某典型零件壓鑄模定模頂出機構(gòu)的設(shè)計

婁高峰，李澤龍，張明亮，李戰(zhàn)庫，王 衛(wèi)

(西北工業(yè)集團有限公司，陜西 西安 710043)

常規(guī)的壓鑄模具設(shè)計，鑄件型腔分設(shè)在定模和動模上，由于產(chǎn)品包緊力大的一側(cè)不容易脫模，因此，當沒有側(cè)向抽芯等特殊情況時，一般將鑄件中包緊力較大的一側(cè)設(shè)計在模具的動模方向，將包緊力較小的一側(cè)設(shè)計在模具的定模方向，開模后鑄件從定模一側(cè)先脫出，然后再被頂出機構(gòu)從動模頂出，脫離模具。

壓鑄模具之所以要求鑄件在開模后都能留在動模型腔，是因為壓鑄機只在動模方向設(shè)置有頂出機構(gòu)[1]。由于有壓鑄機動模板等，動模頂出機構(gòu)在設(shè)計上可發(fā)揮較大作用，各構(gòu)件的尺寸、強度完全滿足要求，頂出機構(gòu)與設(shè)備連接，全部按設(shè)計的程序進行，頂出和復位動作穩(wěn)定可靠。在定模方向，因為裝置有澆注、壓射機構(gòu)，無法再設(shè)計頂出液壓缸，不便再設(shè)計頂出機構(gòu)[2]。如果要在壓鑄機定模方向做頂出設(shè)計，顯然會造成機床結(jié)構(gòu)的復雜化，所以受限于壓鑄機的結(jié)構(gòu)和實際開合模動作情況，只設(shè)計了動模頂出機構(gòu)，沒有設(shè)計定模頂出機構(gòu)[3]。

現(xiàn)實生產(chǎn)中情況是千變?nèi)f化的，有些特殊結(jié)構(gòu)的鑄件，當定模上的包緊力大于或接近于動模時，模具開模時鑄件會粘附在定模上，而定模上沒有頂出系統(tǒng)，鑄件無法從模具中取出，造成壓鑄件生產(chǎn)中常說的“卡模”現(xiàn)象[4]。一般通過在產(chǎn)品上增加工藝結(jié)構(gòu)，增大動模包緊力，來達到鑄件開模后留在動模上的目的，但這樣會給后續(xù)加工、檢驗等造成一系列影響，會增加生產(chǎn)工序和成本等。

鑒于上述問題，需要在定模上設(shè)計一種機構(gòu)，使鑄件在開模后留在動模上，解決“卡?！爆F(xiàn)象，避免采用增加工藝結(jié)構(gòu)的方法來變相解決脫模，提高產(chǎn)品壓力鑄造的工藝性，避免二次機械加工，提高產(chǎn)品一次成型精度，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期。

1 定模頂出機構(gòu)設(shè)計要點及要解決的問題

設(shè)計定模頂出機構(gòu)時，需要考慮如下要點：1)定模頂出及復位動作自行完成，不借助機床裝置[5]；2)定模頂出設(shè)計是動模頂出設(shè)計的補充和完善；3)整體構(gòu)成應簡單、緊湊；4)關(guān)注鑄件的重要部位，防止其變形或損傷；5)頂出力較動模頂出小得多，頂出時間應盡量接近開模瞬間；6)頂出與復位動作應平衡穩(wěn)定；7)不能與模具其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉[6]。

設(shè)計要解決的問題：本文以某典型鋁合金鑄件為例，闡述在動模包緊力小于或等于定模包緊力的情況下，在定模上設(shè)計一種可靠的頂出機構(gòu)，利用該定模頂出機構(gòu)，提高頂出力，定模上的包緊力被頂出力抵消。由此，動模上的包緊力遠遠大于定模上的包緊力，鑄件被頂出定模留在動模上，從動模被頂出順利脫模。

