消失模成型模具設(shè)計(jì)過程中的幾個關(guān)鍵要素

余 雷

（安徽合力股份有限公司合肥鑄鍛廠，安徽合肥 230601）

消失模鑄造是一種具有簡化零件制造工序、減輕勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率和鑄件質(zhì)量，以及經(jīng)濟(jì)效果顯著和便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)的新型鑄造工藝。消失模發(fā)泡模具的設(shè)計(jì)與制造則是生產(chǎn)鑄件模型型片以及形成完整模型的一個最關(guān)鍵因素。無論模型制造設(shè)備的性能如何，如果模具設(shè)計(jì)不合理，其成型的模型片及其完整模型的質(zhì)量也是無法得到保證的。本廠的發(fā)泡成型機(jī)，采用垂直分型，模具需自帶氣室，射料槍穿過氣室設(shè)計(jì)在定模模具型腔的背面，蒸汽通過管道從動、定模氣室的背面和側(cè)面進(jìn)入到氣室，冷卻水通過管道從動、定模氣室的側(cè)面進(jìn)入到氣室，并且需要將冷卻水管均勻地布置到模具型腔的背面。本廠為六安齒輪廠開發(fā)的齒輪箱殼體鑄件，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚較薄，粘接面處的壁厚僅為6 mm，模片（半模）的三維圖如圖1，其發(fā)泡成型模具結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖1 模片三維圖

圖2 發(fā)泡成型模具結(jié)構(gòu)圖

1 模具的材料

采用了鋁合金來制造消失模的模具，這是因?yàn)橛娩X合金制造的模具在模片成型的加熱和冷卻過程中，熱量的傳遞是比較均勻的，而且鋁合金的加工性能良好。能夠得到精度和尺寸穩(wěn)定性最佳的模型，模具直接用鍛鋁塊加工出來，如果采用鑄造方式進(jìn)行制模，其肯定具有經(jīng)濟(jì)性，但勢必造成精度較低，以及由此導(dǎo)致的尺寸穩(wěn)定性差和由于鑄件鑄造缺陷和內(nèi)部應(yīng)力所導(dǎo)致的模具服務(wù)壽命短等弊病。所以應(yīng)盡可能地采用鍛鋁來制造消失模模具。

2 模具的結(jié)構(gòu)

對于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鑄件而言，其模具結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)計(jì)得簡單，以便于CAM加工。模具的壁厚也應(yīng)當(dāng)盡可能地設(shè)計(jì)均勻（一般模具壁厚設(shè)計(jì)成10 mm～12 mm），這樣在加熱和冷卻時，泡沫珠粒就會均勻地融合和收縮。同時對模片而言，模片的壁厚要求應(yīng)不低于3.5 mm，如果壁厚小于3 mm，則泡沫珠粒的融結(jié)不好，從而導(dǎo)致模片的質(zhì)量無法保證。

模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要充分考慮到在制模成型過程中的發(fā)泡材料注射孔的各種參數(shù)。這就是說，要合理地設(shè)計(jì)出泡沫珠粒進(jìn)入模具型腔的位置和射料孔的數(shù)量，從而保證泡沫珠粒在制模過程中實(shí)現(xiàn)模具整體型腔的完全充型，特別要保證在模具型腔內(nèi)最遠(yuǎn)端和最窄點(diǎn)的模型密度值。

2.1 模片粘接面的設(shè)計(jì)

模片的膠合粘接是消失模工藝工業(yè)化實(shí)際應(yīng)用中十分重要的一個環(huán)節(jié)，直接決定了組合模型形狀或稱最終鑄件幾何形狀的準(zhǔn)確性。模片的膠合操作是借助于一個嚴(yán)格仿形粘接面形狀的機(jī)械手（相對冷黏膠而言）或者手工膠合，并通過取得可以保證絕對完美密合效果的最少膠量來完成對模型的每兩個型片之間的粘接。這里所謂的完美密合是指在后續(xù)模型浸涂過程中能夠嚴(yán)格杜絕涂料滲入兩個黏接面區(qū)域之間，而黏膠的用量越大，則在澆注過程中黏膠產(chǎn)生的發(fā)氣量就越大，從而會導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生碳黑等缺陷。因此，模片粘接面的設(shè)計(jì)在整個模具設(shè)計(jì)過程中也是一個很重要的環(huán)節(jié)。

1）首先要盡可能地將粘接面設(shè)計(jì)成平面，如果局部需要設(shè)計(jì)成有坡度的，則坡度設(shè)計(jì)一般應(yīng)以≤45°為宜，從而確保黏膠涂刷的均勻性。

2）模片的粘接面最好設(shè)計(jì)成帶有凸凹槽結(jié)合的形式，如圖3所示，而對于薄壁件的粘接，由于粘接處太薄，凸凹槽無法設(shè)計(jì)，因此在粘接時很容易導(dǎo)致模片錯位，這時可以和客戶商量，在不影響產(chǎn)品的外觀和使用的前提下，適當(dāng)?shù)貙⒄辰犹幍谋诤窦雍?，如圖4所示，以便增加粘接面積，否則在粘接時容易導(dǎo)致錯位現(xiàn)象，從而影響鑄件最終幾何形狀的準(zhǔn)確性。我們在設(shè)計(jì)六齒變速箱殼體時，由于模片粘接面處的壁厚較薄（6 mm），凸凹槽設(shè)計(jì)困難，為了保證膜片的粘接質(zhì)量，我們與客戶進(jìn)行了溝通，在粘接面處將壁厚增加了2 mm（見圖5），因此很好地解決了這個問題。

圖3 模片粘接面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖4 薄壁件粘接部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖5 模片粘接面處改進(jìn)圖

2.2 模具氣塞的布置

模具型腔的氣塞布置很關(guān)鍵，它直接關(guān)系到泡沫珠粒能否均勻飽滿地填充到型腔里以及能否均勻受熱和冷卻等問題，因此在考慮模具的氣塞布置時，一定要盡可能地使氣塞均勻地布置在模具上，氣塞的尺寸大小視布置區(qū)域大小而定，一付模具上可以采用尺寸規(guī)格不等的氣塞進(jìn)行布置，氣塞的材料選擇也應(yīng)盡可能地與模具材料相同或相似，以保持模具的導(dǎo)熱性能一致。

2.3 冷卻水管的布置

模具氣室里的冷卻水管布置是否合理也同樣非常重要，總的原則是要讓冷卻水可以均勻地噴灑到模具型腔的背面，防止因冷卻不均導(dǎo)致局部區(qū)域的模片出現(xiàn)過熱，從而影響到模片的質(zhì)量，最終影響到鑄件的質(zhì)量。

3 小 結(jié)

一副設(shè)計(jì)合理的消失模模具，應(yīng)充分考慮到模具材料、模具的結(jié)構(gòu)及模具的加工等方面的因素，合格的模具發(fā)泡成型出來的模片質(zhì)量才能夠得到保證。圖6為六齒的變速箱殼體模片圖（半模）。

圖6 模片圖

［1］黃乃瑜，葉升平，樊自田.消失模鑄造原理及質(zhì)量控制［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2004.