減速器殼體工藝性分析及壓鑄模設(shè)計

王文華

（航空工業(yè)貴陽萬江航空機電有限公司，貴州貴陽 550018）

1 鑄件工藝性分析

圖1所示是產(chǎn)品設(shè)計人員提供的減速器殼體圖，要求采用壓鑄工藝成型，鑄件材料：ADC-12，鑄件質(zhì)量：155g。此鑄件形狀屬深腔結(jié)構(gòu)，且外形不平整，高低起伏較大。如圖2所示，上方有5處凸起，彼此位置孤立，因此，該鑄件壓鑄成型較困難，容易出現(xiàn)欠鑄現(xiàn)象。該鑄件圖還存在以下主要問題，不符合壓鑄模設(shè)計的要求：①沒有設(shè)計出模斜度；②有些加工精度要求太高，壓鑄工藝不能滿足要求；③鑄件外形及結(jié)構(gòu)不太好，導(dǎo)致壓鑄分型面很不平整，如圖1中I處所示。

圖1 減速器殼體

根據(jù)以上分析，為使殼體鑄件符合壓鑄模設(shè)計的要求，及盡可能簡化模具設(shè)計零件，提高模具零件的工藝性，采取了以下措施：①對于壓鑄工藝達不到的尺寸精度，留出精加工余量，由機加工工藝精加工保證尺寸精度；②為使壓鑄分型面比較平整，與產(chǎn)品設(shè)計人員協(xié)商，在滿足鑄件功能的前提下，將鑄件外形R減小、局部結(jié)構(gòu)更改，這樣分型面平整了，便于壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計和排位，也降低了模具加工難度，降低了成本；③為使鑄件順利出模，保證鑄件表面不被拉傷，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)及分型面位置，對于容易粘模的位置要求出模斜度設(shè)為1.5°～2.5°，其它位置可以設(shè)置較小的出模斜度。最終，調(diào)整后用于開模的鑄件如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后鑄件三維圖

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 型腔數(shù)量及排位的設(shè)計

如前所述，該鑄件在壓鑄成型時，外表面容易出現(xiàn)欠鑄。模具零件在排位時，應(yīng)考慮因素有：①在后期試模時，如果鑄件出現(xiàn)欠鑄，模具應(yīng)有足夠的空間，調(diào)整設(shè)計流道、溢流槽及排氣槽的大小和位置；②壓鑄模各型腔在填充成型時，填充時間、壓力、速度應(yīng)平衡一致。綜上所述，鑄件排位如圖3所示一模兩腔結(jié)構(gòu)。

圖3 鑄件排位

2.2 分型面的選擇

與產(chǎn)品設(shè)計人員溝通,鑄件優(yōu)化后，模具分型面為平面，如圖4所示。模具分型面平整，模具上流道順暢，有利于鑄件成型；模具零件工藝性好，便于加工，加工精度高，鑄件不容易有飛邊；分型面上的排氣道順暢，也有利于鑄件成型。

圖4 分型面選擇

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計

如前所述，此鑄件屬深腔型結(jié)構(gòu)鑄件，外形不平整，金屬液體在型腔中的流動不很順暢，并且考慮到鑄件分型線上近似直線的位置，寬度較小，因此，對每個鑄件設(shè)計了3個內(nèi)澆口，其中兩個澆口設(shè)為主要進澆口，主要功能是填充成型，另一進澆口是輔助進澆口，主要功能是補料、改善零件外形質(zhì)量。如圖5所示，結(jié)合壓鑄模流軟件進行分析，反復(fù)調(diào)整設(shè)計，最終確定外澆口、流道及內(nèi)澆口如圖6所示。

圖5 模流分析

圖6 澆注系統(tǒng)

