旋翼金屬型澆注模具的設(shè)計(jì)

王 丹 丁 林 陳存銀

(①吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林132021;②吉林市第二實(shí)驗(yàn)小學(xué)，吉林 吉林132001)

鑄件旋翼是航空引信上的重要零件，如圖1 所示。有12 個(gè)葉片，尺寸精度要求高、三維角度、分型面復(fù)雜，需要12 個(gè)側(cè)抽芯、1 個(gè)上抽芯、1 個(gè)下抽芯;整個(gè)旋翼零件被這些型芯所包圍。這套模具的設(shè)計(jì)理念是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單獨(dú)特、成本低、效率高。

1 模具設(shè)計(jì)

1.1 各種模具設(shè)計(jì)方案的確定

(1)方案一:上方大型芯，側(cè)面12 個(gè)側(cè)型芯，小型芯;即上、下及四周12 個(gè)側(cè)型芯下都用液壓裝置自動(dòng)開(kāi)模;這種方案效率高，適合年產(chǎn)10 萬(wàn)件以上的大批量生產(chǎn)。

(2)方案二:用車床卡盤的端面螺紋原理以及電動(dòng)控制12 個(gè)側(cè)型芯脫模，上下大、小型芯用液壓脫模;效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具費(fèi)用高。

(3)方案三:手工操作開(kāi)、合模結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是:實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，適合年產(chǎn)量1 萬(wàn)件以下的中、小批量生產(chǎn)。

根據(jù)生產(chǎn)批量的需要，經(jīng)過(guò)多方面考慮，對(duì)多種方案比較，最終采用圖2 所示的模具結(jié)構(gòu)。

1.2 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖2，在中模板7 下面與側(cè)型芯6 及底板33 上面為上分型面，各型芯之間結(jié)合面組成其他分型面。用12 個(gè)液壓缸各連接1 個(gè)側(cè)型芯6 抽芯脫模及合模，這12 個(gè)側(cè)型芯是由一件由φ430 mm ×60 mm圓板形件通過(guò)線切割分開(kāi)而成的。圖1 旋翼的主視圖葉片與垂直方向有35°夾角，故側(cè)型芯的兩面都有35°斜角。12 個(gè)側(cè)型芯安裝在底板33 的T 形導(dǎo)向槽中。下型芯30 與下型芯液壓缸36 連接抽芯及合模。大型芯27 與液壓缸固定板18、支撐板11 及中模板7 連接固定，由大型芯壓板9 壓緊，支撐套8 和拉料桿10 連接壓板12 和上固定板16。壓板12 和上固定板16 壓緊和固定上連桿17 并連接上型芯液壓缸19 控制大型芯27 抽芯及合模。支撐板11、液壓缸固定板18、導(dǎo)向軸21、長(zhǎng)螺釘26 構(gòu)成大型芯抽芯、合模及導(dǎo)向部件。底板33 與模具底座38 通過(guò)內(nèi)六方螺釘39 連接。

1.3 模具的工作原理

(1)澆注:在模具(如圖2)合模狀態(tài)下，先在大型芯上放好澆杯，然后將融化好的ZL104 液體按照一定的澆注速度通過(guò)澆杯的澆口和大型芯中心澆道澆注到模具型腔里，成形、凝固、冷卻形成鑄件。經(jīng)過(guò)45 s 的冷卻時(shí)間使鑄件達(dá)到脫模時(shí)開(kāi)始脫模。

(2)順序開(kāi)模:

首先由上型芯液壓缸19 帶動(dòng)上連桿17、連接壓板12 和上固定板16、支撐套8 和拉料桿10、中模板7、大型芯壓板9，帶動(dòng)控制大型芯27 上下移動(dòng)而完成抽芯及合模動(dòng)作。然后由側(cè)抽芯液壓缸1 通過(guò)連接螺套2、側(cè)型芯連桿3、側(cè)芯壓板5 分別連接及帶動(dòng)12 個(gè)側(cè)型芯6 抽芯脫模。最后由下芯液壓缸36 帶動(dòng)下型芯30 抽芯脫模。經(jīng)過(guò)上述3 步抽芯后，只剩下旋翼零件擺放在模具中間。用鐵夾子取出。

