轎車(chē)散熱盒與蓋壓鑄模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

熊利軍，文根保

1.湖北航宇精工科技有限公司 湖北襄陽(yáng) 441022

2.中國(guó)航空工業(yè)航宇救生裝備有限公司 湖北襄陽(yáng) 441002

1 序言

轎車(chē)上的散熱盒與蓋中機(jī)械傳動(dòng)的熱量主要通過(guò)短邊兩端的散熱孔散發(fā)出去，以滿足盒內(nèi)機(jī)械傳動(dòng)的性能。散熱盒與蓋之間的連接主要依靠數(shù)量眾多的公扣和母扣的配合，公扣和母扣形體上凸臺(tái)障礙體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要充分考慮到模具的成形結(jié)構(gòu)。

2 散熱盒與蓋形體分析

散熱盒結(jié)構(gòu)如圖1所示，三維造型如圖2所示；散熱蓋結(jié)構(gòu)如圖3所示，三維造型如圖4所示。其中，代表型孔要素，代表圓柱體要素，代表型槽要素，代表凸臺(tái)障礙體要素。散熱盒與蓋的材料為鋁硅銅合金，其收縮率為0.4%～0.6%。散熱盒與蓋的形體分析如下。

圖1 散熱盒結(jié)構(gòu)

圖2 散熱盒三維造型

圖3 散熱蓋結(jié)構(gòu)

圖4 散熱蓋三維造型

（1）散熱盒的形體分析 在散熱盒上存在著φ8mm×30.3mm和2×φ4.5mm×31.6mm的圓柱體要素；φ4.3mm×6.6mm、φ4.9mm×26.2mm和2×φ2.5mm×31.5mm的型孔要素；4×1.1mm×1.1mm×0.2mm×51°×1.1mm×2.1mm的凸臺(tái)障礙體要素；n×2.1mm×2.1mm×45°和10×R0.9mm×R0.25mm×43°×R13mm的型槽要素。

（2）散熱蓋的形體分析 在散熱蓋上存在著2×φ3mm×2.6mm和2×φ5mm×9mm的型孔要素；2×9.8mm×0.4mm×2mm×1.9mm×45°的凸臺(tái)①～②障礙體和4×16.6mm×0.3mm×0.4mm×2mm×41°的凸臺(tái)③～⑥障礙體要素，凸臺(tái)③～⑥障礙體可分成與散熱盒相鄰的內(nèi)側(cè)凸臺(tái)③～④障礙體和外側(cè)凸臺(tái)⑤～⑥障礙體；70.4mm×40.2mm×0.5mm和24.1mm×13.1mm×0.5mm的型槽要素。

3 散熱盒與蓋壓鑄模結(jié)構(gòu)方案可行性分析

壓鑄件形體要素分析之后，只要找到能夠解決散熱盒與蓋形體分析中的圓柱體、型孔、凸臺(tái)和型槽幾種要素的措施，便可以制定出散熱盒與蓋壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案。

（1）解決散熱盒綜合要素壓鑄模的措施 散熱盒上存在著平行開(kāi)閉模方向的φ8mm×30.3mm和2×φ4.5mm×31.6mm的圓柱體要素，可在動(dòng)模鑲嵌件中加工出成形這些圓柱體要素的型孔，定、動(dòng)模合模后合金熔體的注入可以成形圓柱體，利用定、動(dòng)模開(kāi)啟?？梢詫?shí)現(xiàn)圓柱體的抽芯。對(duì)于平行開(kāi)閉模方向的φ4.3mm×6.6mm、φ4.9mm×26.2mm和2×φ2.5mm×31.5mm的型孔要素，可分別在定、動(dòng)模鑲嵌件中鑲嵌成形這些型孔的型芯。針對(duì)

4×1.1mm×1.1mm×0.2mm×51°×1.1mm×2.1mm

的凸臺(tái)障礙體要素，可采用4處斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機(jī)構(gòu)，隨著脫模機(jī)構(gòu)的復(fù)位可實(shí)現(xiàn)凸臺(tái)障礙體的成形，隨著脫模機(jī)構(gòu)的脫模運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)凸臺(tái)障礙體的內(nèi)抽芯兼脫模。對(duì)于n×2.1mm×2.1mm×45°和10×R0.9mm×R0.25mm×43°×R13mm的型槽要素，可在壓鑄模左、右方向分別采用斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)完成左、右方向兩處型槽的抽芯。

