轎車點(diǎn)火開關(guān)鎖殼和鎖芯壓鑄模設(shè)計(jì)

許赟和，文根保

（中國航空工業(yè)航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽 441002）

0 引言

點(diǎn)火開關(guān)即汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的開關(guān)（通常要使用鑰匙），其是可自由開啟或關(guān)閉點(diǎn)火線圈的主要電路。點(diǎn)火開關(guān)包括鎖芯、鎖殼和電器等，鎖芯安裝在鎖殼內(nèi)，鎖殼安裝在轎車前儀表盤上。

1 鎖殼和鎖芯形體分析與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

轎車點(diǎn)火開關(guān)鎖殼如圖1（a）所示，鎖芯如圖1（b）所示，其三維結(jié)構(gòu)如圖1（c）、（d）所示。材料為鋅合金，收縮率為0.6%。

1.1 鎖殼形體分析與抽芯機(jī)構(gòu)分析

鎖殼存在左右和上下4個(gè)方向的型孔和型槽要素，左、右方向的型孔和型槽需采用斜導(dǎo)柱抽芯，而上、下方向的型孔和型槽因平行于開合模方向，只需在動(dòng)模板或定模板上安裝型芯，利用開合模運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)上下方向型孔和型槽的抽芯和復(fù)位動(dòng)作。

圖1 鎖殼和鎖芯

（1）C向型孔①、型槽①要素與抽芯機(jī)構(gòu)分析。C向存在2×3.2 mm×7.0 mm、2×3.2 mm×3.0 mm型孔，還存在2.2 mm×18.6 mm×11°、φ21.3 mm×φ20.5 mm×12.6 mm、φ25.1 mm×φ20.5 mm×13.7 mm、φ24.0 mm×22.9 mm、2×22.8 mm×0.8 mm×（5.2mm-2mm）/2×（7.8mm-2mm）/2、φ25.1 mm×18.6 mm型槽。這些型孔和型槽均在鎖殼的左側(cè)面并垂直于鎖殼軸線，成型這些型孔和型槽的型芯可安裝在左滑塊上，利用壓鑄模的左斜導(dǎo)柱在開合模時(shí)的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)左滑塊帶動(dòng)左型芯作抽芯和復(fù)位運(yùn)動(dòng)。

（2）D向型孔②、型槽②要素與抽芯機(jī)構(gòu)分析。D向存在R11.8 mm×19.9 mm、φ20.5 mm×8.4 mm、φ21.3 mm×11.5 mm和φ21.3 mm×12.6 mm型孔及2×22.8 mm×0.8 mm×（5.2 mm-2 mm）/2×（7.8 mm-2 mm）/2、φ25.1 mm×18.6 mm型槽。這些型孔和型槽均在鎖殼右側(cè)面并垂直于鎖殼軸線，成型這些型孔和型槽的型芯可安裝在右滑塊上，利用壓鑄模的右斜導(dǎo)柱在開合模時(shí)的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)右滑塊帶動(dòng)右型芯作抽芯和復(fù)位運(yùn)動(dòng)。

（3）上方型孔③要素與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。上方存在φ15.2 mm×（26.4 mm-2.0 mm）型孔，該孔的軸線平行于壓鑄模開合模方向，故成型該孔的型芯可安裝在定模板上，利用模具的開合模運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)該孔的成型和抽芯。

（4）下方型孔④、型槽④要素與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。下方存在2×φ19.4 mm×φ15.2 mm×68°型槽，該型槽的軸線平行于壓鑄模開合模方向，故成型該型槽的型芯可安裝在動(dòng)模板上，利用模具的開合模運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)該型槽的成型和抽芯。

由于φ15.2 mm×（26.4 mm-2.0 mm）的型孔與2×φ19.4 mm×φ15.2 mm×68°型槽存在重疊，成型φ15.2 mm型孔的型芯應(yīng)避開成型下方型槽的型芯。鎖殼分型面Ⅰ-Ⅰ在1.0 mm×1.0 mm凸臺(tái)下方處，如圖1（a）的E向視圖和B-B剖視圖所示。由于凸臺(tái)障礙體的存在，凸臺(tái)下方φ18.0 mm×4.5 mm型槽需采用抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽芯和成型。

1.2 鎖芯形體分析與抽芯機(jī)構(gòu)分析

點(diǎn)火開關(guān)鎖芯安裝在鎖殼的孔中，如圖1（b）的D向視圖所示，鎖芯分型面Ⅱ-Ⅱ設(shè)置在2.0 mm×φ18.0 mm與φ19.1 mm接合面處。