2.4 溢流槽及排氣系統(tǒng)設(shè)計

如圖5所示，通過壓鑄模模流軟件分析，確定對模具型腔填充成型時，最后完成填充的位置，并在此位置，設(shè)計相對應(yīng)的溢流槽和排氣槽，如圖7所示。設(shè)計要點，排氣槽不要設(shè)在溢流口對著的方向上，避免溢流槽沒被填充滿時排氣槽就已被填充、堵塞。排氣槽靠近溢流槽處可以深一些，避免堵塞，其余可考慮淺一些，在保證不飛料的前提下，盡可能優(yōu)化排氣效果。如圖7所示，Ⅰ處深0.06～0.08mm，Ⅱ處深0.2mm。

圖7 溢流槽及排氣系統(tǒng)

2.5 模具關(guān)鍵零件設(shè)計

如圖8所示，滑塊上的碰穿面位置設(shè)計成為鑲件結(jié)構(gòu)，便于維修，縮短了維修周期，降低了返修成本。如圖9所示，溢流口的底部與水平面成一定斜度，使溢流口強度薄弱之處靠近鑄件的外形，當去除溢流槽和溢流口時，鑄件的外形斷口處毛刺趨向最小，減小后期去毛刺工作量，由此降低了成本。

圖8 滑塊結(jié)構(gòu)

圖9 溢流口結(jié)構(gòu)

2.6 頂出系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點，鑄件最大外形的大部分成型都在后模仁上完成的，雖然鑄件的出模斜度已調(diào)整為1.5°～2.5°，但是鑄件出模仍然困難，因此頂出系統(tǒng)設(shè)計要考慮充分，鑄件才能順利出模。頂出系統(tǒng)設(shè)計考慮的因素有：①頂桿位置盡可能設(shè)在鑄件的加強筋上，這樣模具開模時，鑄件不容易被頂穿或頂裂；②由于殼體鑄件底部是薄壁，此處不能設(shè)頂桿，頂桿只能設(shè)在鑄件內(nèi)腔底面上，由此，在模具零件強度足夠的前提下，頂桿位置盡量靠近鑄件的底部薄壁，并且頂桿彼此距離不能太遠；③溢流槽和澆口處的頂桿位置，應(yīng)盡量靠近鑄件，也有利于鑄件出模；④頂桿位置布置合理，鑄件受力平衡，確保鑄件不變形。最終，在每一鑄件內(nèi)設(shè)有14根頂桿，在每一鑄件溢流槽和內(nèi)澆口處設(shè)5根頂桿，在流道上設(shè)4根頂桿，總共有頂桿42根，如圖10所示。

圖10 頂桿布置

2.7 模具結(jié)構(gòu)

模具整體結(jié)構(gòu)，如圖11所示。

圖11 模具結(jié)構(gòu)

2.8 模具工作過程

模具的工作過程如下：①模具合模，壓鑄機將鋁液壓射入型腔內(nèi)；②鋁液在型腔內(nèi)保壓、冷卻、成型；③模具開模，頂出系統(tǒng)將鑄件頂出；④機械手將鑄件取出；⑤在型腔表面噴脫膜劑；⑥模具合模，開始進行下一個工作循環(huán)。

3 壓鑄機的選用

本公司共有兩種東芝品牌壓鑄機，型號分別是DC-250J-SX和3DC-350J-SX。經(jīng)計算，2件鑄件、澆口、澆道及溢流槽的質(zhì)量總和是570g，根據(jù)表1，選用壓鑄機設(shè)備是DC-250J-SX壓鑄機。

表1 CAE分析對比結(jié)果

表1 DC-250J-SX壓鑄機的性能參數(shù)

4 結(jié)束語

本模具制造完成后，第一次試模：鑄件關(guān)鍵尺寸檢測合格,有些鑄件局部外觀呈暗灰色，合格率有約80%,通過挑選使用，順利完成了送樣任務(wù)。后在鑄件外觀不好之處，增加了溢流槽，再次壓鑄時，在模具的型芯局部溫度有上升，達到改善外觀的效果，鑄件合格率也滿足了批生產(chǎn)的需要。