(3)順序合模:控制各液壓缸，先合下型芯，然后合側(cè)型芯，最后合大型芯。

1.4 模具型芯抽拔力的計(jì)算

考慮到包緊力和其他阻力，計(jì)算起始抽拔力的公式為:

式中:P抽為起始抽拔力，N;S為活動(dòng)成型部分被包緊的斷面形狀的周線長(zhǎng)，mm;L為活動(dòng)成型部分被包緊的長(zhǎng)度，mm;P為鋁合金的擠壓應(yīng)力，P=2. 0 ×105kN/mm2;K為摩擦系數(shù)，K=0.25;α1為活動(dòng)成型部分脫模斜度，為2°;

大型芯的最大起始抽拔力:P1≈6.0 ×104kN，小型芯的抽拔力:P2≈8.1 ×103kN。

根據(jù)人體工程學(xué)計(jì)算，人體的向下壓力為340 kN，而用撬杠的力矩與力臂之比為1∶100，3 人用撬杠撬動(dòng)開(kāi)模的力量為10.2 ×104kN，二人用撬杠撬動(dòng)開(kāi)模的力量為6.8 ×104kN，大型芯和小型芯均可使用撬杠脫模。

側(cè)型芯的抽拔力:每一個(gè)側(cè)型芯的截面是梯形，兩面接觸鋁合金液體構(gòu)成型腔，沒(méi)有被鋁合金液體包圍及包緊，所以沒(méi)有包緊力，只有很小的摩擦力，可用拔銷器脫模。

綜上所述手工開(kāi)、合?？梢詫?shí)現(xiàn)。但是生產(chǎn)效率較低，一個(gè)工作日只能生產(chǎn)幾十件。大批生產(chǎn)需采用液壓自動(dòng)開(kāi)、合模結(jié)構(gòu)。

1.5 模具排氣系統(tǒng)的分析及設(shè)計(jì)

(1)在大型芯27(如圖3)，上部車空、下部鉆若干個(gè)排氣孔，用排氣塞排氣;另外在其錐面上開(kāi)0.5 mm深的三角形排氣道。

(2)12 個(gè)側(cè)型芯的型腔部分構(gòu)成了零件的側(cè)面，各側(cè)型芯間有0.30 mm 的間隙來(lái)排氣，排氣很流暢。

(3)在模具下面的小圓芯面上開(kāi)有0.5 mm 深的三角形排氣道。

1.6 模具材料的選擇

由于本零件的年產(chǎn)量只有1 萬(wàn)件，所以模具的所有材料均采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼45 號(hào)鋼，其中側(cè)型芯6、小型芯30、大型芯27 的材料要調(diào)質(zhì)處理使硬度達(dá)到28HRC，其余各件均不用熱處理。

2 結(jié)語(yǔ)

該模具于2010 年設(shè)計(jì)，并于當(dāng)年在某兵工廠試模生產(chǎn)，模具造價(jià)約人民幣3 萬(wàn)元，已應(yīng)用超過(guò)了3 年的時(shí)間。生產(chǎn)實(shí)踐證明該模具結(jié)構(gòu)合理:具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及開(kāi)、合模動(dòng)作，液壓自動(dòng)開(kāi)模。取鑄件到合模一般最多用120 s 的時(shí)間，如模具溫度過(guò)高，開(kāi)模取件后可以晾一段時(shí)間再合模。這段時(shí)間可以對(duì)模具起到降溫散熱的作用，從而保證了模具的熱平衡。按2 min 生產(chǎn)一件計(jì)算、每班按實(shí)際7 h 計(jì)算，每班產(chǎn)量為210件，雙班每天生產(chǎn)420 件，按每月生產(chǎn)22 天計(jì)算，每月可生產(chǎn)9240 件。因此模具年產(chǎn)量能達(dá)到10 萬(wàn)件的能力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及目前的使用情況預(yù)計(jì)模具壽命可達(dá)7 年。

［1］中國(guó)機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)鑄造分會(huì)編［M］.特種鑄造手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.