（1）C向型孔①、型槽①要素與抽芯機(jī)構(gòu)分析。C向存在3×1.3 mm×8.0 mm、3×1.3 mm×8 mm×2.2 mm×φ1.9 mm、4.5 mm×8.5 mm型孔[1]及1.2 mm×φ5 mm/2、4.0 mm×（φ19.1 mm-φ15.3 mm）/2型槽。由于上述型孔和型槽在鎖芯側(cè)面，且均垂直于鎖芯的軸線，成型這些型孔和型槽的型芯可采用斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，利用壓鑄模的開啟和閉合以斜導(dǎo)柱推動(dòng)滑塊實(shí)現(xiàn)型芯的抽芯。

（2）D向型孔②、型槽②要素與抽芯機(jī)構(gòu)分析。D向存在3×1.3 mm×8.0 mm、3×1.3 mm×8 mm×2.2 mm×φ1.9 mm型孔，3.0 mm×（φ19.1 mm-φ15.3 mm）/2和1.2 mm×φ5 mm/2型槽。上述型孔和型槽在鎖芯另一側(cè)面，且均垂直于鎖芯的軸線，成型這些型孔和型槽的型芯可采用斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，利用壓鑄模的開啟和閉合以斜導(dǎo)柱推動(dòng)滑塊實(shí)現(xiàn)型芯的抽芯。

（3）E向型孔③、型槽③要素與抽芯機(jī)構(gòu)分析。E向存在12.1 mm×20°×7.0 mm×9.4 mm×2.5 mm×3.0 mm×57°和8.1 mm×3.3 mm×18.0 mm型孔。這些型孔處在鎖芯的上方，并平行于開合模方向，其型芯可設(shè)置在定模板上，可利用定動(dòng)模的開合進(jìn)行鎖芯的抽芯和成型。

根據(jù)鎖殼和鎖芯的形體與抽芯結(jié)構(gòu)的分析，成型鎖殼和鎖芯的模具分別設(shè)置左、右2個(gè)方向的抽芯，抽芯運(yùn)動(dòng)時(shí)不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。

2 澆注系統(tǒng)與推桿的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)與推桿的設(shè)計(jì)如圖2所示，澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。熔融鋅合金料流從定模板上的澆口套中注入，經(jīng)分流錐4的分流，熔體從分流道經(jīng)澆口進(jìn)入成型鎖殼2和鎖芯6的型腔及冷料穴中。

當(dāng)型腔中成型鎖殼2和鎖芯6及冷料穴中的熔體冷卻后，可在推桿5的作用下將成型的鎖殼2、鎖芯6和主流道、分流道、冷料穴中的凝料推出。由于鎖殼2、鎖芯6形狀不同，其質(zhì)量存在差異，為了防止成型的鎖殼2、鎖芯6出現(xiàn)缺料和疏松現(xiàn)象［2］，模具制造時(shí)成型鎖殼、鎖芯的澆口深度應(yīng)相同，試模時(shí)若某型腔出現(xiàn)缺料和疏松現(xiàn)象，可將缺料型腔的澆口深度加深。

3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2 澆注系統(tǒng)與推桿的設(shè)計(jì)

熔融的鋅合金通過澆注系統(tǒng)將熱量傳遞給模具，隨著模具連續(xù)工作，熱量不斷增加，高模溫會(huì)導(dǎo)致模具零件力學(xué)性能降低和成型的鎖殼與鎖芯出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。模具出現(xiàn)高熱量的主要零部件有澆口套、分流錐、定模鑲件和動(dòng)模鑲件，需設(shè)計(jì)冷卻水路降低模具零件的溫度。

（1）澆口套冷卻水路的設(shè)計(jì)如圖3D-D所示，在定模板5和澆口套14中開設(shè)冷卻水通道。定模板5的兩端安裝冷卻水兩通接頭18、21，澆口套14中安裝螺塞19，定模板5與澆口套14通道之間安裝O形密封圈20，以防止冷卻水外泄。冷卻水從冷卻水兩通接頭21進(jìn)入，再分兩路流經(jīng)澆口套14通道匯合后從冷卻水兩通接頭18流出，冷卻水將熱量帶走從而降低澆口套14的溫度。

（2）分流錐冷卻水路的設(shè)計(jì)如圖3E-E所示，冷卻水從動(dòng)模板6的冷卻水兩通接頭8進(jìn)入，流經(jīng)分流錐15中用分流片10分隔成的流道，再從冷卻水兩通接頭16流出。為了防止冷卻水從動(dòng)模板6與分流錐15之間縫隙外泄造成模具零件銹蝕，動(dòng)模板6與分流錐15之間的接合面應(yīng)安裝O形密封圈7、17。

