水表活塞模具設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

滕旭

（大連市自來(lái)水集團(tuán)水表有限公司，遼寧 大連 116011）

在自來(lái)水計(jì)量工作中，旋轉(zhuǎn)活塞式水表應(yīng)用范圍廣泛，為了提高活塞式水表計(jì)量的精確性與可靠性，合理設(shè)計(jì)水表活塞模具特別重要。因?yàn)樾D(zhuǎn)活塞內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如果活塞出現(xiàn)故障，會(huì)影響水表計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此，本文重點(diǎn)探討活塞模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)和應(yīng)用要點(diǎn)，具體內(nèi)容如下。

1 旋轉(zhuǎn)活塞式水表的特點(diǎn)分析

（1）計(jì)量的量程比較寬，能夠達(dá)到R250，同時(shí)，在較低的流量點(diǎn)下，仍然能夠進(jìn)行精確計(jì)量。

（2）靈敏度較高，一般來(lái)講，旋轉(zhuǎn)活塞式水表的初始流量能夠達(dá)到2L/h。

（3）具備較好的自轉(zhuǎn)功能，關(guān)水動(dòng)作比較快。

（4）受到周圍水流的波動(dòng)影響比較小，在安裝下游與下游管道的過(guò)程中，管道安裝對(duì)旋轉(zhuǎn)活塞式水表影響較小。

（5）與傳統(tǒng)水表相比來(lái)講，旋轉(zhuǎn)活塞式水表具有良好的耐磨耗性。

2 活塞介紹

活塞是旋轉(zhuǎn)活塞式水表內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)件，能夠和蓋板、外殼與隔板配合，形成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而快速而準(zhǔn)確地計(jì)量出流入或者流出腔體內(nèi)部的水流體積，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要了解具體的設(shè)計(jì)要求，并根據(jù)活塞結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不斷完善設(shè)計(jì)方案。

結(jié)合旋轉(zhuǎn)活塞式水表內(nèi)部活塞特點(diǎn)可以得知，因?yàn)楫a(chǎn)品的內(nèi)部與外部直徑要求比較嚴(yán)格，而且內(nèi)腔的深度比較大，線性公差較小，使得活塞模具設(shè)計(jì)難度不斷增加，故設(shè)計(jì)人員要結(jié)合活塞的中心軸線位置，并以此作為基準(zhǔn)點(diǎn)，合理控制活塞軸度，通常來(lái)講，活塞和中線軸線之間的軸度控制不宜超過(guò)φ0.02。

此外，在旋轉(zhuǎn)活塞式水表中，存在棗核形狀缺口，開口位置存在一定公差，在0.00～0.06mm。由此得知，旋轉(zhuǎn)活塞式水表的零件線性與公差特別小，為了確保活塞能夠穩(wěn)定運(yùn)行，要提高計(jì)量結(jié)果的精確性，同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要合理控制零件的線性和公差。

3 活塞模具設(shè)計(jì)和應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1.1 選材

結(jié)合旋轉(zhuǎn)活塞式水表的活塞零件特點(diǎn)可以得知，活塞形狀較為規(guī)則，對(duì)線性和形位誤差要求比較高，屬于精密型零件，故設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格控制活塞模具質(zhì)量，并提前進(jìn)行熱處理，不斷優(yōu)化活塞模具的結(jié)構(gòu)，提高其制造精度?；钊＞呖梢圆捎?0Cr調(diào)質(zhì)進(jìn)行有效處理，其硬度不宜小于HRC24，不宜超過(guò)HRC28，在交變負(fù)荷條件下，模具變形量較小，能夠有效延長(zhǎng)其使用壽命。

此外，在選擇模芯材料的過(guò)程中，最好選擇模具鋼H13，在加工模芯的過(guò)程中，容易出現(xiàn)余量，故需要加強(qiáng)粹火處理，讓模芯具備良好的金相組織，提高其硬度與韌性。在加工模具的過(guò)程中，其加熱溫度不宜小于1050℃，不宜超過(guò)1080℃，然后，進(jìn)入油冷狀態(tài)，回火溫度不宜低于530℃，不宜超過(guò)560℃，確保其硬度在HRC52～HRC54，粹火之后方可進(jìn)行精加工處理。通過(guò)合理選擇水表活塞模具材料，并采取熱處理方法，能夠顯著提高模具的穩(wěn)定性與安全性，延長(zhǎng)活塞模具使用壽命。

3.1.2 活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在旋轉(zhuǎn)活塞式水表中，活塞零件上部包括一個(gè)軸，而且采取塑料包裹成型，在其側(cè)面存在 腰形 孔，因此，該活塞模具需要采取三板式點(diǎn)澆口方式，但是，澆口位置高度嚴(yán)禁高出平面，確保活塞零件能夠正常使用。

第一，三板式模具設(shè)計(jì)。此種類型的模具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在動(dòng)模和定模間定位，主要依靠動(dòng)定模導(dǎo)柱相互配合來(lái)完成作業(yè)，因此，對(duì)導(dǎo)柱孔和導(dǎo)套加工精度提出嚴(yán)格要求，導(dǎo)柱的導(dǎo)套和導(dǎo)柱孔保持密切配合，如果模具結(jié)構(gòu)出現(xiàn)錯(cuò)位，容易出現(xiàn)同軸誤差，故需要嚴(yán)格控制。結(jié)合大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以得知，通過(guò)合理控制動(dòng)定模的同軸度，能夠確保模具更加完整。同時(shí)，要合理控制型腔套和下型芯之間的間隙，若兩者之間的間隙過(guò)大，會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)科學(xué)控制產(chǎn)品外徑，包括軸端內(nèi)孔與同軸度的誤差，能夠有效滿足設(shè)計(jì)要求。

