一種冷射芯模具模塊化制作的設(shè)計(jì)

劉 岳，李 冠

(寧夏共享模具有限公司，寧夏銀川 750021)

1 背景及其產(chǎn)品分析

冷射砂快速成型作為一種鑄造型砂的制作方法，有效提升了鑄造型砂生產(chǎn)效率與質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約人力需求[1]。然而冷射芯模費(fèi)用較高，一般只在大批量鑄件的模具中投入使用。而中、小批量產(chǎn)品因模具價(jià)格過高不能普及推廣。降低此模具費(fèi)用，成為其適用于中小批量件的關(guān)鍵。

2 實(shí)施方案

本設(shè)計(jì)方案提供一種射芯模塊化制作方案，原理是將模具中重復(fù)制作部分固定模塊化，不同的部分單獨(dú)制作。更換不同部分實(shí)現(xiàn)模具間的切換。

本項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)方案采用了先劃分結(jié)構(gòu)，多拆分固化部件。在優(yōu)化甄別后，確定部件是否適合固化，解決結(jié)構(gòu)改變后帶來的問題。

2.1 劃分結(jié)構(gòu)

分析模具部件原理與作用，劃分結(jié)構(gòu)（如圖1）。主要?jiǎng)澐譃閮纱箢惤Y(jié)構(gòu)：一類主體件（如上模、下模、底架），另一類頂板結(jié)構(gòu)（如射砂板、吹氣板、上下頂芯板）。

圖1 總體結(jié)構(gòu)劃分

主體結(jié)構(gòu)以上模為例：上模主要功用為復(fù)制形狀與設(shè)備對接。因其與設(shè)備對接外圍尺寸固定，我們將上模一分為二。外圍可制作成重復(fù)利用外梆，不同模具間制作互換內(nèi)芯。這樣外梆可各類模具通用。模芯則各個(gè)模具單獨(dú)制作。兩者實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確對接并迅速互換即可。技術(shù)課題研究兩者如何對接、互換且不能提高裝配在其上面部件制作難度等問題。下模、底架做同樣設(shè)計(jì)處理。

頂板結(jié)構(gòu)以射砂板為例：射砂板主要作用為安裝射砂嘴對接設(shè)備。因其與設(shè)備對接外圍尺寸固定，我們將其通用。在不影響射砂性能前提下更改射嘴結(jié)構(gòu)與安裝方式并使不同產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)射板上可調(diào)間距最小。技術(shù)課題研究如何解決上述問題。

表1 標(biāo)準(zhǔn)化方案

整體模具通過上述兩種方案，橫向比較各類鑄件射芯模具結(jié)構(gòu)之間的類似與不同。從部件作用出發(fā)將模具各部件拆分為可固化與專用兩類[2]。

2.2 互換、通用方案設(shè)計(jì)

總體方案：固化上下框架、射砂板、頂芯板、吹氣板等、只更換內(nèi)芯與頂桿（如表1）,實(shí)現(xiàn)模具間互換主體部件可重復(fù)利用。

細(xì)節(jié)方案：射砂嘴、頂桿互換間距越小越有利于桿件布置。射砂板、吹氣板、上下頂芯板更換設(shè)計(jì)（圖2），更改射砂嘴結(jié)構(gòu)、板件分布正六邊形標(biāo)準(zhǔn)孔縮短更換間距至50mm，使射嘴、頂桿在不同形狀砂型中能很好的調(diào)控。

3 制造難點(diǎn)梳理及解決辦法

3.1難點(diǎn)處理

標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)完成后，由于機(jī)構(gòu)增多，各部件裝配體部件平均由3個(gè)增加到6個(gè)（圖3），各部件制造精度等級提高，制作難度加大。

更改下頂芯桿設(shè)計(jì)連接方式由卡扣連接更改為接觸式連接（圖4）[3]，實(shí)現(xiàn)功效的同時(shí)又解決了因尺結(jié)構(gòu)分割造成寸傳遞增多帶來的部件精度過高難制作、難組裝問題。

3.2強(qiáng)度模擬

圖4 解決辦法

開孔后，整體力學(xué)性能能否滿足，需分析模擬后驗(yàn)證，利用應(yīng)力分析軟件模擬，模擬結(jié)果滿足要求(如圖 5)。

3.3 試用問題解決

圖5 強(qiáng)度模擬

互換射砂中，出現(xiàn)頂桿無法回位問題（如圖6）。分析發(fā)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)頂桿依靠重力回位的過程中當(dāng)存在卡滯時(shí)將無法回位。此時(shí)在頂桿與頂板接觸式連接處使用強(qiáng)力磁鐵產(chǎn)生回位力有效解決了頂桿回位問題。

圖6 解決辦法示意

4 結(jié)論

反復(fù)更換20余次，每套產(chǎn)品生產(chǎn)2000批次，射砂質(zhì)量較穩(wěn)定（如圖7）并達(dá)到如下收益：

圖7 射砂質(zhì)量穩(wěn)定

（1）制作周期從50天縮短至30天，節(jié)約20天；

（2）優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)達(dá)到了部件功效，同時(shí)降低部件制造精度等級；

（3）冷射芯模費(fèi)用下降48%；

（4）拓寬冷射芯模使用范圍；

（5）巧妙將正六邊形可調(diào)間距最小應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)安裝板設(shè)計(jì)，大大提升重復(fù)利用標(biāo)準(zhǔn)模板的通用性；

（6）更改下頂芯桿設(shè)計(jì)連接方式由卡扣連接更改為接觸式連接，降低部件制作精度。

目前每次更換需要用時(shí)4小時(shí)，更換時(shí)間比較長，需要對頂桿安裝互換方式做優(yōu)化改進(jìn)。

射芯模模具中的一半可重復(fù)利用與固化。究其根本原因是模具與設(shè)備界限沒有合理、嚴(yán)格的界定。后期應(yīng)將各類射芯模做可固化統(tǒng)計(jì)積累，然后與設(shè)備廠家溝通，討論重新劃分模具與設(shè)備界限，避免模具重復(fù)結(jié)構(gòu)過多。