（2）解決散熱蓋綜合要素壓鑄模的措施 散熱蓋上存在著平行開(kāi)閉模方向的圓柱體要素，可以在動(dòng)模鑲嵌件中加工出成形圓柱體要素的型孔。對(duì)于平行開(kāi)閉模方向的2×φ3mm×2.6mm和2×φ5mm×9mm的型孔要素，可分別在定、動(dòng)模鑲嵌件中鑲嵌成形這些型孔的型芯。對(duì)于凸臺(tái)①～②障礙體要素和內(nèi)側(cè)凸臺(tái)③～④障礙體要素可采用斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機(jī)構(gòu)，而對(duì)外側(cè)凸臺(tái)⑤～⑥障礙體要素則采用兩處共用一種斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)。針對(duì)70.4mm×40.2mm×0.5mm和24.1mm×13.1mm×0.5mm的型槽要素，可在定模板上鑲嵌件中鑲嵌成形這些型槽的型芯，定、動(dòng)模合模合金熔體注入可以成形型槽，利用定、動(dòng)模開(kāi)啟?？梢詫?shí)現(xiàn)型芯抽芯。

總之，對(duì)于圓柱體和型孔要素，只要在定、動(dòng)模鑲嵌件上設(shè)置鑲嵌的型芯或加工出成形孔即可；對(duì)于型槽要素，則需要設(shè)計(jì)出斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)；對(duì)于凸臺(tái)障礙體要素，散熱蓋長(zhǎng)邊外側(cè)兩處凸臺(tái)障礙體要素需要采用斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)，而與散熱盒相鄰的長(zhǎng)邊處和其他凸臺(tái)障礙體要素，則需要采用斜推桿內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)。

4 散熱盒與蓋壓鑄模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

壓鑄模結(jié)構(gòu)二維設(shè)計(jì)如圖5所示，三維造型如圖6所示，設(shè)計(jì)包括模架，澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，定、動(dòng)型腔與型芯，定模部分與動(dòng)模部分，斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)，斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機(jī)構(gòu)，澆注系統(tǒng)冷凝料脫模機(jī)構(gòu)，回程機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向構(gòu)件等。

圖6 散熱盒與蓋壓鑄模結(jié)構(gòu)三維造型

（1）模架 模架是整副模具的機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)件的安裝平臺(tái)。

（2）澆注系統(tǒng) 如圖5中的俯視圖和C—C剖視圖所示，銅鋁合金熔體從澆口套53的主流道進(jìn)入，經(jīng)動(dòng)模鑲嵌件2和定模鑲嵌件4的分流道和點(diǎn)澆口，進(jìn)入由定、動(dòng)模鑲嵌件組成的型腔，冷卻成形散熱盒與蓋，熔體的低溫和氧化前鋒則進(jìn)入冷料穴，保證進(jìn)入模腔中熔料的溫度和純凈性。

（3）冷卻系統(tǒng) 壓鑄模在連續(xù)加工散熱盒和蓋過(guò)程中，合金熔體將熱量傳遞給模具，導(dǎo)致模具溫度不斷升高，使散熱盒和蓋材料出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，導(dǎo)致強(qiáng)度和剛性降低，因此，壓鑄模需要設(shè)置冷卻系統(tǒng)。

如圖5的俯視圖所示，動(dòng)模部分冷卻系統(tǒng)是要在動(dòng)模板1和動(dòng)模鑲嵌件2中設(shè)置冷卻水的通道，在水平通道交匯處加工的管螺紋孔中安裝螺塞55，在動(dòng)模板1和動(dòng)模鑲嵌件2垂直通道交匯處安裝O形密封圈57，在通道進(jìn)、出水處的管螺紋孔中安裝冷卻水接頭58。這樣從進(jìn)水處的冷卻水接頭58流入的冷卻水，又可從出水處的冷卻水接頭58流出，從而將模具的熱量帶走，起到降低模溫的作用。定模部分冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖5中仰視圖所示，同理，冷卻水從進(jìn)水處的冷卻水接頭46流入，又可從出水處的冷卻水接頭46流出，從而降低模溫。

圖5 散熱盒與蓋壓鑄模結(jié)構(gòu)二維設(shè)計(jì)

（4）分型面及定、動(dòng)型芯 壓鑄模必須要有分型面才能將定、動(dòng)模進(jìn)行分離，使壓鑄件能正常脫模。由于散熱盒與蓋的材料具有熱脹冷縮性，定、動(dòng)模型芯尺寸的設(shè)計(jì)，必須在原有的尺寸的基礎(chǔ)上加上原有尺寸×收縮率。這樣才能在冷卻收縮后，符合散熱盒與蓋圖樣上給定的尺寸和精度。