第二，澆口處于產(chǎn)品上部的隔層位置，容易形成棗核形缺口，同時(shí)，澆口點(diǎn)比較低，較隔層平面低0.5～0.8mm。設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合注射成型熔料的具體流量，將其最終的熔痕銜接到棗核形缺口位置，能夠防止熔接痕出現(xiàn)較大的表面缺陷，進(jìn)一步提升產(chǎn)品加工強(qiáng)度。在選擇澆口位置的過(guò)程中，需要遵守偏心原則，因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)部的致密度比較小，使產(chǎn)品內(nèi)部容易出現(xiàn)嚴(yán)重變形，最終引發(fā)同軸度誤差，故要適當(dāng)增大W數(shù)值，一般不超過(guò)0.02。

為了更好地提升注塑質(zhì)量，減小外部不利因素對(duì)活塞模具加工質(zhì)量產(chǎn)生的影響，模具外徑和內(nèi)孔同軸度不宜超過(guò)φ0.03，而D1與D3同軸度誤差不宜超過(guò)φ0.06。

3.1.3 錐面精確定位

若采取三板式錐面精確定位模具結(jié)構(gòu)，在動(dòng)模和定模之間，需要設(shè)置動(dòng)定模導(dǎo)柱導(dǎo)套，包括上模芯和型腔套間，均需要采取錐面配合方式，進(jìn)行精確的定位。采取此種設(shè)計(jì)方式，可以減少結(jié)構(gòu)定位帶來(lái)的誤差。根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)能夠得知，此種類型的結(jié)構(gòu)，其動(dòng)定模模芯同軸度不超過(guò)φ0.003，滿足設(shè)計(jì)規(guī)定要求。同時(shí)，采取此種模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，可以避免導(dǎo)柱的導(dǎo)套出現(xiàn)較大磨損，減小分型面的面積，即使在高壓的鎖模狀態(tài)下，鎖模力不僅能夠直接作用于軸向位置，而且能夠在斜面上產(chǎn)生徑向的鎖模例，進(jìn)一步提升模具平面度。

此外，在模具的澆口部位，需要進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，確保澆口部位處于產(chǎn)品中心圓柱的端面，通常而言，澆口點(diǎn)的位置不宜超過(guò)端面高程，最好低于端面0.5～0.8mm左右。在選擇澆口位置的過(guò)程中，要綜合考慮到產(chǎn)品的致密度，嚴(yán)禁出現(xiàn)熔接痕等缺陷，不斷提升產(chǎn)品強(qiáng)度。通過(guò)合理確定澆口位置，能夠避免模具出現(xiàn)較大變形，減小軸度誤差。在模具澆口部位，還要設(shè)置脫料裝置，模具開模后，要嚴(yán)格控制流道凝料，確保流道的凝料位于型模的上層，真正達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)目標(biāo)，有效提升生產(chǎn)作業(yè)效率。如果外部水質(zhì)環(huán)境比較差，特別容易出現(xiàn)機(jī)芯卡死現(xiàn)象，因此，在設(shè)計(jì)活塞模具的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要全面考慮當(dāng)?shù)厮|(zhì)情況，根據(jù)水質(zhì)條件，不斷優(yōu)化活塞模具結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，在機(jī)芯設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員還要加強(qiáng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以在既有活塞轉(zhuǎn)子的外側(cè)壁上部，設(shè)置齒形凹槽，在此設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，完善設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)⒘鹘?jīng)水表的細(xì)小顆粒雜質(zhì)快速攔截，避免活塞出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，通過(guò)進(jìn)行相關(guān)測(cè)試試驗(yàn)，能夠減小不良水質(zhì)對(duì)機(jī)芯產(chǎn)生的影響，顯著降低機(jī)芯出現(xiàn)卡死現(xiàn)象的概率。

3.2 應(yīng)用要點(diǎn)

結(jié)合具體的生產(chǎn)需求得知，此種類型的水表活塞模具，要合理選擇注塑工藝，能夠進(jìn)一步提升水表活塞質(zhì)量，在加工生產(chǎn)過(guò)程中，需要采取磨削方式，同時(shí)，設(shè)計(jì)人員也可以結(jié)合產(chǎn)品的變形趨勢(shì)，進(jìn)行合理修正，確保成型后的產(chǎn)品質(zhì)量滿足后續(xù)使用需求。在具體應(yīng)用過(guò)程中，操作人員要了解旋轉(zhuǎn)活塞式水表結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并認(rèn)真按照操作流程進(jìn)行操作，合理控制尺寸公差，并結(jié)合同軸度的要求，不斷調(diào)整操作工藝，在保證旋轉(zhuǎn)活塞式水表穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提高其應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)水表活塞模具設(shè)計(jì)和應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行全方位的分析，如加強(qiáng)選材、活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、錐面精確定位、具體應(yīng)用要點(diǎn)等，可以確保水表活塞模具得到高效運(yùn)用，提高活塞的利用率，確保水表活塞能夠可靠運(yùn)行。