圖3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（3）定模板鑲件冷卻水路的設(shè)計(jì)。定模板5上除了有成型鎖殼和鎖芯的型腔板，還有成型鎖殼和鎖芯各種型槽和型孔的型芯，這些成型零件直接接觸熔融的鋅合金流體，產(chǎn)生的熱量大，需要用冷卻水降溫，如圖3A-A所示。冷卻水從冷卻水兩通接頭27進(jìn)入定模板5和定模鑲件的冷卻水通道，再從冷卻水兩通接頭26流出，將熱量帶走起到降溫的作用。為防止冷卻水外泄，在定模鑲件冷卻水通道終端和彎曲處需安裝螺塞24，在定模板5和定模鑲件對接處安裝O形密封圈25、28。

（4）動(dòng)模板鑲件冷卻水路的設(shè)計(jì)。由于動(dòng)模鑲件11中有需要抽芯的型芯，導(dǎo)致其實(shí)體窄小，冷卻系統(tǒng)的管道只能設(shè)置在動(dòng)模鑲件11下方的動(dòng)模板6中。動(dòng)模板6上也安裝了成型鎖殼和鎖芯的型腔板以及各種型槽和型孔的型芯。如圖3B-B所示，冷卻水分別從2處冷卻水兩通接頭22進(jìn)入動(dòng)模板6的通道，再從冷卻水兩通接頭23流出，將熱量帶走。

4 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)鎖殼和鎖芯結(jié)構(gòu)的分析，鎖殼和鎖芯需分別采用左右2個(gè)方向抽芯。

4.1 鎖殼抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）鎖殼左邊的抽芯機(jī)構(gòu)如圖4所示，左前滑塊2安裝在由左中壓板32和左端壓板34組成的T形槽中，左前滑塊2中裝有左前型芯4、29和斜導(dǎo)柱，開合模使斜導(dǎo)柱推動(dòng)左前滑塊2和左前型芯4、29作抽芯和復(fù)位運(yùn)動(dòng)。合模時(shí)左前楔緊塊1可楔緊左前滑塊2，以防止左前滑塊2和左前型芯4、29在壓力和保壓力的作用下使左前滑塊2后退，導(dǎo)致成型的型孔或型槽的尺寸不符合圖紙要求。

（2）鎖殼右邊的抽芯機(jī)構(gòu)如圖4所示，右前滑塊7和右前型芯6、28在斜導(dǎo)柱的推動(dòng)下可作抽芯和復(fù)位運(yùn)動(dòng)。合模時(shí)，右前楔緊塊8可楔緊右前滑塊7。

（3）鎖殼上方的抽芯機(jī)構(gòu)如圖5所示，安裝在定模鑲件16中的前定模型芯17，在模具開啟時(shí)可從鎖殼孔中抽芯，合模時(shí)可實(shí)現(xiàn)前定模型芯17復(fù)位。

（4）鎖殼下方的抽芯和脫模機(jī)構(gòu)如圖5所示，前動(dòng)模型芯19以間隙配合形式安裝在動(dòng)模鑲件21的孔中。脫模時(shí)推桿22將前動(dòng)模型芯19和鎖殼18一起推出，脫模后由人工從鎖殼18中取出前動(dòng)模型芯19，在模具合模前需人工將前動(dòng)模型芯19放入動(dòng)模鑲件21的孔中。

圖4 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.2 鎖芯抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鎖芯左右2個(gè)方向也需要抽芯，上方需設(shè)置型芯，利用開合模運(yùn)動(dòng)完成抽芯。

（1）鎖芯左邊的抽芯機(jī)構(gòu)見圖4所示，左后滑塊10安裝在由左中壓板32和左端壓板34組成的T形槽中，左后滑塊10中裝有左窄槽型芯11、左長方槽型芯12和3個(gè)后左型芯31及斜導(dǎo)柱，模具開合使斜導(dǎo)柱推動(dòng)左后滑塊10、左窄槽型芯11、左長方槽型芯12和3個(gè)后左型芯31作抽芯和復(fù)位運(yùn)動(dòng)。合模時(shí)左后楔緊塊9楔緊左后滑塊10，以防止左后滑塊10、左窄槽型芯11、左長方槽型芯12和3個(gè)后左型芯31在壓力和保壓力的作用下使左后滑塊10后退。

（2）鎖芯右邊的抽芯機(jī)構(gòu)見圖4所示，同理，右后滑塊17和右長方槽型芯13、右窄槽型芯16和右后型芯26、右后滑塊17和右長方槽型芯13、右窄槽型芯16和右后型芯26在斜導(dǎo)柱推動(dòng)下作抽芯和復(fù)位運(yùn)動(dòng)。合模時(shí)，右后楔緊塊18可楔緊右后滑塊17。