（5）澆注系統(tǒng)冷凝料脫模機(jī)構(gòu) 壓鑄模在脫壓鑄件的同時(shí)也需要將澆注系統(tǒng)中冷凝料推出，這樣才能實(shí)現(xiàn)壓鑄成形自動(dòng)循環(huán)加工。脫澆注冷凝料機(jī)構(gòu)由安裝板17、推件板18和拉料桿48組成，定、動(dòng)模開(kāi)啟時(shí)，拉料桿48上的Z字形鉤可將澆口套53中主流道的冷凝料拉出。在壓鑄機(jī)頂桿推動(dòng)推件板18、安裝板17和拉料桿48時(shí)，先是將澆口處的冷凝料切斷，然后將主流道和分流道中的冷凝料推出。

（6）回程機(jī)構(gòu)系統(tǒng) 壓鑄機(jī)頂桿退回后，施加在脫模機(jī)構(gòu)的外力消失，被壓縮的彈簧36的彈力恢復(fù)，可先行將脫模機(jī)構(gòu)恢復(fù)到初始位置，回程桿35在模具合模時(shí)，在定模板7的推動(dòng)下準(zhǔn)確復(fù)位，準(zhǔn)備下一次的壓鑄加工。

（7）導(dǎo)向構(gòu)件 導(dǎo)向構(gòu)件由4組導(dǎo)套51和導(dǎo)柱50組成，可以確保定、動(dòng)模開(kāi)閉模運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向。

5 散熱盒斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯及斜推桿內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于散熱盒和蓋存在多處型槽和凸臺(tái)障礙體，壓鑄模必須采用多處斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯與斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機(jī)構(gòu)，才能完成散熱盒和蓋形體的抽芯與脫模。

（1）散熱盒斜導(dǎo)柱滑塊左、右外抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 散熱盒壓鑄模需要采用2處斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯和4處斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機(jī)構(gòu)，才能完成對(duì)散熱盒2處型槽的外抽芯和4處凸臺(tái)障礙體的內(nèi)抽芯兼脫模。散熱盒壓鑄模左、右抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖7所示。

1）壓鑄模閉合狀態(tài)。如圖7a所示，斜導(dǎo)柱5、10分別插入滑塊3、11的斜孔中，撥動(dòng)滑塊3、11通過(guò)限位銷13壓縮彈簧14后，在由滑塊壓板組成的T形槽中分別向右、向左作復(fù)位移動(dòng)。合金熔體注入模腔，冷卻后可成形散熱盒。動(dòng)模板兩端的斜面可以楔緊滑塊3、11的斜面，以防壓鑄加工時(shí)在較大壓鑄力和保壓力作用下出現(xiàn)滑塊3、11的后移，從而導(dǎo)致散熱盒抽芯處的型孔不貫通和壁厚增大。

2）壓鑄模開(kāi)啟狀態(tài)。如圖7b所示，定模開(kāi)啟時(shí)，散熱盒的底部敞開(kāi)，有利于壓鑄件脫模。斜導(dǎo)柱5、10分別從滑塊3、11的斜孔抽出，撥動(dòng)滑塊3、11在由滑塊壓板組成的T形槽中分別向右、向左作抽芯運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑塊3、11底面的半球形窩移至限位銷13處時(shí)，在彈簧14的作用下，限位銷13進(jìn)入半球形窩鎖住滑塊3、11，防止滑塊3、11在抽芯運(yùn)動(dòng)慣性的作用下滑出動(dòng)模板。

3）壓鑄模脫模狀態(tài)。如圖7c所示，當(dāng)壓鑄機(jī)頂桿推動(dòng)推件板18、安裝板17和頂管9向上移動(dòng)時(shí)，可將散熱盒頂離動(dòng)模鑲嵌件2。

圖7 散熱盒壓鑄模左、右抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（2）散熱盒和蓋壓鑄模斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模及斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 如圖8所示，由于散熱盒存在著6處凸臺(tái)障礙體要素，壓鑄模需要有2處凸臺(tái)障礙體要素共用一體的斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)和4處斜推桿內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)兼脫模機(jī)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)散熱盒和蓋的脫模。

