂桿2可從型芯兼頂桿1中間通過，型芯3可與動模型腔制成一體，這樣有利于型芯兼頂桿1和型芯兼頂桿4在頂出時的運動導(dǎo)向與裝配作用。固定的型芯5是為了讓出足夠的空間，在托板作翻轉(zhuǎn)運動時，有利于減小右端短支腳距翻轉(zhuǎn)圓心之間產(chǎn)生的變形，使得托板變形量為最小。

2.托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之二

托板在壓鑄模中為平放側(cè)立式擺放，如圖4a所示。該套模具結(jié)構(gòu)方案是按托板為側(cè)立式放置的空間位置進行壓鑄模設(shè)計的。

其分型面如圖4a所示，是由距直角梯形長筋上5.2 mm平面與1°斜面的空間型面所組成。這樣放置的好處：托板的脫模位置是在最不容易產(chǎn)生變形的寬度方向進行的，而不是在托板最容易變形的厚度方向進行的，因為厚度方向的最小尺寸為1.55mm，而寬度方向的最小尺寸為10.5mm，其脫模方向的尺寸為方案一的近7倍。這樣頂出托板寬度的方向，就不容易產(chǎn)生變形，也就無須采用二次脫模機構(gòu)?？墒菫榱耸雇邪迥軌虮豁敵鰟幽Ｐ颓唬邪逍枰捎枚啻螐?fù)雜的抽芯。托板處于第一次抽芯狀態(tài)及左型芯2處于第二次抽芯狀態(tài)，如圖4b所示。成形托板的兩側(cè)支腳的門字形槽的型芯會影響到托板的脫模，需要有左端型芯1和右端型芯6的左、右兩側(cè)的抽芯，成形托板下面的7mm×3mm×4mm長方形凸臺的型芯也會影響到托板的脫模，需要有中型芯3向后抽芯45mm。另外左側(cè)支腳的內(nèi)側(cè)弧面和半圓形腰字槽是一種“障礙體”也會影響到托板的脫模，在中型芯3向后方向抽芯45mm之后，左型芯2應(yīng)先向右抽芯3 mm。左型芯2處于第二次抽芯狀態(tài)，如圖4c所示。然后，左型芯2還要再向后抽芯5mm。在完成了這些抽芯之后，托板才能脫模。這種先向右方向再向后方向的變向抽芯，可疊加成為向右后方向的斜向抽芯。并且是要先完成前述的三處抽芯后，才能進行后續(xù)的抽芯，否則后續(xù)的抽芯會與成形7mm×3mm×4mm長方形凸臺的型芯在向后方向的抽芯發(fā)生“運動干涉”現(xiàn)象。如此看來，該壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案不但有四處抽芯機構(gòu)，更是要有復(fù)合運動的抽芯機構(gòu)，并且在運動的時間上還需要延時。抽芯機構(gòu)多且運動復(fù)雜，故方案二較之方案一更為復(fù)雜。再者側(cè)立式放置會使托板的寬度方向朝著開、閉模方向，這就需要制有拔模斜角而影響到托板厚度方向的尺寸，這也是圖樣上不允許的。

圖4 托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之二

3.托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之三

托板在壓鑄模中是豎立式擺放，如圖5a所示。托板的抽芯過程，如圖5b、5c所示。由于托板是一個典型的細、薄、長條形的壓鑄件，其長度為160mm，脫模后要控制其變形量是件十分困難的事。“冖”形下方的R297mm弧形面、R7mm的半圓形槽和7mm×3mm×4mm的凸臺等形體需要抽芯，也是件十分困難的事。加上壓鑄模的閉合高度高，動模型腔的高度大而拔模斜度長，將會產(chǎn)生嚴重的尺寸超差。這樣，還需要機械加工進行補充加工。因成形脫模后的托板還會產(chǎn)生嚴重的變形，故這是一個注定要失敗的方案。

圖5 托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之三

4.托板壓鑄模結(jié)構(gòu)方案論證的結(jié)論

綜合上述三種方案，顯然方案三是個失敗的方案。方案二的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜也不應(yīng)選取，而方案一最為簡單可靠。