（3）鎖芯上方型孔③的抽芯和成型如圖5所示，后定模型芯29安裝在定模座板9上，模具開合可實(shí)現(xiàn)鎖芯30上方型孔③的抽芯和成型。

5 壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鎖殼和鎖芯壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了上述的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)外，還有模架、導(dǎo)向構(gòu)件、脫模和復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及模具主要零部件材料的選擇和熱處理。只有全面處理好這些問題，才能合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)。

5.1 模架和導(dǎo)向構(gòu)件

壓鑄模結(jié)構(gòu)如圖5所示，模架由動(dòng)模座板1、墊塊2、推板3、推桿固定板4、復(fù)位桿5、動(dòng)模板6、導(dǎo)柱7、導(dǎo)套8、定模座板9、定模鑲件16、動(dòng)模鑲件21、分流錐44和澆口套45及推桿22、37、38、39、40、41組成，導(dǎo)向構(gòu)件以4副導(dǎo)柱7和導(dǎo)套8組成，可確保動(dòng)模板6與定模板9開合模時(shí)的定位和導(dǎo)向。

5.2 脫模和復(fù)位機(jī)構(gòu)

鎖殼和鎖芯成型之后，模具的開啟實(shí)現(xiàn)了鎖殼和鎖芯所有型槽和型孔的抽芯，消除對鎖殼和鎖芯脫模的障礙。

（1）鎖殼和鎖芯的脫模：如圖5所示，脫模機(jī)構(gòu)由推板3、推桿固定板4和推桿22、37、38、39、40、41組成。在壓鑄機(jī)推桿的推動(dòng)下，推板3與推桿固定板4上的推桿22、37、38、39、40、41可將鎖殼18和鎖芯30推出動(dòng)模鑲件21的型腔。

（2）脫模機(jī)構(gòu)的復(fù)位如圖5所示，復(fù)位機(jī)構(gòu)由推板3、推桿固定板4和復(fù)位桿5組成。脫模機(jī)構(gòu)在脫模完成后必須立即回復(fù)到脫模前的位置，以便連續(xù)進(jìn)行壓鑄加工。在定模座板9與動(dòng)模板6合模時(shí)，定模座板9抵住復(fù)位桿5并推動(dòng)復(fù)位桿5逐漸退回，直至定模座板9與動(dòng)模板6合模時(shí)脫模機(jī)構(gòu)完全復(fù)位。

5.3 主要零件材料的選擇和熱處理

壓鑄模主要成型零件表面在加工過程中要經(jīng)受金屬液體的沖刷與內(nèi)部溫度梯度所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力、膨脹量差異所產(chǎn)生的壓應(yīng)力、冷卻時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力。這種交變應(yīng)力隨著壓鑄次數(shù)的增加而增大，當(dāng)超過模具成型零件材料所能承受的疲勞極限時(shí)，表面層會(huì)產(chǎn)生塑性變形，在晶界處產(chǎn)生裂紋（即熱疲勞），表面會(huì)被氧化、氫化和氣體腐蝕，還會(huì)產(chǎn)生沖蝕磨損，金屬相粘附型壁或焊合現(xiàn)象。點(diǎn)火開關(guān)鎖芯脫模時(shí)要承受機(jī)械載荷作用，主要成型零件選用4Cr5MoSiV1材料，熱處理至 43～47 HRC或3Cr2W8V材料，熱處理至46～52 HRC[4]。為了避免鎖芯出現(xiàn)畸變、開裂、脫碳、氧化和腐蝕等，可在鹽浴爐或保護(hù)氣氛爐裝箱加熱或在真空爐中進(jìn)行熱處理。淬火前應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，以消除加工時(shí)的殘留應(yīng)力。淬火加熱宜采用2次預(yù)熱，然后加熱到規(guī)定溫度保溫，再油淬或氣淬。壓鑄模主要成型零件淬火后要進(jìn)行2～3次回火，為防止粘模，可在淬火后進(jìn)行碳氮共滲處理。壓鑄加工到一定次數(shù)時(shí)，應(yīng)將主要成型零件拆下重新進(jìn)行碳氮共滲處理[5]。

6 結(jié)束語

2個(gè)不同形狀的壓鑄件，若材質(zhì)相同、質(zhì)量相近，可在同1副模具的2個(gè)型腔中成型。但2個(gè)壓鑄件若采用相同的澆注系統(tǒng)，可能在成型質(zhì)量大的零件型腔中出現(xiàn)填充不足或疏松的缺陷?？赏ㄟ^試模修改存在缺陷型腔澆口的深度，壓鑄模成型一定數(shù)量的零件后，模具零件成型面會(huì)因疲勞產(chǎn)生裂紋，此時(shí)應(yīng)拆下與熔融料流接觸的零件進(jìn)行碳氮共滲處理，以確保主要零部件不出現(xiàn)裂紋。

圖5 壓鑄模結(jié)構(gòu)