自動化條件下的壓鑄模具設(shè)計(jì)改進(jìn)

■ 崔愛軍

由于我國的壓鑄業(yè)起步晚、起點(diǎn)低，壓鑄生產(chǎn)基本處于完全的手工操作，經(jīng)過這些年的發(fā)展，隨著我國人口紅利的逐步消失，勞動力短缺已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個主要問題，加之壓鑄勞動強(qiáng)度大、高溫、高噪聲、高污染等不利因素，如何解決人的問題，成了困擾各個企業(yè)的頭等大事。目前，壓鑄產(chǎn)品利潤進(jìn)入微利時代，企業(yè)為了生存發(fā)展，必須在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，以及保質(zhì)保量地保障主機(jī)廠的供貨上下功夫。伴隨著這些不同層面的需求，壓鑄生產(chǎn)的自動化成了各個壓鑄企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

伴隨著壓鑄自動化的進(jìn)程，隨之而來的就是壓鑄模具如何適應(yīng)壓鑄自動化生產(chǎn)的問題，原有的壓鑄模具能否適應(yīng)壓鑄自動化的生產(chǎn)就成了影響壓鑄自動化順利進(jìn)行的一個主要因素。為適應(yīng)壓鑄生產(chǎn)的自動化，壓鑄模具需要做出下列幾個方面的改進(jìn)提高。

1. 壓鑄模具的適應(yīng)性改進(jìn)

生產(chǎn)中預(yù)防模具故障是一項(xiàng)長期而又困難的工作，那些看似很小的問題，在自動化生產(chǎn)過程中會帶來意外的風(fēng)險，造成產(chǎn)品的批量廢品，為企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失，因此必須從設(shè)計(jì)階段開始就引起足夠的重視。

（1）液壓缸取代斜導(dǎo)柱 壓鑄生產(chǎn)的自動化包含著脫模劑噴涂的自動化，目前常用的噴霧機(jī)多為兩軸伺服系統(tǒng)噴霧機(jī)和老式銅管噴頭式噴霧機(jī)（當(dāng)然，也有少數(shù)采用機(jī)器人噴涂），這兩種噴涂系統(tǒng)的噴頭基本上都是由模具分型后的頂部垂直進(jìn)入，根據(jù)控制系統(tǒng)指令，以一定的速度上下移動噴頭，對模具的動模、定模表面進(jìn)行一定時間的脫模劑噴涂和吹氣動作。由于噴頭要從模具頂面進(jìn)入，因此原來設(shè)計(jì)在模具上方的斜導(dǎo)柱抽芯則必須更改為液壓缸抽芯裝置（見圖1），否則會影響到噴霧機(jī)噴頭的動作，甚至損壞噴霧機(jī)。

由于自動噴霧是按事先設(shè)定的程序進(jìn)行噴涂的，其噴涂過程遠(yuǎn)沒有達(dá)到人工噴涂的靈活程度，對于局部需要適量多噴的部位往往不能實(shí)現(xiàn)“特殊的照顧”，特別是對于大型的滑塊來說，開模之后滑塊的背面仍然被自身所遮擋，無法實(shí)現(xiàn)有效的噴涂（見圖2），為此就需要在模具滑塊部位適當(dāng)增加模具“內(nèi)噴涂”系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對滑塊背面的補(bǔ)充噴涂。

（2）冷卻系統(tǒng) 模具溫度在壓鑄工藝參數(shù)當(dāng)中是一個非常重要的參數(shù)，它會影響到鑄件外觀質(zhì)量、填充時間、填充速度、壓力傳遞等一系列因素，可以說正確、恒定的模具溫度是確?？煽可a(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件、提高生產(chǎn)率、降低廢品率和延長模具壽命的基本前提。自動化生產(chǎn)帶來生產(chǎn)節(jié)拍的提高，必然帶來模具溫度上升，加之自動噴涂時間較人工噴涂縮短，更加劇模具溫度的上升幅度。因此，自動化生產(chǎn)時對壓鑄模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求將更加嚴(yán)格，冷卻水道的布置、點(diǎn)冷卻的設(shè)置必須做到科學(xué)合理，過去那種簡單的直通式冷卻水道或不設(shè)冷卻水道的做法是不能適應(yīng)新形勢下的壓鑄生產(chǎn)的。模具溫度必須處于一種合理、均勻、可控的范圍內(nèi)，才能保證鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定、可靠。

圖1 模具上方存在斜導(dǎo)柱

在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時必須對壓鑄生產(chǎn)的工藝參數(shù)做一個詳細(xì)的了解和預(yù)估，在整個鑄造程序中，注入模具中的金屬液成了唯一的熱量來源，必須考慮到壓鑄模能否起到“散熱器”的作用，對金屬液釋放的熱量以及模具冷卻系統(tǒng)所能帶走的熱量有一個詳細(xì)的計(jì)算，當(dāng)通過壓鑄模的散失熱量和用冷卻流體循環(huán)帶走的熱量，與不斷澆注的金屬液增加的熱量趨于一致時，壓鑄模就達(dá)到了熱平衡。壓鑄模溫度在獲得這些理想的條件后， 必須把它保持住，方能實(shí)現(xiàn)正常、穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。

為使冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化，可采用壓鑄CAE軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，然后對原有冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化處理、改進(jìn)，確保模具溫度的均衡、一致。