2 某典型零件存在的問題及解決方案

2.1 鑄件頂出機構(gòu)存在的問題

圖1所示為渦盤壓鑄件簡圖，對于這樣的零件，可供選擇的分型面位置有限，如果不做特別的設(shè)計，開模后很難保證壓鑄件固定地留在動模型腔中。

圖1 渦盤壓鑄件簡圖

該壓鑄件生產(chǎn)的實際情況是，壓鑄后鑄件上留有較大的工藝凸環(huán)(見圖2)，主要目的是在模具打開后，增大鑄件在動模方向上的包緊力，讓鑄件順利留在動模上，防止壓鑄件在模具開模瞬間，粘滯在定模上而不能脫離模腔。該工藝凸環(huán)在后序需要車床切削去除，這種工藝設(shè)計方式一直持續(xù)了多年，不僅造成了生產(chǎn)周期變長、成本增加等，而且使壓鑄件一致性差，良品率不高，多年來形成了生產(chǎn)的瓶頸。若想去掉工藝凸環(huán)，減少后序加工，就必須較好地解決壓鑄件脫模問題。

圖2 增加工藝凸環(huán)后的零件簡圖

2.2 解決方案

該產(chǎn)品零件技術(shù)要求非常嚴格，不允許改變其外形結(jié)構(gòu)，且在定模部位可以設(shè)置頂出機構(gòu)的空間非常小，無法按照常規(guī)形式設(shè)計。幾經(jīng)方案論證后，筆者采用如下方案，解決了在沒有工藝凸環(huán)的情況下，鑄件不能順利脫出定模型腔仍留在定模上的問題，模具裝配圖如圖3所示。

圖3 模具裝配圖

原動模部分不做大的變動，僅去掉型腔中的工藝凸環(huán)，并延長動模頂桿。定模部分在鑲塊背面加工出凹臺，凹臺內(nèi)設(shè)計出定模頂出機構(gòu)。該機構(gòu)包含頂桿固定板、推板、頂桿和復位桿、蝶形彈簧等(見圖4)。

圖4 定模頂出機構(gòu)

定模頂出機構(gòu)動作過程如下：當模具內(nèi)注入熔液保壓形成工件后，模具緩慢打開，此時動模作用在定模復位桿上的力逐漸消失，蝶形彈簧推動定模固定板和定模推板、定模頂桿向前頂出工件，此時工件附著在動模型芯上，由動模上的常規(guī)頂出系統(tǒng)頂出。中心導柱既加強了頂出與復位動作的平穩(wěn)性，又控制著各個碟形彈簧間的規(guī)則排列，實現(xiàn)了作用力方向的一致性和動作的可靠性。

2.3 計算抽芯力

計算抽芯力并選擇合適的碟形彈簧，碟形彈簧的作用是以較小的變形量產(chǎn)生很大的彈性力，且不會因頻繁的熱作用發(fā)生明顯的疲勞失效，始終保持頂出與復位動作的自如；彈力的大小至少能克服開模瞬間定模方面的留模阻力。

抽芯力計算式[7]：

F=ALP(μcosa-sina)=29.94×1.93×120×

(0.25×0.999 4-0.034 9) =1 490.14 (N)

式中，F(xiàn)是抽芯力，單位為N；A是型芯成型部分斷面周長，單位為cm；L是型芯成型部分長度，單位為cm；P是單位面積包緊力，一般鋁合金取120 kg/cm2；μ是摩擦因數(shù)，一般取0.2～0.25；a是型芯成型部分的拔模斜度，單位為(°)。

依據(jù)所計算的抽芯力和安全系數(shù)(取1.4)，參照GB/T 1972—2005[8]表A系列C選取D50蝶形彈簧5件。

3 安裝測試

制造安裝完成后進行試模與調(diào)整，在開模瞬間，定模頂出機構(gòu)順利推出了鑄件，鑄件留在動模上由動模頂出機構(gòu)頂出脫模，達到了設(shè)計目的。經(jīng)過全面測試，生產(chǎn)出了沒有工藝凸環(huán)的合格鑄件，這項技術(shù)成果也成功應用于類似產(chǎn)品的生產(chǎn)中，替代了進口模具。

4 結(jié)語

突破傳統(tǒng)設(shè)計思想的束縛之后，采用定模頂出機構(gòu)設(shè)計方案，解決了動模包緊力小于或者等于定模包緊力情況下鑄件留在定模型腔無法脫模的難題。采用該方案生產(chǎn)出的零件，新模具不到原來進口模具的1/2大小，所使用的設(shè)備也由HPM400改為DAK125h臥式冷式壓鑄機，產(chǎn)品形狀及尺寸穩(wěn)定，一致性好，減少了后續(xù)機械加工工序，提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，同時創(chuàng)造出了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，對有相似要求的壓鑄模具定模頂出機構(gòu)設(shè)計具有一定的指導意義。