1）壓鑄模閉合狀。如圖8a所示，當(dāng)散熱盒和蓋脫模壓鑄機(jī)頂桿退回后，施加在脫模機(jī)構(gòu)的外力消失了。脫模機(jī)構(gòu)在彈簧25的作用下先行復(fù)位，而后在合模時(shí)，定模板9推動(dòng)回程桿24，使得脫模機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確復(fù)位。脫模機(jī)構(gòu)中的E形槽塊3、26帶動(dòng)斜推桿4、22在動(dòng)模鑲嵌件6的斜槽作用下準(zhǔn)確復(fù)位，合金熔體注入模腔冷卻成形散熱盒和蓋。與此同時(shí)，斜導(dǎo)柱15插入滑塊18的斜孔中，撥動(dòng)滑塊18和型芯16，并通過(guò)限位銷19壓縮彈簧21，在由滑塊壓板組成的T形槽中向左作復(fù)位運(yùn)動(dòng)。

2）壓鑄模開(kāi)啟狀態(tài)。如圖8b所示，斜導(dǎo)柱15隨著定模部分的開(kāi)啟，可撥動(dòng)滑塊18和型芯16，在由滑塊壓板組成的T形槽中作向右的抽芯兼脫模運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑塊18底面的半球形窩移至限位銷19處時(shí)，在彈簧21的作用下，限位銷19進(jìn)入半球形窩，鎖住滑塊18和型芯16，防止滑塊18和型芯16在抽芯運(yùn)動(dòng)慣性的作用下滑出動(dòng)模板。

3）壓鑄模脫模狀態(tài)。如圖8c所示，當(dāng)壓鑄機(jī)頂桿推動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)時(shí)，脫模機(jī)構(gòu)中的E形槽塊3、26帶動(dòng)斜推桿4、22，在動(dòng)模鑲嵌件6的斜槽作用下，上端可實(shí)現(xiàn)向左、向右的內(nèi)抽芯及向上的脫模運(yùn)動(dòng)，下端可在E形槽塊3、26的槽中滑動(dòng)。

圖8 壓鑄模斜推桿內(nèi)抽芯及斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（3）散熱蓋壓鑄模斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖9） 散熱蓋17上存在著6處凸臺(tái)障礙體（見(jiàn)圖1、圖3），凸臺(tái)①～②障礙體處在短邊位置，凸臺(tái)③～⑥障礙體處在長(zhǎng)邊位置。其中，凸臺(tái)③～④障礙體與散熱盒相鄰，凸臺(tái)⑤～⑥障礙體處在壓鑄模的外側(cè)，兩處可共用同一種斜導(dǎo)柱滑塊的外抽芯機(jī)構(gòu)，其余則可采用斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模 機(jī)構(gòu)。

圖9 散熱蓋壓鑄模斜推桿內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1）壓鑄模閉合狀態(tài)。如圖9a所示，當(dāng)散熱蓋脫模壓鑄機(jī)頂桿退回后，施加在脫模機(jī)構(gòu)的外力消失。脫模機(jī)構(gòu)在彈簧作用下先行復(fù)位，而后在合模時(shí)，定模板5推動(dòng)回程桿，脫模機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確復(fù)位。脫模機(jī)構(gòu)中的E形槽塊9帶動(dòng)斜推桿8在動(dòng)模鑲嵌件3的斜槽作用下準(zhǔn)確復(fù)位，當(dāng)合金熔體注入模腔后冷卻成形散熱蓋17，與此同時(shí)成形散熱蓋17型孔的動(dòng)模型芯2也隨著脫模機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確復(fù)位。

2）壓鑄模開(kāi)啟狀態(tài)。如圖9b所示，定、動(dòng)模部分的開(kāi)啟使得散熱蓋17底部的成形面被打開(kāi)，有利于散熱蓋17的脫模。

3）壓鑄模脫模狀態(tài)。如圖9c所示，當(dāng)壓鑄機(jī)頂桿推動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)時(shí)，脫模機(jī)構(gòu)中的E形槽塊9帶動(dòng)斜推桿8在動(dòng)模鑲嵌件3的斜槽作用下，斜推桿8的上端可實(shí)現(xiàn)向左的內(nèi)抽芯及向上的脫模運(yùn)動(dòng)，并在頂桿7配合下完成對(duì)散熱蓋的脫模，斜推桿8的下端可在E形槽塊9的槽中滑動(dòng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于對(duì)散熱盒與蓋進(jìn)行了正確的形體分析，因此保證了壓鑄模結(jié)構(gòu)方案可行性分析和壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確無(wú)誤，從而使得散熱盒與蓋所加工的形狀和尺寸能全部符合圖樣要求，對(duì)類似壓鑄件的壓鑄模設(shè)計(jì)具有參考和指導(dǎo)價(jià)值。