（3）模具型芯的可靠性 主要表現(xiàn)在兩個方面：其一是彎曲斷裂，其二是芯子后退。

針對型芯的彎曲斷裂，我們可采用的措施有：①嚴(yán)格控制小型芯的長徑比，減小芯子彎曲的可能性。②模具內(nèi)澆口避免直接沖擊模具小型芯。③盡量減少芯子孔口部倒角，避免使用臺階芯子，消除型芯局部的應(yīng)力集中，如圖3所示。④采用優(yōu)質(zhì)鋼材、合適的熱處理工藝，提高小型芯的制作質(zhì)量。⑤對小型芯進(jìn)行表面處理，減小型芯的抱緊力。

型芯使用過程中的后退，主要出現(xiàn)在那類快速更換的芯子上面；一般情況下快換芯子的尾部都有一個內(nèi)六角錐端緊定螺釘固定，在使用過程中，會出現(xiàn)螺釘松動，或者在更換芯子后未能將螺釘擰緊，造成壓鑄生產(chǎn)時型芯的后退。一般常用的解決方式是將內(nèi)六角錐端緊定螺釘增加為兩個，同時加強(qiáng)模具維修后的檢查驗(yàn)收工作，基本上可以確保型芯不后退。

（4）頂出系統(tǒng)的穩(wěn)定性 模具頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及的計(jì)算內(nèi)容比較多，多數(shù)情況下模具廠會憑經(jīng)驗(yàn)來設(shè)置頂桿的數(shù)量、直徑以及頂出板的厚度。對于頂出桿的穩(wěn)定性、頂出板的變形量幾乎不做校核，在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)頂桿彎曲、斷裂造成的模具損毀，頂出板變形造成的鑄件表面頂桿痕跡深度超過了機(jī)械加工余量導(dǎo)致的鑄件報(bào)廢等情況。因此，為適應(yīng)壓鑄的自動化生產(chǎn)，有必要對頂出桿的穩(wěn)定性、受推面積進(jìn)行必要的核算，做到防患于未然。

頂出系統(tǒng)的穩(wěn)定性還包含頂出板回程限位塊的設(shè)置，目前多數(shù)回程限位塊采用的是圓形限位,如圖4所示。限位塊與頂出板的接觸面積較小，經(jīng)過長期的使用后，限位塊發(fā)生變形，造成頂出板限位不可靠，頂桿痕跡高出鑄件表面，有時會影響到后續(xù)機(jī)械加工定位的可靠性，嚴(yán)重時會造成鑄件報(bào)廢。

頂桿的設(shè)置應(yīng)盡可能避免鑄件的某些部分粘在鑄模上，必要時應(yīng)設(shè)置自動向頂出桿注油的輔助裝置，以避免頂桿經(jīng)常發(fā)生卡殼， 確保鑄件順利頂出。

2. 模具保護(hù)措施

壓鑄全自動化生產(chǎn)存在以下風(fēng)險：

（1） 出模品有殘缺時，無法及時發(fā)覺。

（2）產(chǎn)品或渣包粘定模，或沒有完全掉落會帶來壓壞模具的損失。

（3）更嚴(yán)重的是產(chǎn)品或渣包如果沒有掉落，在下一次合模生產(chǎn)時，由于模具沒有完全合上，會導(dǎo)致模具飛料傷人的安全事故。

圖2 需要增加內(nèi)噴涂的抽芯

圖3 小型芯的改進(jìn)

圖4 頂出板后退限位塊

因此，在確保模具穩(wěn)定性的同時，還有必要采用一些必要的模具保護(hù)措施，全部帶有檢測器的壓鑄模具也并非必要，市面上已經(jīng)有商品化的多功能模具監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)，該壓鑄模具監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)安裝在壓鑄機(jī)上，壓鑄成形前，檢測模具表面是否有殘留異物或滑塊錯位，在異常發(fā)生時會自動防止閉模并報(bào)警。

壓鑄成形后，檢測產(chǎn)品是否粘定模，是否同預(yù)期成形符合，快速判定產(chǎn)品是否合格，有效地解決在溫度較高的自動工作狀態(tài)下，人工很難觀察到出模的問題和模腔的狀況。該模具監(jiān)視系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)時，能及時停機(jī)報(bào)警，避免發(fā)生質(zhì)量問題后的再次合模所帶來的二次損失。

3. 結(jié)語

模具設(shè)計(jì)、使用過程中雖然采取了這些必要的措施，但是這些措施并非一勞永逸，特別是模具的使用過程中會發(fā)生各種各樣的變化，壓鑄企業(yè)還必須做好日常壓鑄模具的維護(hù)保養(yǎng)工作，全壽命記錄壓鑄模具的使用、維護(hù)情況；總結(jié)分析壓鑄模具使用過程中的失效規(guī)律，并根據(jù)這些使用規(guī)律，定期更換那些易損的小型芯、頂桿等配件，做好壓鑄模具的預(yù)防性維護(hù)工作，為壓鑄自動化生產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。

[1] 潘憲曾. 壓鑄模設(shè)計(jì)手冊[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2] 楊裕國. 壓鑄工藝與模具設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[3] 趙浩峰. 現(xiàn)代壓力鑄造技術(shù)[M]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[4] 潘憲曾. 壓鑄工藝與模具[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.