方案一沒有復(fù)雜的抽芯機構(gòu)運動，但為了解決窄、薄、長條形的壓鑄件變形問題，采用了二次脫模機構(gòu)是十分有效的。方案二雖然采用了避免脫模變形的最薄弱處的寬度方向進行脫模，而無須采用二次脫模機構(gòu)，但就脫模機構(gòu)而言是比方案一簡單。但是，其抽芯機構(gòu)有四處之多，更是有復(fù)合運動的抽芯機構(gòu)，并且在運動的時間上還需要延時，還需要避免抽芯機構(gòu)的“運動干涉”現(xiàn)象的發(fā)生，其復(fù)雜性遠大于方案一的二次脫模機構(gòu)。因此，還是選用方案一為上策。由于托板的兩道后續(xù)工序的加工，可由機械加工的工序來完成，又相對地減少了壓鑄模結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。由于托板生產(chǎn)批量很大，模具采用了一模兩腔，加上模具抽芯和壓鑄件脫模的自動化程度高，可以適應(yīng)壓鑄件的大批量生產(chǎn)。

三、壓鑄模機構(gòu)的論證

以托板在模具中平放臥式擺放的壓鑄模結(jié)構(gòu)方案為最佳優(yōu)化方案，為了確保方案一可實施，還應(yīng)該對方案一再進行更加充分地論證。

1.分型面的設(shè)置論證

如圖2a所示，由于分型面的設(shè)置，當定模開模時，便可消除托板右外側(cè)小圓弧面“障礙體”的阻礙作用。而托板的第一次脫模又消除了托板左外側(cè)大圓弧面的“障礙體”的阻礙作用。所采用的分型面在動、定模型面之間又是吻合的，不會因為存在著動、定模分型面間的縫隙而產(chǎn)生溢料傷人的事故，結(jié)論是分型面的設(shè)置是正確的。

2.門字形槽抽芯形式的論證

由于門字形槽雖然是處在托板兩側(cè)的支腳上，但門字形槽下端是貫通的。由此可采用動模的鑲嵌件來成形門字形槽，也方便了托板的脫模。

3.托板脫模機構(gòu)論證

主要是根據(jù)壓鑄件的“障礙體”和“變形量”要素來決定脫模的形式，托板的脫模是采用二次脫模運動的形式。最大限度地減少了因托板脫模時的拔模力和冷卻收縮時的翹曲變形。

壓鑄模的結(jié)構(gòu)，如圖6a所示；擺塊動作，如圖6b所示。托板脫模時，機床的頂桿推動著推板2和安裝板3，并借助擺塊18在楔板16T形槽中的運動，使得頂桿兼型芯11及頂桿兼型芯12能夠?qū)⑼邪鍙膭幽Ｐ托?5的型腔中頂出，完成托板的第一次頂出。此時托板仍未脫離頂桿兼型芯11和頂桿兼型芯12的上型面。當機床頂桿繼續(xù)頂出時，由于楔板16的T形槽對擺塊18運動的引導(dǎo)作用，使得擺塊18產(chǎn)生轉(zhuǎn)動而脫開安裝板3，此時安裝板3可以暫時停止移動。從而使安裝板7和頂桿10可以繼續(xù)移動10mm的距離，頂桿10即可推動托板使其脫離頂桿兼型芯11及頂桿兼型芯12而產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，并實現(xiàn)托板第二次頂出。

圖6 托板壓鑄模

4.壓鑄模結(jié)構(gòu)論證的結(jié)論

綜合上述，壓鑄模分型面的設(shè)置是可靠的，兩側(cè)支腳的門字形槽成形是沒有問題的，托板的脫模也是十分可靠的，并且托板的上面為直角梯形長筋上平面的平面度不能大于0.1mm的要求是能夠得到充分保證的。事實已證明，經(jīng)測量，被二次脫模頂出的托板直角梯形長筋上平面的平直度僅為0.045mm。

5.壓鑄模的強度和剛性的校核

托板的壓鑄模型腔內(nèi)熔融鋁硅合金的液體是在160t壓力的作用下進行填充，給予了模具腔壁很大的壓力，故對動模型腔的壁厚和動模墊板的厚度，需要做強度和剛性的校核，以防動模型腔產(chǎn)生變形而影響到托板的脫模及平面度的超差，甚至產(chǎn)生溢料傷人的事故。

四、結(jié)語

通過三種壓鑄模結(jié)構(gòu)方案的比較后，可以分辨出方案一是簡單可行的最佳優(yōu)化方案，方案二是復(fù)雜可行的方案，方案三是必定失敗的方案。

如果不進行結(jié)構(gòu)方案的分析和論證，就存在著1/3失敗的幾率，1/3自找煩惱和1/3成功的幾率。方案數(shù)量越多，成功的幾率便越少。而要想有100%成功的把握，就必須要進行模具結(jié)構(gòu)最佳優(yōu)化方案的分析和論證；對壓鑄件產(chǎn)生的缺陷進行分析；最后是對壓鑄模的薄弱環(huán)節(jié)進行強度和剛性的校核。